[科普中国]-大气热源

简介

太阳的热辐射是地表和大气的最主要热源。据近年来宇航观测资料，大气层的上界面每cm2面积上每分钟接受的太阳辐射能量约8.16J。由于大气的主要成分氮和氧几乎不吸收太阳辐射能，水汽和二氧化碳则主要吸收波长较长的红外光线，而太阳辐射主要是短波辐射，故大气所直接吸收的太阳辐射能仅占15%，其余部分约有42%通过反射和散射返回宇宙空间，43%达到地球表面。地表接受辐射增热后，自身再向大气和宇宙空间辐射能量。此类辐射主要是长波辐射，故大部为大气吸收而增温。此外，空气与地面直接接触，由于热传导、对流而升温，更是大气增温的主要原因。因此，地表是大气的二次热源，地表热力状况在空间和时间上的变化，直接引起大气物理状态的变化。1

种类太阳辐射太阳辐射的波长范围很广，在电磁波谱中，从波长0.15um至4um之间集中了大部分太阳辐射量，其中波长小于0.4um的为紫外线波段，波长在0.4-0.76um之间的为可见光波段，波长大于0.76um、小于4um的为红外线波段，太阳辐射总能量的一半在可见光波段，43%在红外波段，紫外波段的能量只占总能量的7%。

太阳辐射是地球表面和地球大气唯一重要的能量来源。在大气上界垂直于阳光的单位面积上、单位时间内所获得的太阳辐射能为太阳常数,

这些太阳辐射通过大气时，一部分被大气吸收(主要依靠臭氧)，一部分被云层反射掉，还有一部分被大气散射。如果把从大气上界进入大气层的太阳辐射作为100个单位，以全球平均状况而言，约有41只因反射和散射返回宇宙空间，14%被大气吸收，45%到达地球表面。在碧空区，被地表吸收的太阳辐射能占到达地面辐射能的70%左右。可见，大气直接吸收的太阳辐射能很少，而地球表面却可大量接受太阳辐射能。所以，一般认为，大气对太阳辐射而言是透明物质。

到达地面的太阳辐射有两部分，一是以平行光线的形式直接投射到地面上的直接辐射；另一部分是以散射形式到达地面的散射辐射，两者之和你为总辐射。2

有效辐射在自然条件下，地面辐射和大气辐射总是存在的，不断进行的，这些辐射主要集中在电磁波谱中3-120um的红外波段和微波波段的范围内。

地面一面接受太阳的短波辐射，提高自身温度，一面向大气放射长波辐射，失去热量而降温;紧靠地面的对流层大气依靠二氧化碳、水汽和水滴等成分吸收大量的地面辐射，因为这些成分财长旋辐射有强烈的吸收作用。与此同时，大气又向外放出长波辐射。

地面辐射的方向向上，大气辐射的方向既有向上的，也有向下的，大气辐射向下的那一部分称为大气逆辐射。地面辐射(Ea)与大气逆辐射(EA)之差称为地面有效辐射(E)。

即 E=Ea-EA (2. 3)

决定有效辐射的因素有地面温度、气温、空气湿度、大气透明度、云量、海拔高度等。

综上所述，太阳辐射是地球表面和地球大气的主要能源，但大气本身尤其是对流层大气对太阳辐射的直接吸收很少，它可以使太阳幅射透过大气到达地面。而地球表面却可以吸收大量的太阳辐射，然后通过地面长波辐射将热量传给大气，对流层大气主要依靠吸收地面的长波辐射来増热。从这个意义上说，地面辐射是对流层大气的直接热源。鉴于这种情况，通常把地球表面称为空气的下垫面。2