分類: 天文 常識(shí)詞典 編輯 : 常識(shí) 發(fā)布 : 11-17

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大氣輻射討論地球大氣系統(tǒng)（把大氣跟地球視為一個(gè)整體）中的輻射過(guò)程，更詳細(xì)的說(shuō)是指大氣中的長(zhǎng)波、短波輻射和氣體、云、氣溶膠、地表之間的相互作用。

黑體是一種假想的物體，它放出的輻射通量密度隨波長(zhǎng)的分布（能量/時(shí)間-面積-波長(zhǎng)）成正比於Planck函數(shù)。地球大氣系統(tǒng)的能量來(lái)自太陽(yáng)放出的輻射，地球大氣系統(tǒng)把其中一部分反射回到外太空，地球大氣系統(tǒng)也會(huì)放出輻射能到太空，以便保持能量平衡。

太陽(yáng)可視為溫度5700 K的黑體，另一方面地表的平均溫度為15℃，它們可視為黑體，地球和大氣放出的輻射主要是紅外輻射，波長(zhǎng)較長(zhǎng)，太陽(yáng)輻射主要是可見(jiàn)光，波長(zhǎng)較短，故它們分別稱為長(zhǎng)波和短波輻射。

太陽(yáng)輻射和長(zhǎng)波輻射都會(huì)受到大氣的吸收。對(duì)太陽(yáng)輻射來(lái)說(shuō)，波長(zhǎng)在0.3微米以下的紫外線已被平流層中的臭氧幾乎完全吸收了。在近紅外區(qū)（0.7~3微米）相當(dāng)多的太陽(yáng)輻射被大氣中的水汽、二氧化碳和云所吸收，但大氣幾乎不吸收可見(jiàn)光（0.4~0.7微米）。至於長(zhǎng)波輻射，在3.7和11微米附近氣體的吸收很小，稱為大氣窗區(qū)。最重要的吸收帶是6.3微米處的水汽吸收帶、4.3和15微米的二氧化碳吸收帶以及9.6微米處的臭氧吸收帶。

只要不討論氣候變動(dòng)，地表的年平均溫度可視為常數(shù)，因此地球從太陽(yáng)接收到的能量又會(huì)回到外太空，這種能量平衡已由氣象衛(wèi)星的觀測(cè)結(jié)果證實(shí)了。附圖表示地球大氣系統(tǒng)平均能量平衡。

因?yàn)榈厍虮砻娣e是截面積的4倍，故大氣層頂處的所接收到的太陽(yáng)輻射通量密度等於太陽(yáng)常數(shù)的1/4，即342 W/m2。太陽(yáng)常數(shù)是指日地平均距離處的太陽(yáng)通量密度。附圖中的數(shù)字表示這個(gè)量為100單位時(shí)的各個(gè)輻射能量值。入射於大氣層頂?shù)奶?yáng)輻射一部分30單位因大氣中的分子的雷氏散射、云、氣溶膠的米氏散射以及地表的反射而在回到太空。這個(gè)比率30%稱為行星反照率。

在大氣層頂處的輻射是平衡的，到達(dá)的和離開(kāi)的輻射能量都是70單位。對(duì)大氣來(lái)說(shuō)，輻射能并不平衡。吸收的太陽(yáng)輻射為19單位，損失的輻射能為49單位，因此太陽(yáng)輻射造成氣的加熱，而長(zhǎng)波輻射則引起大氣的-，不足的30單位則藉由對(duì)流的方式由地表往大氣輸送。在地表處，輻射也是不平衡的，接收到的太陽(yáng)輻射為51單位，而離開(kāi)的輻射為21單位，多出的30單位就是藉由對(duì)流進(jìn)入大氣。

上面所說(shuō)的能量平衡是全球長(zhǎng)時(shí)間的平均狀況。若以緯度分布來(lái)說(shuō)，則南北半球都以緯度35~40為界，在低緯度地區(qū)接收到的入射太陽(yáng)輻射比放出的長(zhǎng)波輻射多，在高緯度地區(qū)放出的長(zhǎng)波輻射則大於入射太陽(yáng)輻射。這種輻射收支緯度分部的不平衡正是地球上能量由低緯度往高緯度輸送的主要機(jī)制，其中大約4/5是由大氣輸送，1/5是由海洋輸送。更進(jìn)一步說(shuō)，至於能量平衡的時(shí)間和空間分布，則與大氣和海洋中的各種現(xiàn)象有關(guān)。最重要的輻射收支是太陽(yáng)常數(shù)、行星反照率以及向外長(zhǎng)波輻射，都可由衛(wèi)星觀測(cè)得到。

中文關(guān)鍵字：能量平衡 , 輻射收支 , 太陽(yáng)常數(shù) , 行星反照率 , 向外長(zhǎng)波輻射

英文關(guān)鍵字energy balance , radiation budget , solar constant , planetary albedo , outgoing longwave radiation

參考資料

曾忠一。1988?！洞髿廨椛淅m(xù)篇》。臺(tái)北：中央研究院物理研究所。曾忠一。1988?！洞髿庑l(wèi)星遙測(cè)學(xué)》。臺(tái)北：渤海堂。Wallace, J. M. and P. V. Hobbs. 2006. Atmosp-eric Sciences: An Introductory Survey. Amsterdam: Academic Press.

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