地表熱量平衡

地表熱量平衡第1頁，共17頁，2023年，2月20日，星期一第一節(jié)熱量平衡方程R=LE+H+Qs+StR：地表凈輻射通量LE：蒸發(fā)潛熱H：地表與大氣間的湍流熱通量，即感熱通量Qs：地表向下的熱通量St：地表面與生物、物理、化學(xué)過程有關(guān)的能l量通量第2頁，共17頁，2023年，2月20日，星期一第二節(jié)感熱通量

感熱：地表與大氣間的湍流熱通量，由地面與大氣之間的溫差造成的。其中ρ為空氣密度，cp為空氣定壓比熱，kT為湍流熱交換系數(shù)。如令下墊面高度為：z=0，積分后則為：其中D為外擴散參數(shù)。第3頁，共17頁，2023年，2月20日，星期一熱量平衡法，也可以求得，即：整體空氣動力學(xué)法：第4頁，共17頁，2023年，2月20日，星期一地表與大氣之間感熱輸送的特點

1）無論是陸面或洋面，感熱交換結(jié)果是由地表面向大氣輸送能量，在大陸上感熱輸送平均由高緯向低緯增加，干旱和潮濕地區(qū)差異很大，最大值出現(xiàn)在熱帶的沙漠地區(qū)。2）感熱輸送隨氣侯濕潤程度的增加而減小。3）洋面上最大的感熱輸送發(fā)生在北半球的大洋的西部和北部海區(qū)。在赤道附近較小。4）我國年平均感熱通量分布呈北高南低分布。塔里木盆地和內(nèi)蒙古高原為高值區(qū)，這里干旱、少云、多日照。低值區(qū)出現(xiàn)在四川、貴州一帶。第5頁，共17頁，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)潛熱通量潛熱：地表蒸發(fā)時液態(tài)水氣化所吸收的熱量，它通過在大氣中凝結(jié)液態(tài)水而向大氣釋放熱量。L為蒸發(fā)潛熱，kg為水汽交換系數(shù)，當(dāng)空氣未飽和時，LE可寫牛頓形式：引入鮑文比β

第6頁，共17頁，2023年，2月20日，星期一第7頁，共17頁，2023年，2月20日，星期一地面與大氣之間的潛熱輸送的特點1）在海陸分界處，洋面和陸面的潛熱輸送相差很大。這是由于大陸和海洋上凈輻射的不同引起的蒸發(fā)力不同；大陸上由于地表水分的限制，制約了潛熱的輸送。2）大陸表面的潛熱輸送具有明顯的非帶狀分布特征。在充分濕潤地區(qū)，潛熱輸送隨凈輻射自高緯向赤道增大而增大；在干旱地區(qū)，潛熱輸送隨干旱程度的增加而減少。3）大洋上潛熱輸送年總量的分布與洋面凈輻射的分布基本相似。隨緯度上升而下降，暖流所經(jīng)處使?jié)摕崦黠@加大，而冷洋流作用的地區(qū)，潛熱輸送偏低。使?jié)摕彷斔偷膸罘植继卣髟獾狡茐摹?）我國年平均潛熱輸送通量等值線基本呈緯向分布，由南向北遞減。這是因為南方較北方潮濕，且溫度較北方高；低值中心在塔里木盆地。第8頁，共17頁，2023年，2月20日，星期一第四節(jié)土壤熱通量土壤熱通量：地表土壤與下層土壤間熱傳導(dǎo)的熱量通量。λ為土壤導(dǎo)熱率，c為土壤比熱，k為土壤導(dǎo)溫率。我國熱平衡占采用各時段年內(nèi)不同深度土壤溫度差的關(guān)系計算：第9頁，共17頁，2023年，2月20日，星期一Cw土壤容積熱容量，t為時間間隔。k為土壤導(dǎo)溫系數(shù)。S1為各深度溫度分布特征函數(shù)，S2為10~20cm處土壤溫度變化的特征函數(shù)。第10頁，共17頁，2023年，2月20日，星期一第五節(jié)冷熱源如果地表有熱量向大氣輸送，稱這個地區(qū)為地面熱源，反之地表從大氣得到熱量，稱這個地區(qū)為冷源（熱匯）。我國冷熱源分布與氣候的關(guān)系冬季：熱源呈現(xiàn)南高北低的特點，零等值線在40~48oN之間，北部由于地表積雪反射率增大為冷源；南部為熱源，四川盆地的云霧和陰雨較多，出現(xiàn)大低值中心；青藏高原的東南部旱季輻射加熱作用較強，為熱源；高原的主體部分也為熱源區(qū)。

第11頁，共17頁，2023年，2月20日，星期一夏季：兩大高值區(qū)分別位于內(nèi)蒙古高原和淮河以南的整個東南和華南沿海地區(qū)。低值區(qū)位于滇西南及青藏高原主體部分；另一低值區(qū)位于山東半島。內(nèi)蒙高原的強大的熱源是該地區(qū)很強的太陽輻射作用所造成的，而東南沿海高值區(qū)則是副高影響的結(jié)果，滇西南低值區(qū)是由于西南季風(fēng)影響下的雨帶造成的；青藏高原南部的高值區(qū)是由于夜雨造成的。第12頁，共17頁，2023年，2月20日，星期一第六節(jié)全球熱量平衡1.地氣系統(tǒng)熱量徑向輸送的特點(1)兩半球30o之間的輻射過剩，中高緯地區(qū)輻射不足，低緯地區(qū)的過剩與中高緯地區(qū)的不足相抵，整個地區(qū)保持輻射平衡狀態(tài)。(2)低緯地區(qū)的過剩與中高緯地區(qū)的輻射不足將使赤道與極地間的梯度加大，產(chǎn)生具有某些能量調(diào)節(jié)機制，從低緯向高緯進行能量的水平輸送。(3)在緯度30o~40o之間的能量輸送最大，從低緯度向高緯度輸送的所有能量都必須經(jīng)過這里。因此在中緯度地區(qū)平均說來，風(fēng)速最大，出現(xiàn)劇烈的天氣系統(tǒng)。（4）地緯向高緯總能量輸送包括三部分：潛熱輸送、海洋輸送和大氣輸送（感熱）。第13頁，共17頁，2023年，2月20日，星期一2.南北半球熱量徑向輸送的差異(1)通過中緯度和熱帶地區(qū)的潛熱輸送，南半球比北半球大。(2)通過熱帶和副熱帶的海洋輸送，北半球比南半球大得多。(3)由于南半球Hadley環(huán)流比北半球更為強大，使得通過熱帶的大氣輸送在南半球遠(yuǎn)大于北半球。(4)主要由大型渦旋通過中緯度的大氣輸送，在南半球較弱，南半球能量輸送更多的是以潛熱輸送的形式進行。(5)南半球的凈輻射略有盈余，輻射盈余對赤道以北的影響主要表現(xiàn)在海洋上，跨越赤道向北輸送的巨大的潛熱量主要由反向流動的大氣輸送來實現(xiàn)。第14頁，共17頁，2023年，2月20日，星期一假定到達大氣上界的太陽輻射為100。①經(jīng)大氣、云的吸收，反射和地面反射，被地球吸收的只有51（長波輻射為21，潛熱輸送為23，感熱輸送為7）。②被云、大氣反射回太空的為30③被大氣中水汽、塵埃、臭氧、云吸收的為19④地面反射的能量為51（⑤大氣吸收為45，⑥透過大氣射向太空的為