第5章 地表热量平衡

► Cw土壤容积热容量，
► t为时间间隔。 ► k为土壤导温系数。 ► S1为各深度温度分布特征函数， ► S2为10~20cm处土壤温度变化的特征函数。
第五节 冷热源
► 如果地表有热量向大气输送，称这个地区为
地面热源，反之地表从大气得到热量，称这 个地区为冷源（热汇）。 ► 我国冷热源分布与气候的关系 ► 冬季：热源呈现南高北低的特点，零等值线 在40~48º N之间，北部由于地表积雪反射率增 大为冷源；南部为热源，四川盆地的云雾和 阴雨较多，出现大低值中心；青藏高原的东 南部旱季辐射加热作用较强，为热源；高原 的主体部分也为热源区。
► 假定到达大气上界的太阳辐射为100。 ► ①经大气、云的吸收，反射和地面反射，被地球吸
收的只有51（长波辐射为21，潜热输送为23，感热 输送为7）。 ► ②被云、大气反射回太空的为30 ► ③被大气中水汽、尘埃、臭氧、云吸收的为19 ► ④地面反射的能量为51（⑤大气吸收为45，⑥透过 大气射向太空的为6） ► 所以共吸收的量是：③+④=70 ► 共向太空放出的量是：③+⑤+⑥=70
► 地面与大气之间的潜热输送的特点
► 1）在海陆分界处，洋面和陆面的潜热输送相差很
大。这是由于大陆和海洋上净辐射的不同引起的蒸 发力不同；大陆上由于地表水分的限制，制约了潜 热的输送。 ► 2）大陆表面的潜热输送具有明显的非带状分布特 征。在充分湿润地区，潜热输送随净辐射自高纬向 赤道增大而增大；在干旱地区，潜热输送随干旱程 度的增加而减少。 ► 3）大洋上潜热输送年总量的分布与洋面净辐射的 分布基本相似。随纬度上升而下降，暖流所经处使 潜热明显加大，而冷洋流作用的地区，潜热输送偏 低。使潜热输送的带状分布特征遭到破坏。 ► 4）我国年平均潜热输送通量等值线基本呈纬向分 布，由南向北递减。这是因为南方较北方潮湿，且 温度较北方高；低值中心在塔里木盆地。
地表与大气之间感热输送的特点 ► 1）无论是陆面或洋面，感热交换结果是由地表面 向大气输送能量，在大陆上感热输送平均由高纬向 低纬增加，干旱和潮湿地区差异很大，最大值出现 在热带的沙漠地区。 ► 2）感热输送随气侯湿润程度的增加而减小。 ► 3）洋面上最大的感热输送发生在北半球的大洋的 西部和北部海区。在赤道附近较小。 ► 4）我国年平均感热通量分布呈北高南低分布。塔 里木盆地和内蒙古高原为高值区，这里干旱、少云、 多日照。低值区出现在四川、贵州一带。
► 全球能量平衡的模型
► 夏季：两大高值区分别位于内蒙古高原和淮
河以南的整个东南和华南沿海地区。 ► 低值区位于滇西南及青藏高原主体部分；另 一低值区位于山东半岛。 ► 内蒙高原的强大的热源是该地区很强的太阳 辐射作用所造成的，而东南沿海高值区则是 副高影响的结果，滇西南低值区是由于西南 季风影响下的雨带造成的；青藏高原南部的 高值区是由于夜雨造成的。
► 2.
南北半球热量径向输送的差异
(1)通过中纬度和热带地区的潜热输送，南半球比北半 球大。 (2)通过热带和副热带的海洋输送，北半球比南半球 大得多。 (3)由于南半球Hadley环流比北半球更为强大，使得 通过热带的大气输送在南半球远大于北半球。 (4)主要由大型涡旋通过中纬度的大气输送，在南半 球较弱，南半球能量输送更多的是以潜热输送的形式 进行。 (5)南半球的净辐射略有盈余，辐射盈余对赤道以北的 影响主要表现在海洋上，跨越赤道向北输送的巨大的 潜热量主要由反向流动的大气输送来实现。
第六节 全球热量平衡
► 1.地气系统热量径向输送的特点
(1)两半球30º 之间的辐射过剩，中高纬地区辐射不足， 低纬地区的过剩与中高纬地区的不足相抵，整个地区保 持辐射平衡状态。 (2)低纬地区的过剩与中高纬地区的辐射不足将使赤道与 极地间的梯度加大，产生具有某些能量调节机制，从低 纬向高纬进行能量的水平输送。 (3)在纬度30º 之间的能量输送最大，从低纬度向高 ~40º 纬度输送的所有能量都必须经过这里。因此在中纬度地 区平均说来，风速最大，出现剧烈的天气系统。 （4）地纬向高纬总能量输送包括三部分：潜热输送、 海洋输送和大气输送（感热）。
第五章 地表热量平衡
第一节
► R=LE+H+Qs+St
热量平衡方程
► R：地表净辐射通量 ► LE：蒸发潜热
► H：地表与大气间的湍流热通量，即感热通量
► Qs：地表向下的热通量
► St：地表面与生物、物理、化学过程有关的能l
量通量
第二节 感热通量
► 感热：地表与大气间的湍流热通量，由地面
与大气之间的温差造成的。
T H c p kt z
其中ρ为空气密度，cp为空气定压比热，kT为湍流热 交换系数。如令下垫面高度为：z=0，积分后则为：
H c p DT0 T
其中D为外扩散参数。
热量平衡法，也可以求得，即：
R Qs H Lq 1 c p T
整体空气动力学法：
H c p c D uT0 T
第四节 土壤热通量
► 土壤热通量：地表土壤与下层土壤间热传导
的热量Βιβλιοθήκη Baidu量。
T T Q s ck z z
λ为土壤导热率，c为土壤比热，k为土壤导温率。我 国热平衡占采用各时段年内不同深度土壤温度差的 关系计算：
Cw Qs t
k S1 S 2 10
第三节 潜热通量
► 潜热：地表蒸发时液态水气化所吸收的热量，
它通过在大气中凝结液态水而向大气释放热 量。 q LE Lk g z
L为蒸发潜热，kg为水汽交换系数，当空气未饱和 时，LE可写牛顿形式：
LE LC D uq 0 q
R Qs LE 1
引入鲍文比β