第三章地球大气系统能量平衡分析
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地气系统：Bs H s LA Cv CA C0 年平均：Bs L(E r) CA C0 陆地：Bs L(E r) CA
全球长期平均：Bs 0
第三章地球大气系统能量平衡分析
3.2 辐射平衡变化规律
地表辐射平衡变化规律
地表辐射平衡时气候形成主要因子之一，它在 很大程度上决定着土壤上层和近地层的温度分布， 在计算蒸发速度、冰雪消融，以及辐射雾、辐射霜 冻和低温预报等问题上具有重要意义；
整层大气的净辐射通量 = 大气层吸收的 短波辐射净通量 q′+ 地面向上长波辐射净通 量F + 地面和大气层向宇宙空间逸出的长波 辐射净通量F。 第三章地球大气系统能量平衡分析
。地---气系统辐射平衡Bs：
Bs Q(1A)q' F Bs Qs(1As)Fs
考虑到地球截获阳光的面积与发射长波辐射 的全球表面积之比
. 地表面辐射平衡项B：
BS' DGRs Rl U BQ(1A)F BF 夜间或冬季
B: 正值表示地面是热源； 负值表示地面是热汇（冷源）。
第三章地球大气系统能量平衡分析
.大气辐射平衡BA：
BA q' u' G U
u 地表长波被大气吸收部分 ' (1 )U
F U U
B A q ' F F
第三章地球大气系统能量平衡分析
地-气系统系统辐射平衡变化规律 （1）地气系统辐射平衡由两部分组成：
• 地气系统上边界所吸收的入射太阳辐射和地 气系统通过上边界逸出的长波射出辐射。 • 就年平均而言，中、低纬度一般为正值，其 余纬度为负值， • 就月平均而言，夏季为负值，冬季月份为正值
第三章地球大气系统能量平衡分析
北半球：
• 大气辐射平衡年总量随纬度的增加，从赤道
（-2345MJ.M-2）到25°N（-2093MJ.M-2）绝
对值略有减少。然后又开始增加，直到60 °N附
近绝对值达到最大，在北极地区又减小。
• 就整个北半球而言，大气层辐射平衡值总是负 值，第三章其地球辐大气射系统净能量平亏衡分损析 2512MJ.M-2
午后辐射平衡值比午前相应时间稍小一些（午后地 表温度增高，有效辐射大于午前有效辐射，午后湍 流活动增强，大气混浊度增加，致使入射太阳辐射 比午前减小）；
在夏季晴天辐射平衡的形成中，直接太阳辐射具有 决定性的作用；
辐射平衡正值和负值转变时间与日出何日没时间不一
致（短波吸收辐射、有效辐射）；
第三章地球大气系统能量平衡分析
白天正值辐射平衡随云量增加而减小，但 在少云的白天,辐射平衡都比晴天要大?
第三章地球大气系统能量平衡分析
由冬 到夏， 辐射平衡增加是由于地表吸收辐射 的增大超过有效辐第三射章地的球大增气系大统能。量平衡分析
在北半球不同地 区，辐射平衡最 大值出现在6、7 月份，最小值在 冬季；
随纬度增加，辐 射平衡年变化振 幅逐渐减小， 正 辐射平衡持续时 间减少；
南半球：• 大气辐射净亏损由赤道-南极圈附近呈增加， 再向南直到南极又开始减小。 • 与北半球相比，南半球（104W.m-2)大气辐 射年平均净第三亏章地损球大大气系于统能北量平半衡分球析 （80W.m-2)。
经向非对称性
绝对值
• 全球各纬度带大气辐射平衡均为负值，其绝对值在 两极最小，在南北极圈纬度附近达到最大。
在解决气团的形成与变性等天气学上的问题也 具有很大的意义；
在研究流域的水分状况和水域的水文气象特征具 有参考价值。
第三章地球大气系统能量平衡分析
那曲
夏季晴天辐射平衡各分量的平均日变化曲线
第三章地球大气系统能量平衡分析
辐射平衡具有明显的日变化，通常正值辐射平衡 的最大值出现在正午附近，负值出现在夜间，夜间 辐射平衡的变化比白天小得多；
观测资料表明: 辐射平衡正负 值交替时间通常出现在太阳 高度角等于10°-15°之间。
图 不同地区夏季晴天辐射平衡平均日变化的比较 第三章地球大气系统能量平衡分析
G
白天，云存在和云量增加， 将引起总辐射 and有效辐射减少；夜间，云的存在将使有效 辐射出现减小趋势。
各分量日变化振幅比晴天要小，阴天直接太阳辐 射为零，总辐射完全由天空散射辐射构成 ，阴天大 气逆辐射增大， 第地三章面地球射大气出系统辐能量射平衡减分析小。
图 不同纬度带辐第三射章地球平大气衡系统的能量平年衡分变析 化
• 洋面的辐射平衡大于陆面辐射平衡? • 南半球各纬度带的辐射平衡值均比北半球相应纬度
带要大一些?。
第三章地球大气系统能量平衡分析
大气辐射平衡变化规律
大气辐射平衡由三个分量组成：
大气吸收的短波辐射、
地面有效辐射、 以及长波逸出辐射
大气辐射收支净通 量总是负值。
现代气候学原理
第三章地球大气系统能量平衡分析
第三章 地球大气系统的能量平衡
主要内容
3.1 能量平衡基本方程 3.2 辐射平衡的变化特征 3.3 全球热量平衡 3.4 能量经向调整 3.5 辐射加热率和辐射冷却率 3.6 温室效应
第三章地球大气系统能量平衡分析
3.1 能量平衡基本方程
辐射平衡方程
年平均：B P L E 沙漠地区：B P 海洋表面：B P L E C 0
大气: B A H A C A L r P 年平均: B A C A L r P 地气系统: B s H L ( E 第三章地球s 大气系统能量平衡分析 r ) C A C 0
考虑实际大气中水汽的潜热输送： 大气中水汽的储存和释放LA； 大气中水汽的水平输送Cv。
全球多年平均而言，地气系 统的蝮蛇平衡应保持平衡，
Bs
Ss 4
(1
As )
Fs
Bs 0
Ss 4
(1
As )
Fs
第三章地球大气系统能量平衡分析
二、热量平衡方程
净辐射 = 感热交换 + 潜热交换 + 地表与下层能量交换 + 地表下能量水平输送
B P LE H C0 陆地表面：B P L E H
年变化：12月份到3月份， 辐射平衡为正值；4月
份到8月份辐射平衡为负值。
就全球平均而言：指向地气系统的入射太阳辐射与 指向宇宙空间的射第出三章长地球波大气辐系统射能量基平衡本分析上相等。
第三章地球大气系统能量平衡分析
辐射源
ຫໍສະໝຸດ Baidu过渡带
辐射汇
第三章地球大气系统能量平衡分析
全球长期平均：Bs 0
第三章地球大气系统能量平衡分析
3.2 辐射平衡变化规律
地表辐射平衡变化规律
地表辐射平衡时气候形成主要因子之一，它在 很大程度上决定着土壤上层和近地层的温度分布， 在计算蒸发速度、冰雪消融，以及辐射雾、辐射霜 冻和低温预报等问题上具有重要意义；
整层大气的净辐射通量 = 大气层吸收的 短波辐射净通量 q′+ 地面向上长波辐射净通 量F + 地面和大气层向宇宙空间逸出的长波 辐射净通量F。 第三章地球大气系统能量平衡分析
。地---气系统辐射平衡Bs：
Bs Q(1A)q' F Bs Qs(1As)Fs
考虑到地球截获阳光的面积与发射长波辐射 的全球表面积之比
. 地表面辐射平衡项B：
BS' DGRs Rl U BQ(1A)F BF 夜间或冬季
B: 正值表示地面是热源； 负值表示地面是热汇（冷源）。
第三章地球大气系统能量平衡分析
.大气辐射平衡BA：
BA q' u' G U
u 地表长波被大气吸收部分 ' (1 )U
F U U
B A q ' F F
第三章地球大气系统能量平衡分析
地-气系统系统辐射平衡变化规律 （1）地气系统辐射平衡由两部分组成：
• 地气系统上边界所吸收的入射太阳辐射和地 气系统通过上边界逸出的长波射出辐射。 • 就年平均而言，中、低纬度一般为正值，其 余纬度为负值， • 就月平均而言，夏季为负值，冬季月份为正值
第三章地球大气系统能量平衡分析
北半球：
• 大气辐射平衡年总量随纬度的增加，从赤道
（-2345MJ.M-2）到25°N（-2093MJ.M-2）绝
对值略有减少。然后又开始增加，直到60 °N附
近绝对值达到最大，在北极地区又减小。
• 就整个北半球而言，大气层辐射平衡值总是负 值，第三章其地球辐大气射系统净能量平亏衡分损析 2512MJ.M-2
午后辐射平衡值比午前相应时间稍小一些（午后地 表温度增高，有效辐射大于午前有效辐射，午后湍 流活动增强，大气混浊度增加，致使入射太阳辐射 比午前减小）；
在夏季晴天辐射平衡的形成中，直接太阳辐射具有 决定性的作用；
辐射平衡正值和负值转变时间与日出何日没时间不一
致（短波吸收辐射、有效辐射）；
第三章地球大气系统能量平衡分析
白天正值辐射平衡随云量增加而减小，但 在少云的白天,辐射平衡都比晴天要大?
第三章地球大气系统能量平衡分析
由冬 到夏， 辐射平衡增加是由于地表吸收辐射 的增大超过有效辐第三射章地的球大增气系大统能。量平衡分析
在北半球不同地 区，辐射平衡最 大值出现在6、7 月份，最小值在 冬季；
随纬度增加，辐 射平衡年变化振 幅逐渐减小， 正 辐射平衡持续时 间减少；
南半球：• 大气辐射净亏损由赤道-南极圈附近呈增加， 再向南直到南极又开始减小。 • 与北半球相比，南半球（104W.m-2)大气辐 射年平均净第三亏章地损球大大气系于统能北量平半衡分球析 （80W.m-2)。
经向非对称性
绝对值
• 全球各纬度带大气辐射平衡均为负值，其绝对值在 两极最小，在南北极圈纬度附近达到最大。
在解决气团的形成与变性等天气学上的问题也 具有很大的意义；
在研究流域的水分状况和水域的水文气象特征具 有参考价值。
第三章地球大气系统能量平衡分析
那曲
夏季晴天辐射平衡各分量的平均日变化曲线
第三章地球大气系统能量平衡分析
辐射平衡具有明显的日变化，通常正值辐射平衡 的最大值出现在正午附近，负值出现在夜间，夜间 辐射平衡的变化比白天小得多；
观测资料表明: 辐射平衡正负 值交替时间通常出现在太阳 高度角等于10°-15°之间。
图 不同地区夏季晴天辐射平衡平均日变化的比较 第三章地球大气系统能量平衡分析
G
白天，云存在和云量增加， 将引起总辐射 and有效辐射减少；夜间，云的存在将使有效 辐射出现减小趋势。
各分量日变化振幅比晴天要小，阴天直接太阳辐 射为零，总辐射完全由天空散射辐射构成 ，阴天大 气逆辐射增大， 第地三章面地球射大气出系统辐能量射平衡减分析小。
图 不同纬度带辐第三射章地球平大气衡系统的能量平年衡分变析 化
• 洋面的辐射平衡大于陆面辐射平衡? • 南半球各纬度带的辐射平衡值均比北半球相应纬度
带要大一些?。
第三章地球大气系统能量平衡分析
大气辐射平衡变化规律
大气辐射平衡由三个分量组成：
大气吸收的短波辐射、
地面有效辐射、 以及长波逸出辐射
大气辐射收支净通 量总是负值。
现代气候学原理
第三章地球大气系统能量平衡分析
第三章 地球大气系统的能量平衡
主要内容
3.1 能量平衡基本方程 3.2 辐射平衡的变化特征 3.3 全球热量平衡 3.4 能量经向调整 3.5 辐射加热率和辐射冷却率 3.6 温室效应
第三章地球大气系统能量平衡分析
3.1 能量平衡基本方程
辐射平衡方程
年平均：B P L E 沙漠地区：B P 海洋表面：B P L E C 0
大气: B A H A C A L r P 年平均: B A C A L r P 地气系统: B s H L ( E 第三章地球s 大气系统能量平衡分析 r ) C A C 0
考虑实际大气中水汽的潜热输送： 大气中水汽的储存和释放LA； 大气中水汽的水平输送Cv。
全球多年平均而言，地气系 统的蝮蛇平衡应保持平衡，
Bs
Ss 4
(1
As )
Fs
Bs 0
Ss 4
(1
As )
Fs
第三章地球大气系统能量平衡分析
二、热量平衡方程
净辐射 = 感热交换 + 潜热交换 + 地表与下层能量交换 + 地表下能量水平输送
B P LE H C0 陆地表面：B P L E H
年变化：12月份到3月份， 辐射平衡为正值；4月
份到8月份辐射平衡为负值。
就全球平均而言：指向地气系统的入射太阳辐射与 指向宇宙空间的射第出三章长地球波大气辐系统射能量基平衡本分析上相等。
第三章地球大气系统能量平衡分析
辐射源
ຫໍສະໝຸດ Baidu过渡带
辐射汇
第三章地球大气系统能量平衡分析