大氣環流的能量平衡和轉換

大氣環流的能量平衡和轉換，大氣環流能量轉換和維持常定狀態的物理過程。

基本介紹

• 中文名：大氣環流的能量平衡和轉換
• 所屬學科：物理

能量轉換過程

就地-氣系統全球年平均能量平衡而論，根據計算，若設到達大氣頂的太陽輻射為100個單位（見太陽常數），則其中19個單位將直接被大氣吸收（水汽、臭氧和塵埃共吸收16個單位，雲吸收3個單位），30個單位被反射回太空（20個單位被雲反射，4個單位被地面反射，6個單位被空氣散射），餘下51個單位被地面吸收。地面吸收的這51個單位太陽輻射，有21個單位成為紅外輻射由地面淨放射出去，其中15個單位又為大氣中的水汽和二氧化碳所吸收，6個單位直接返回太空；此外7個單位以感熱通量方式，23個單位以潛熱通量方式，分別進入大氣。此時大氣共吸收64個單位的能量，其中有26個單位由雲、38個單位由水汽和二氧化碳分別以紅外輻射淨放射返回太空。這樣，整個地球與大氣均無淨的能量得失。但對於不同緯度帶而言，輻射收支情況不同，例如，北半球在北緯35°以南範圍內的全年輻射差額為正，35°以北範圍內為負。要使各緯度帶呈能量平衡，則低緯度地帶所淨得的輻射能量必須通過大氣環流和大洋環流以各種形式輸送到高緯度地帶和極地去。大氣中能量的輸送，主要有感熱、潛熱、勢能和動能四種形式。洋流中主要以水的內能形式輸送。熱帶地區大氣中能量的輸送主要靠哈得來環流，在中緯度地區主要靠大型渦旋來完成。轉換　因各緯度帶大氣淨輻射受熱不同，低緯度的大氣暖又得熱，高緯度的大氣冷又失熱，這樣大氣中儲藏著巨大的有效勢能，它源源地轉換為動能（見大氣能量），以補償摩擦耗散的動能而維持大氣的運動。對於大氣環流來說，大氣運動可分解為平均緯向運動和渦動運動兩部分，後者即指對前者的偏差。相應地，動能可分為緯圈平均動能Ek和擾動動能E′k；有效勢能也可分為緯圈平均有效勢能EPA和擾動有效勢能E′PA。根據A.H.奧爾特與J.P.佩紹圖的估算，整個大氣中能量儲藏和轉換循環，可簡要地用大氣能量循環圖表示。圓內數字為各項能的儲藏量，單位為105焦耳/米2，箭頭指能量轉換方向，旁邊數字表示能量轉換速率，單位為瓦特/米2。

參考書目

A.H.Oort，J.P.Peixoto，TheAnnualCycleoftheEnergeticsoftheAtmosphereonaPlanetaryScale，JournalofGeophysicalResearch，Vol.79，No.18，pp.2705～2719，1974.