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2017年12月16日 星期六

丁酉(鸡)年十月廿九

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大气环流的能量平衡和转换 - 正文 [回目录]

  大气环流能量转换和维持常定状态的物理过程。
  平衡 就地-气系统全球年平均能量平衡而论,根据计算,若设到达大气顶的太阳辐射为100个单位(见太阳常数),则其中19个单位将直接被大气吸收(水汽、臭氧和尘埃共吸收16个单位,云吸收3个单位),30个单位被反射回太空(20个单位被云反射,4个单位被地面反射,6个单位被空气散射),余下51个单位被地面吸收。地面吸收的这51个单位太阳辐射,有21个单位成为红外辐射由地面净放射出去,其中15个单位又为大气中的水汽和二氧化碳所吸收,6个单位直接返回太空;此外7个单位以感热通量方式,23个单位以潜热通量方式,分别进入大气。此时大气共吸收64个单位的能量,其中有26个单位由云、38个单位由水汽和二氧化碳分别以红外辐射净放射返回太空。这样,整个地球与大气均无净的能量得失。但对于不同纬度带而言,辐射收支情况不同,例如,北半球在北纬35°以南范围内的全年辐射差额为正,35°以北范围内为负。要使各纬度带呈能量平衡,则低纬度地带所净得的辐射能量必须通过大气环流大洋环流以各种形式输送到高纬度地带和极地去。大气中能量的输送,主要有感热、潜热、势能和动能四种形式。洋流中主要以水的内能形式输送。热带地区大气中能量的输送主要靠哈得来环流,在中纬度地区主要靠大型涡旋来完成。
  转换 因各纬度带大气净辐射受热不同,低纬度的大气暖又得热,高纬度的大气冷又失热,这样大气中储藏着巨大的有效势能,它源源地转换为动能(见大气能量),以补偿摩擦耗散的动能而维持大气的运动。对于大气环流来说,大气运动可分解为平均纬向运动和涡动运动两部分,后者即指对前者的偏差。相应地,动能可分为纬圈平均动能k和扰动动能Ek;有效势能也可分为纬圈平均有效势能PA和扰动有效势能EPA。根据A.H.奥尔特与J.P.佩绍图的估算,整个大气中能量储藏和转换循环,可简要地用大气能量循环图表示。圆内数字为各项能的储藏量,单位为105焦耳/米2,箭头指能量转换方向,旁边数字表示能量转换速率,单位为瓦特/米2

  参考书目
 A.H.Oort,J.P.Peixoto,The Annual Cycle of the Energetics of the Atmosphere on a Planetary Scale,Journalof GeophysicalResearch,Vol.79,No.18,pp.2705~2719,1974.

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更新时间 : 2009-06-28

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