氣候學/熱量平衡
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預算的含義是在一定時期內對收入和支出的估計。熱量是一種能量，地球從太陽接收這種能量。因此，從太陽接收的能量（你的收入）及其在大氣層以及地球表面（陸地和水體表面）的利用（你的支出）基本上就是熱量平衡。在此背景下，熱量平衡有兩個主要組成部分：入射短波太陽輻射和出射長波地面輻射。讓我們簡要地研究一下它們：
太陽是地球上幾乎所有能量的主要來源。這種來自太陽的能量被稱為太陽輻射。由於太陽非常熱，它以電磁波的形式發出短波輻射。不同型別的短波，如 X 射線、紫外線、可見光和近紅外線。來自太陽的短波能量不會被大氣層直接吸收。
地球的最上層大氣層接收到的能量大約是太陽表面輻射出的能量的二百萬分之一。入射能量涉及的流程是各種大氣系統相互作用的原因。入射輻射涉及的流程：有三個流程與入射太陽輻射有關。它們是：
- 反射
- 漫射
- 散射
- 吸收
反射的含義是將某物從它來的地方返回。你將鏡子放到陽光下，一道明亮的光束從鏡子的表面反射出去。光的反射角取決於入射角。你會發現入射角和反射角相等。一定量的入射能量會損失掉，不會參與大氣或地球表面的加熱過程。它通常用反射的入射輻射的百分比表示。它也被稱為反照率或反射係數。
漫射指的是某物從中心向各個方向更廣泛地擴散。在散射中，太陽能或光線被迫偏離傳播方向。當太陽能穿過大氣層時，它必須穿過無數的微小固體氣溶膠和氣體顆粒。在穿過這些顆粒的過程中，能量和光線會發生漫射和散射。天空的藍色是由於太陽光的選擇性散射。黎明之前或日落之後，天空是紅色的，這是由於紅色可見光的漫射和散射。
吸收指的是全神貫注或被吸引的狀態。這是一個物質被另一種物質吸收的過程。關於太陽輻射的吸收，它是被大氣層或地球表面吸收的。入射太陽輻射被大氣層中特定時間存在的不同成分吸收。這些成分包括氣體分子、水汽、煙霧和塵埃粒子。它們在穿過大氣層的過程中會捕獲一部分太陽能。
從太陽接收的能量會加熱地球表面。被加熱的地球表面並不那麼熱，因此它會重新輻射能量。這種返回的能量以長波輻射的形式存在。在這個過程中，長波能量會被大氣層吸收，從而使大氣層升溫。
地球和大氣層接收的能量都會重新發射回太空。它透過不同的過程發生。出射能量涉及以下過程：-
- 潛熱傳遞
- 顯熱傳遞
- 水汽和雲的輻射
- 長波輻射
潛熱是物質由於相變而吸收或釋放的能量。例如，當從固態變為液態，從液態變為氣態，甚至從固態變為氣態，反之亦然時。如果物質從固態變為液態，它會從周圍環境吸收能量，以便其分子分散開。如果液體再次變為氣態，它需要更多能量以達到同樣的目的。
顯熱是在不改變物質狀態的情況下改變其溫度所需的能量。這可以透過陸地表面吸收陽光或空氣透過獲得熱量而升溫來實現。潛熱的釋放或冷空氣與暖空氣接觸也會導致溫度升高。
輻射意味著排放或釋放某物。大量的地球能量透過水汽和雲釋放。事實上，通常使大氣層升溫的能量也透過水汽和雲釋放。
只有一小部分能量透過直接長波輻射直接釋放到太空。這意味著這部分能量不會被大氣層捕獲。
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理想情況下，地球的熱量收支應是太陽輻射收入和地球輻射支出的完美平衡。這意味著太陽輻射收入和地球輻射支出必須相等，最終結果為零。到達大氣頂端的總入射短波輻射被認為是 100%。這 100% 或者說 100 個單位能量的分配和再分配被稱為地球熱量平衡。在這 100 個單位中，17 個單位被雲層反射回太空。空氣分子將 8 個單位的能量散射回太空。到達地球表面的能量也被某些表面反射，例如積雪、沙漠或其他明亮的表面。它們對反射的貢獻是 6 個單位。因此，來自大氣層 (17 個單位)、空氣分子 (8 個單位) 和地表 (6 個單位) 的總反射量為 31 個單位。這部分能量根本沒有用於加熱大氣或地球表面。剩下的 69 個單位參與加熱大氣層和地球表面。在這 69 個單位中，19 個單位被水蒸氣、塵埃顆粒和臭氧捕獲，從而加熱大氣層。4 個單位被雲層吸收，剩下的 46 個單位直接到達地球表面。31 個單位直接反射回太空，23 個單位用於大氣層，46 個單位到達地球表面，總計為 100 個單位入射太陽輻射。
在地球接收的 46 個單位中，9 個單位透過長波輻射直接釋放回太空，沒有加熱大氣層。6 個單位的長波輻射被雲層、水蒸氣、二氧化碳和臭氧吸收。用於加熱大氣的總能量為 60 個單位；其中 37 個單位由地球表面釋放（7 個單位 - 感熱；24 個單位 - 潛熱；6 個單位被雲層、水蒸氣、二氧化碳和臭氧吸收），以及在太陽能傳輸過程中已吸收的 23 個單位（19 個單位被水蒸氣、塵埃顆粒和臭氧吸收；4 個單位被雲層吸收）。
熱量平衡
[edit | edit source]加熱是指能量從溫度更高的物體傳遞到溫度更低的物體的過程。熱能的分佈在地球表面並不均勻。它受許多因素的影響。全年赤道附近接收的能量最多。隨著緯度的增加，接收到的能量的季節變化非常大。