气象学：第六章 能量平衡
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总之，LE0占60~70%，P0占20~30%， Q0+IA0占10%以下，见表。
森林作用层的净辐射(W/m2)
地类 短波净辐射 长波净辐射 净辐射
森林
108
29
79
农田
97
30
67
绿地
93
35
58
裸地
78
32
46
蒸发占降水量的百分率
地类 裸地 农地 绿地 森林 水面
平均 30 40 65 70 75
第六章 能量平衡
本章主要内容
§1 下垫面的能量平衡
下垫面的能量平衡方程、下垫面能量平衡各分量 的变化
§2 地球的能量平衡 §3 森林的能量平衡
森林的能量平衡方程、森林能量平衡各分量的变 化
本章重点
一、下垫面能量平衡方程
B=LE+P+Qs+IA B为净辐射，P为感热能量，Qs为土壤热通量，
LE为潜热通量，IA为植物新陈代谢能通量 在自然界中IA很小，只占净辐射的1%左右， 可忽略，于是：
二、下垫面能量平衡各分量的变化
净辐射B随时间和地点而变化，同纬度平坦的地方， 在大气环流和天气相同时，太阳辐射没有什么差别， 由于各种下垫面的反射率r(百分之几至百分之几十) 差别大，从而使B差别大，在有地形起伏或有建筑、 植被存在的地方，St差别大，如南北坡的差别。有 植被的地方，到达林地的太阳辐射随森林的组成、 郁闭度、林分结构、年龄等而异，使B大为减少。 这些差别晴天比阴天大。
森林蒸散量接近水面蒸发，比田野大 10~30%，见表。平均来说：E森=E田+0.1Q； 森林蒸散中的60%以上为植物蒸腾，LE0随 树种、林龄、林分密度、叶面积系数等林分 因子而变化。
森林作用层的感热通量大于其它植被( 粗糙 度的影响)
森林作用层贮热量的变化和植物新陈代谢能 通量均很小，前者约占8%，后者约占1%。
最高 50 55 65 80 85
蒸发分量占年蒸散量的百分率
地类 森林 绿地 谷物地 未耕地
蒸发 10 25 45 100
截持水蒸发 30 25 15 —
蒸腾 60 50 40 —
图6－3
生长季森林的能量平衡(×103W/m2)
地
类 B0
LE0
P0 Q0+IA0
云 杉 林 157.8 105.1 52.3 0.0
土 豆 地 137.3 92.5 32.2 12.6
牧 草 地 132.7 109.3 20.5 2.9
本章重点
为什么说下垫面的能量平衡是小气候形成的 物理基础？
B=LE+P+Qs
以上未考虑冰、雪融解的能量消耗，水 冻结时的能量收入，降水水滴温度与下 垫面温度不同输送的正的或负的能通量， 生物氧化的能量收入，以及洋流、潮汐、 风水平输送的能量等，对于长时间平均 来说，它们与能量平衡主要项目相比较 是相当小的，可以忽略不计。
年平均：B=LE+P
沙漠地区：B=P
空气湿度低，地、气温变化剧烈的小气 候特点。
定义：地球上能量收入和支出的代数和。
地气系统全年获得的太阳辐射为 S0×πR2×24×60×60×365.25 全年投射到大气上界每平方米面积上的 太阳辐射能为 S0×πR2×24×60×60×365.25/4πR2≈ 1010J/(m2·a)
大气 太阳辐射
上界
100
反射辐射
长波辐射
6 20 4
6
38
26
16 水汽、臭 氧等吸收
天空散射 云层反射
３ 云层吸收
地表反射
水汽、CO2辐射 云层辐射
水汽、CO2吸收 15
地表
51
21
7
地表长波净辐射 湍流
23 蒸发
地球能量平衡示意图
一、森林的能量平衡方程
森林作用层的能量平衡方程： B0=LE0+P0+Q0+IA0 B0=BD+Bs LE0=LED+Les P0=PD+Ps Q0=QD+Qs IA0=IAD+IAs≈IAD
林地作用层的能量平衡方程：Bs=LEs+Ps+Qs+IAs ≈ LEs+Ps+Qs
林木层的能量平衡方程：BD=LED+PD+QD+IAD
B0 LED PD
林
冠ຫໍສະໝຸດ Baidu
森
BD
QD
IAD
作 用
林
层
作
用 层
Bs
LEs
Ps
林
地
作
用
Qs
森林能量平衡示意图
层
二、森林能量平衡各分量的变化
森林作用层与各种自然表面的净辐射的差异： 森林的反射率平均为10~15%(针叶为10%，阔叶为 15%)，除水面(5~10%)外是最小的，其得到的St比 其它表面大；另外，森林的温度比其它表面低，Ln 小；因此森林的B较大，比田野大10%以上，比裸 地可大30%。林地B明显减少(林冠的作用)，约占作 用层的7.4%.
P、LE和Qs：白天，B>0，使P、LE、 Qs>0，使气温和土温由地面向上、下递 减，空气湿度向上递减，土壤湿度向下 递增，夜间则反之；B的绝对值愈大，各 分量变化愈大；B一定，各分量相互影响 和制约。改变任何一项都能引起其它各
项的变化。林区形成湿度大，地、气温
变化缓和的小气候特点，干旱地区形成
森林作用层的净辐射(W/m2)
地类 短波净辐射 长波净辐射 净辐射
森林
108
29
79
农田
97
30
67
绿地
93
35
58
裸地
78
32
46
蒸发占降水量的百分率
地类 裸地 农地 绿地 森林 水面
平均 30 40 65 70 75
第六章 能量平衡
本章主要内容
§1 下垫面的能量平衡
下垫面的能量平衡方程、下垫面能量平衡各分量 的变化
§2 地球的能量平衡 §3 森林的能量平衡
森林的能量平衡方程、森林能量平衡各分量的变 化
本章重点
一、下垫面能量平衡方程
B=LE+P+Qs+IA B为净辐射，P为感热能量，Qs为土壤热通量，
LE为潜热通量，IA为植物新陈代谢能通量 在自然界中IA很小，只占净辐射的1%左右， 可忽略，于是：
二、下垫面能量平衡各分量的变化
净辐射B随时间和地点而变化，同纬度平坦的地方， 在大气环流和天气相同时，太阳辐射没有什么差别， 由于各种下垫面的反射率r(百分之几至百分之几十) 差别大，从而使B差别大，在有地形起伏或有建筑、 植被存在的地方，St差别大，如南北坡的差别。有 植被的地方，到达林地的太阳辐射随森林的组成、 郁闭度、林分结构、年龄等而异，使B大为减少。 这些差别晴天比阴天大。
森林蒸散量接近水面蒸发，比田野大 10~30%，见表。平均来说：E森=E田+0.1Q； 森林蒸散中的60%以上为植物蒸腾，LE0随 树种、林龄、林分密度、叶面积系数等林分 因子而变化。
森林作用层的感热通量大于其它植被( 粗糙 度的影响)
森林作用层贮热量的变化和植物新陈代谢能 通量均很小，前者约占8%，后者约占1%。
最高 50 55 65 80 85
蒸发分量占年蒸散量的百分率
地类 森林 绿地 谷物地 未耕地
蒸发 10 25 45 100
截持水蒸发 30 25 15 —
蒸腾 60 50 40 —
图6－3
生长季森林的能量平衡(×103W/m2)
地
类 B0
LE0
P0 Q0+IA0
云 杉 林 157.8 105.1 52.3 0.0
土 豆 地 137.3 92.5 32.2 12.6
牧 草 地 132.7 109.3 20.5 2.9
本章重点
为什么说下垫面的能量平衡是小气候形成的 物理基础？
B=LE+P+Qs
以上未考虑冰、雪融解的能量消耗，水 冻结时的能量收入，降水水滴温度与下 垫面温度不同输送的正的或负的能通量， 生物氧化的能量收入，以及洋流、潮汐、 风水平输送的能量等，对于长时间平均 来说，它们与能量平衡主要项目相比较 是相当小的，可以忽略不计。
年平均：B=LE+P
沙漠地区：B=P
空气湿度低，地、气温变化剧烈的小气 候特点。
定义：地球上能量收入和支出的代数和。
地气系统全年获得的太阳辐射为 S0×πR2×24×60×60×365.25 全年投射到大气上界每平方米面积上的 太阳辐射能为 S0×πR2×24×60×60×365.25/4πR2≈ 1010J/(m2·a)
大气 太阳辐射
上界
100
反射辐射
长波辐射
6 20 4
6
38
26
16 水汽、臭 氧等吸收
天空散射 云层反射
３ 云层吸收
地表反射
水汽、CO2辐射 云层辐射
水汽、CO2吸收 15
地表
51
21
7
地表长波净辐射 湍流
23 蒸发
地球能量平衡示意图
一、森林的能量平衡方程
森林作用层的能量平衡方程： B0=LE0+P0+Q0+IA0 B0=BD+Bs LE0=LED+Les P0=PD+Ps Q0=QD+Qs IA0=IAD+IAs≈IAD
林地作用层的能量平衡方程：Bs=LEs+Ps+Qs+IAs ≈ LEs+Ps+Qs
林木层的能量平衡方程：BD=LED+PD+QD+IAD
B0 LED PD
林
冠ຫໍສະໝຸດ Baidu
森
BD
QD
IAD
作 用
林
层
作
用 层
Bs
LEs
Ps
林
地
作
用
Qs
森林能量平衡示意图
层
二、森林能量平衡各分量的变化
森林作用层与各种自然表面的净辐射的差异： 森林的反射率平均为10~15%(针叶为10%，阔叶为 15%)，除水面(5~10%)外是最小的，其得到的St比 其它表面大；另外，森林的温度比其它表面低，Ln 小；因此森林的B较大，比田野大10%以上，比裸 地可大30%。林地B明显减少(林冠的作用)，约占作 用层的7.4%.
P、LE和Qs：白天，B>0，使P、LE、 Qs>0，使气温和土温由地面向上、下递 减，空气湿度向上递减，土壤湿度向下 递增，夜间则反之；B的绝对值愈大，各 分量变化愈大；B一定，各分量相互影响 和制约。改变任何一项都能引起其它各
项的变化。林区形成湿度大，地、气温
变化缓和的小气候特点，干旱地区形成