气候学/热量平衡
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预算的含义是在一定时期内对收入和支出的估计。热量是一种能量，地球从太阳接收这种能量。因此，从太阳接收的能量（你的收入）及其在大气层以及地球表面（陆地和水体表面）的利用（你的支出）基本上就是热量平衡。在此背景下，热量平衡有两个主要组成部分：入射短波太阳辐射和出射长波地面辐射。让我们简要地研究一下它们：
太阳是地球上几乎所有能量的主要来源。这种来自太阳的能量被称为太阳辐射。由于太阳非常热，它以电磁波的形式发出短波辐射。不同类型的短波，如 X 射线、紫外线、可见光和近红外线。来自太阳的短波能量不会被大气层直接吸收。
地球的最上层大气层接收到的能量大约是太阳表面辐射出的能量的二百万分之一。入射能量涉及的流程是各种大气系统相互作用的原因。入射辐射涉及的流程：有三个流程与入射太阳辐射有关。它们是：
- 反射
- 漫射
- 散射
- 吸收
反射的含义是将某物从它来的地方返回。你将镜子放到阳光下，一道明亮的光束从镜子的表面反射出去。光的反射角取决于入射角。你会发现入射角和反射角相等。一定量的入射能量会损失掉，不会参与大气或地球表面的加热过程。它通常用反射的入射辐射的百分比表示。它也被称为反照率或反射系数。
漫射指的是某物从中心向各个方向更广泛地扩散。在散射中，太阳能或光线被迫偏离传播方向。当太阳能穿过大气层时，它必须穿过无数的微小固体气溶胶和气体颗粒。在穿过这些颗粒的过程中，能量和光线会发生漫射和散射。天空的蓝色是由于太阳光的选择性散射。黎明之前或日落之后，天空是红色的，这是由于红色可见光的漫射和散射。
吸收指的是全神贯注或被吸引的状态。这是一个物质被另一种物质吸收的过程。关于太阳辐射的吸收，它是被大气层或地球表面吸收的。入射太阳辐射被大气层中特定时间存在的不同成分吸收。这些成分包括气体分子、水汽、烟雾和尘埃粒子。它们在穿过大气层的过程中会捕获一部分太阳能。
从太阳接收的能量会加热地球表面。被加热的地球表面并不那么热，因此它会重新辐射能量。这种返回的能量以长波辐射的形式存在。在这个过程中，长波能量会被大气层吸收，从而使大气层升温。
地球和大气层接收的能量都会重新发射回太空。它通过不同的过程发生。出射能量涉及以下过程：-
- 潜热传递
- 显热传递
- 水汽和云的辐射
- 长波辐射
潜热是物质由于相变而吸收或释放的能量。例如，当从固态变为液态，从液态变为气态，甚至从固态变为气态，反之亦然时。如果物质从固态变为液态，它会从周围环境吸收能量，以便其分子分散开。如果液体再次变为气态，它需要更多能量以达到同样的目的。
显热是在不改变物质状态的情况下改变其温度所需的能量。这可以通过陆地表面吸收阳光或空气通过获得热量而升温来实现。潜热的释放或冷空气与暖空气接触也会导致温度升高。
辐射意味着排放或释放某物。大量的地球能量通过水汽和云释放。事实上，通常使大气层升温的能量也通过水汽和云释放。
只有一小部分能量通过直接长波辐射直接释放到太空。这意味着这部分能量不会被大气层捕获。
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理想情况下，地球的热量收支应是太阳辐射收入和地球辐射支出的完美平衡。这意味着太阳辐射收入和地球辐射支出必须相等，最终结果为零。到达大气顶端的总入射短波辐射被认为是 100%。这 100% 或者说 100 个单位能量的分配和再分配被称为地球热量平衡。在这 100 个单位中，17 个单位被云层反射回太空。空气分子将 8 个单位的能量散射回太空。到达地球表面的能量也被某些表面反射，例如积雪、沙漠或其他明亮的表面。它们对反射的贡献是 6 个单位。因此，来自大气层 (17 个单位)、空气分子 (8 个单位) 和地表 (6 个单位) 的总反射量为 31 个单位。这部分能量根本没有用于加热大气或地球表面。剩下的 69 个单位参与加热大气层和地球表面。在这 69 个单位中，19 个单位被水蒸气、尘埃颗粒和臭氧捕获，从而加热大气层。4 个单位被云层吸收，剩下的 46 个单位直接到达地球表面。31 个单位直接反射回太空，23 个单位用于大气层，46 个单位到达地球表面，总计为 100 个单位入射太阳辐射。
在地球接收的 46 个单位中，9 个单位通过长波辐射直接释放回太空，没有加热大气层。6 个单位的长波辐射被云层、水蒸气、二氧化碳和臭氧吸收。用于加热大气的总能量为 60 个单位；其中 37 个单位由地球表面释放（7 个单位 - 感热；24 个单位 - 潜热；6 个单位被云层、水蒸气、二氧化碳和臭氧吸收），以及在太阳能传输过程中已吸收的 23 个单位（19 个单位被水蒸气、尘埃颗粒和臭氧吸收；4 个单位被云层吸收）。
热量平衡
[edit | edit source]加热是指能量从温度更高的物体传递到温度更低的物体的过程。热能的分布在地球表面并不均匀。它受许多因素的影响。全年赤道附近接收的能量最多。随着纬度的增加，接收到的能量的季节变化非常大。