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当前位置:第二节 大气的热力状况
作者：未知来源：中央电教馆时间：2006/4/28 21:41:00阅读：nyq
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辐射平衡
任何一个物体都能不断地以辐射方式进行着热量交换。地面和大气与其它物体一样，都在不断地进行着这种热量交换。在某段时间内，物体的辐射收支差值称为辐射差额。当收入大于支出时，辐射差额为正值；反之，为负值；若收支相等，则称为辐射平衡。差额为正时，物体有热量盈余，温度将升高；反之，则温度降低。
地面辐射差额为地面所吸收的太阳总辐射及地面放出的长波辐射之差，以公式表示为：
Rg＝(Q＋q)(1－a)－F0
式中，Rg为地面辐射差额；(Q+q)是到达地面的总辐射，即直接辐射和散射辐射之和；a为地面对总辐射的反射率，(1-a)为地面的吸收率；F0为地面的有效辐射。
当地面收入的热量多于支出的热量，则地面温度不断升高；反之，则地温不断下降。
一般最高温度出现在从升温转为降温的转折点上，最低温度出现在从降温转为升温的转折点。因此，晴朗无云的天气里，地面温度最高值并不出现在太阳高度角最高的正午，而是在午后一点钟左右；最低温度出现稍迟于日出时刻。由于地面热量传输给大气，需要有一定时间，所以气温日变化的最高、最低稍落后于地温日变化的最高最低，这就是地面辐射差额的日变化情况。
地面辐射差额年变化因纬度而异，纬度愈低辐射差额正值的月份愈多；纬度愈高，辐射差额保持正值的月份就愈少。
如果把地面和对流层大气看成是一整体，来研究此系统的辐射差额，能更清楚地看出辐射差额随纬度分布的情况。这这个系统中，收入部分是由地面和大气所吸收的太阳辐射所组成，而支出部分则是辐射到宇宙空间去的地面和大气长波辐射。地气系统辐射差额是随纬度增高而由正值转变为负值的，在35°S到35°N之间的地气系统辐射差额为正值，在此范围以外的中、高纬度地区为负值。辐射差额的这种分布，也正是引起高低纬度之间大气环流和洋流产生的基本原因。
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气温、地温和水温的关系
人们通常用大气温度来表示大气的冷热程度，称为大气温度或气温。这是为了区别于土壤温度(土温)和水体温度(水温)来说的。如果不是为了这种区别，我们说温度，就是指气温，也不会造成人们误解。
因为大气的热量主要要来自地面，地面的性质和状况又有很大差别，海洋和陆地，高山和平原，沙漠和森林，潮湿地区和干燥地区等等，不同的地面情况对大气温度的影响也不相同。
海洋和陆地的差别最有代表意义。例如，在某一纬度上到达地面的太阳辐射能量相同，可是结果并不一样。陆地上剧烈升温，海洋上升温却十分和缓，为什么呢？仔细分析，至少有以下原因：
第一，陆地的反射率大于海洋水面。导致陆地实际吸收的太阳辐射比海洋少10％～20％，由于这个原因，陆地升温应比海洋大，而冷却则比海洋快。
第二，陆地对各种波长的太阳辐射都不透明，吸收的太阳辐射都用在加热很薄的陆地表面。水面虽然对红色光和红外线不透明，但对可见光其余部分和达到水面的紫外线都是透明的，这一部分辐射能量可以达到海洋的深层。
第三，岩石和土壤都是不良导体，传导到土壤下层的热量很少。水却相反，有很高的传导本领，得到的太阳辐射能很快地向下层传导。
第四，岩石和土壤不能上下左右流动，海洋上却有波浪、洋流和对流进行热量的水平输送和垂直交换。
第五，岩石和土壤的比热，小于水体的比热。岩石的比热约为0.8368焦/克·度;水比热是4.184焦/克·度。如果将4.184焦热量约1克水,温度可升高1℃;如果将4.184焦热量给1克岩石,温度可升高5℃。
第二到第五个原因，使陆地得到的太阳辐射只集中于表层，导致地面迅速而剧烈地升温，从而加强了地面和大气的感热交换。而水面则将太阳辐射的一部分向下层传播，使水温不断升高，传给大气的感热自然减少。
第六，海面有充足的水源供应，蒸发强烈，消耗了水面很多热量，使水温升不高，减少了空气的感热交换，但是热量多以潜热形式被带到大气中。感热是可以感觉到的热量，能立即使气温升高；潜热暂不能升温，只有当水汽凝结时，才能释放潜热，加热大气。
由此可见，即使在同样太阳辐射条件下，地温和水温之间仍有很大差别。它们的大气热量交换方式(是感热还是潜热)和数量都不相同，从而产生天气和气候的差异。
地球上天气和气候的差异，并不仅仅发生在海洋和陆地之间，即使都在陆地上，沙漠和森林，荒地和农田，干燥地区和潮湿地区，山脉的向风坡和背风坡，阳坡和阴坡等等，天气和气候也不相同。但是，在一定程度上都与地面干燥或潮湿情况有关。相对干燥的地面更接近一般陆地表面情况，相对潮湿的地面更接近水面的情况，只是差别没有陆地和海洋对比那样突出罢了。