《地表輻射平衡》課件

地表輻射平衡歡迎來到地表輻射平衡課程。本課程將探討地球能量平衡的關(guān)鍵機制，深入了解太陽輻射、地表吸收和溫室效應(yīng)等重要概念。課程導(dǎo)入1理解地表輻射探索地球能量收支的基本概念2分析影響因素研究自然和人為因素對輻射平衡的影響3全球影響討論輻射平衡對氣候和生態(tài)系統(tǒng)的重要性地表輻射的概念定義地表輻射是地球表面與大氣之間能量交換的過程組成包括太陽短波輻射和地表長波輻射平衡機制通過吸收、反射和再輻射維持能量平衡地球表面能量收支太陽輻射入射地球接收來自太陽的短波輻射地表吸收與反射部分輻射被吸收，部分被反射回大氣地表長波輻射地表發(fā)出長波輻射，部分被大氣吸收大氣反輻射大氣將部分長波輻射反射回地表太陽輻射的特性波長范圍主要集中在可見光和近紅外區(qū)域，波長約0.1-4μm能量分布約50%為可見光，40%為紅外線，10%為紫外線強度變化隨緯度、季節(jié)和大氣條件而變化地表吸收的太陽輻射1直接輻射未被大氣散射的太陽輻射2散射輻射被大氣散射后到達(dá)地表的輻射3反射輻射被地表反射后再次散射回地面的輻射地表向外輻射長波輻射地表以長波輻射形式向外釋放能量，主要波長在4-100μm黑體輻射地表近似黑體，輻射強度隨溫度升高而增加大氣窗口部分長波輻射可通過大氣窗口直接逃逸到太空溫室效應(yīng)的原理1太陽輻射穿透短波輻射穿過大氣到達(dá)地表2地表吸收與再輻射地表吸收短波輻射并以長波形式再輻射3大氣吸收溫室氣體吸收部分長波輻射4大氣反輻射大氣將吸收的能量部分輻射回地表溫室氣體的作用二氧化碳主要溫室氣體，來源廣泛甲烷強效溫室氣體，主要來自農(nóng)業(yè)和化石燃料水蒸氣最豐富的溫室氣體，強烈影響氣候太陽輻射的光譜分布1紫外線波長0.1-0.4μm，能量約10%2可見光波長0.4-0.76μm，能量約50%3紅外線波長0.76-4μm，能量約40%地表面輻射的光譜分布長波輻射主要波長范圍在4-100μm之間輻射峰值根據(jù)維恩位移定律，峰值波長約為10μm輻射強度遵循斯特芬-玻爾茲曼定律，與溫度的四次方成正比大氣對地表輻射的吸收1選擇性吸收不同氣體吸收不同波長的輻射2吸收帶CO2、H2O等形成明顯的吸收帶3大氣窗口8-12μm波段輻射可直接逃逸到太空4溫室效應(yīng)吸收的輻射增加大氣溫度，產(chǎn)生溫室效應(yīng)大氣溫室效應(yīng)的機理太陽輻射入射短波輻射穿透大氣地表吸收與再輻射地表發(fā)出長波輻射溫室氣體吸收CO2等吸收長波輻射大氣反輻射部分能量輻射回地表地表、大氣和外太空的能量交換1外太空接收太陽輻射，反射部分輻射2大氣層吸收、散射和傳輸輻射3地表吸收短波輻射，發(fā)射長波輻射熱量傳輸?shù)耐緩捷椛潆姶挪ㄐ问降哪芰總鬟f對流流體運動引起的熱量傳遞傳導(dǎo)物質(zhì)直接接觸的熱量傳遞地表能量收支平衡的重要性氣候調(diào)節(jié)維持地球適宜的溫度范圍水循環(huán)驅(qū)動促進(jìn)全球水分的蒸發(fā)和降水生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定為各種生態(tài)系統(tǒng)提供能量基礎(chǔ)大氣環(huán)流驅(qū)動全球大氣環(huán)流模式地表反照率的影響雪冰反照率高反照率，反射大量太陽輻射植被反照率較低反照率，吸收更多輻射城市反照率變化復(fù)雜，影響局部氣候云量對地表輻射的影響反射作用云層反射部分入射太陽輻射，降低地表接收的短波輻射溫室效應(yīng)云層吸收地表長波輻射，增強大氣反輻射凈效應(yīng)云量變化對地表輻射平衡的影響復(fù)雜，因云類型而異降水對地表輻射的影響1大氣透明度降水清潔大氣，增加太陽輻射透過率2地表濕度增加地表濕度，改變地表反照率3蒸發(fā)冷卻降水后的蒸發(fā)過程吸收熱量，冷卻地表4云量變化降水過程伴隨云量變化，影響輻射平衡植被對地表輻射的影響反照率調(diào)節(jié)植被改變地表反照率，影響輻射吸收蒸騰作用植物蒸騰增加大氣水汽，影響長波輻射碳循環(huán)植被吸收CO2，調(diào)節(jié)溫室效應(yīng)人類活動對地表輻射的影響1城市化改變地表特性，形成城市熱島效應(yīng)2溫室氣體排放增強大氣溫室效應(yīng)，改變輻射平衡3土地利用變化改變地表反照率和蒸散發(fā)特性4氣溶膠排放影響大氣透明度和云形成過程大氣成分對地表輻射的影響溫室氣體CO2、CH4等增加大氣對長波輻射的吸收氣溶膠散射和吸收太陽輻射，影響大氣透明度臭氧吸收紫外線輻射，保護(hù)地表生物氣候變化與地表輻射平衡溫室氣體增加加強大氣溫室效應(yīng)冰雪融化降低地表反照率，增加輻射吸收海平面上升改變海陸分布，影響全球能量分配植被變化影響碳循環(huán)和地表特性地表輻射平衡的調(diào)節(jié)機制1反照率反饋溫度變化引起冰雪覆蓋變化，進(jìn)而影響反照率2水汽反饋溫度升高增加大氣水汽，加強溫室效應(yīng)3云反饋溫度變化影響云量和云類型，調(diào)節(jié)輻射平衡4碳循環(huán)反饋溫度變化影響碳源匯，調(diào)節(jié)大氣CO2濃度地球系統(tǒng)的整體性1大氣圈調(diào)節(jié)輻射傳輸和能量分布2水圈儲存和傳輸熱量，調(diào)節(jié)氣候3巖石圈影響長期碳循環(huán)和地表特性4生物圈參與碳循環(huán)，影響地表特性地表輻射平衡對人類社會的影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響作物生長周期和產(chǎn)量能源需求影響供暖和制冷需求水資源管理影響降水模式和水資源分布健康風(fēng)險影響疾病傳播和極端天氣事件地表輻射平衡研究的意義氣候預(yù)測提高長期氣候變化預(yù)測能力能源規(guī)劃優(yōu)化可再生能源利用策略生態(tài)保護(hù)制定有效的生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)措施本課程小結(jié)1基本概念理解地表輻射平衡的核心機制2影響因素分析自然和人為因素對輻射平衡的作用3全球意義認(rèn)識輻射平衡對氣候系統(tǒng)的重要性4未來展望探討地表輻