辐射的作用
海陆表面的热能主要来自太阳,太阳辐射能是大气中一切物理过程的原动力。各地气候差异的基本原因是太阳辐射能量在地球上分布不均匀。各地全年所得太阳辐射因纬度而异即随着纬度的增高而减少。各地所得太阳辐射量的季节变化也因纬度而不同,即随纬度的增高季节变化加大。由此可看出都表现在纬度的差异上。
如果把地面和上面的空气柱看作是一个整体,那么收入的辐射(地面和大气吸收的太阳辐射)和支出辐射(返回宇宙间的地面和大气的长波辐射)的差额,就是地一气系统的辐射平衡。辐射差额赤道最大,向高纬度逐渐变小由赤道到纬度30°地区为正值,在30°以北变为负值。它的绝对值向高纬度增加而到极地为最大。由此可见,热带和副热带热量收入大于支出,而温度和寒带则支出大于收入,因此必然会发生热量由赤道向两极输送的情况。
我们分析一下纬度所引起的辐射因子的最简单的情况,也就是在大气上界的太阳辐射情况,即天文辐射。因为大气上界排除了大气对太阳辐射的影响,那么,太阳光热的分布,只受日地距离、日照时数和太阳高度(即太阳入射角)三个因素的影响,尽管这是一种纯理论研究的理想情况,但它与今天地表面的实际辐射情况大体相似,而且,它是实际辐射情况的基础,是今天世界辐射分布和气候状况的基本轮廓。因此,它是具有现实意义的。
表13-1 水平面上天文辐射日总量(卡/厘米2·日)
纬度日总量日期
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90°N
|
70°N
|
50°N
|
30°N
|
10°N
|
0°N
|
10°S
|
30°S
|
50°S
|
70°S
|
90°S
|
春分
|
0
|
316
|
593
|
799
|
909
|
923
|
909
|
799
|
593
|
316
|
0
|
夏至
|
1110
|
1043
|
1020
|
1005
|
900
|
814
|
708
|
450
|
170
|
0
|
0
|
秋分
|
0
|
312
|
312
|
789
|
898
|
912
|
898
|
789
|
596
|
312
|
0
|
冬至
|
0
|
0
|
181
|
480
|
756
|
869
|
962
|
1073
|
1089
|
11145
|
1195
|
表13-2 北半球各纬度冬夏半年和全年辐射量(千卡/厘米2)
纬度辐射量日期
|
0°
|
10°
|
20°
|
30°
|
40°
|
50°
|
60°
|
70°
|
80°
|
90°
|
夏半年
|
160.6
|
170.0
|
174.6
|
174.4
|
169.7
|
160.9
|
149.1
|
138.7
|
134.5
|
133.3
|
冬半年
|
160.6
|
146.8
|
129.0
|
107.8
|
84.0
|
58.7
|
33.6
|
134.4
|
3.24
|
0
|
全年
|
321.2
|
316.8
|
303.6
|
282.2
|
253.7
|
219.6
|
182.7
|
152.1
|
137.8
|
133.3
|
(1)天文辐射日总量的分布在纬度方向上是不均衡的。在春、秋分日,太阳直射赤道,单位面积上所获得太阳光热最多,而且在南北半球各相当纬度的太阳高度角对称分布,大致相同,日照时间也相等,获得等量的太阳辐射,并向两极逐渐减少。故赤道地区全年有两个最高值(春分日和秋分日),使低纬度气温的年变化具有"双峰型"的特点。在夏至日,太阳直射北回归线,这时南极圈以内的地区出现极夜,日照时间自南极圈向北逐渐增大;太阳高度自南极圈的0°逐渐向北增大,至北回归线达最高,再向北又逐渐减小。因此,太阳辐射的分布自南极圈起向北递增。在北极圈附近,由于日照时数的增长大于因太阳高度角的减小而少得的太阳辐射,所以到达北极出现了最高值(冬至日情况与此相反)。这样,就使高、中纬度的气温年变化呈现“单峰型”的特点。
(2)天文辐射日总量的年变化,是随纬度的增高而加大的。赤道上为109卡/厘
米2·日,极地则为1110卡/厘米2·日,二者相差10倍。这和气温年变化随纬度的增高而加大的特点是一致的。
(3)天文辐射的年总量随纬度的增高而递减。最高值出现在赤道,最小值在极地。这正和赤道在一年之内太阳高度角最大,获得的热量最多,气温是随纬度的增高而降低的规律相符合。
(4)太阳辐射最高值,夏半年在20°N~30°N附近的地区,由此向南、向北减少,且南北之间的辐射量差异小。这和夏季热赤道随着太阳直射点的北移、南北温差较小的特点相吻合;而冬半年则出现在赤道,随纬度的增高而减小,且南北之间的辐射量相差较大。这与冬半年南北温差较大的特点是一致的。
(5)同一纬度地带,日、季、年辐射量到处都相同,这表明天文辐射具有纬向带状分布的特点。这就是气温呈纬向分布的基本原因。
天文辐射的纬向分布特点,使地球上出现相应的纬向气候带,如赤道带、热带、副热带、温带、寒带等,都称为天文气候带。这是理想的气候带,而实际气候远为复杂,但这已形成全球气候的基本轮廓。
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