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熱量平衡

[1]來自 搜狗 的圖片

熱量平衡是一個物體或系統的熱量收支相等時的狀況。對地球表面、大氣和地－氣系統的熱量收支關係的研究是物理氣候學的重要課題之一。輻射差額及其轉變的其他熱量消耗或熱量補償對地球表面、大氣和地-氣系統的熱量狀況有巨大的影響

介紹

熱量平衡是指一個物體或系統的熱量收支與熱儲量之間的平衡關係。用熱量平衡方程表示，是能量守恆定律的一種特殊形式。各收支項所代表的物理過程和控制因子各不相同，由它們分別構成了地-氣系統、地表和大氣的熱量平衡方程，從而規定和制約了各控制參數的變化關係、規定了熱流入的方向和大小和地、氣平衡溫度的變化，是熱量守恆定律的具體表現形式。

地－氣系統的熱量平衡指單位面積下墊面活動層（即沒有明顯溫度季節變化深度以上）起向上直到大氣上界整個氣柱的熱量收支相等時的狀況。大氣的熱量平衡指由地面伸展到大氣上界的單位截面積鉛直氣柱體的熱量收支相等時的狀況。

熱量平衡方程

地表熱量平衡方程， 表示地面在輻射交換過程中淨得或失去的輻射熱量與地面在熱交換過程中所失去或得到的熱量相平衡。方程表明： 地面在獲得(失去)輻射熱能後， 以何種途徑與地面和大氣層進行熱交換， 並促使水汽交換的。在小氣候研究中， R可直接測定， 方程其它分量可以根據近地層中溫度、濕度、風和地溫的梯度觀測， 按各種擴散公式或熱平衡公式計算 (見農田熱量平衡、農田土壤熱交換)。

對地球而言，熱量平衡方程為：

對地表：　Qd=LE+P+A 對大氣：　Qda=Fa-Lr-P+Ha 對地-氣系統：　Qds=Fs+L(E-r)+Hs Qd、Qda、Qds分別為地面、大氣、地-氣系統的輻射差額；Lr為潛熱；E為蒸發；r為水汽凝結率；LE為蒸發耗熱量；P為地面與大氣之間的湍流熱通量；A為地面與土壤或水之間的熱通量；Fa、Fs為大氣和地-氣系統的水平熱通量；Ha、Hs為大氣和地-氣系統內部單位時間熱焓量的變化。各分量可以直接從觀測中得到，也可由氣象資料算出。

分布特點

蒸發耗熱年總量分布特點有：

①蒸發耗熱在海洋上緯向帶狀分布比較明顯， 最大值(大於120千卡/厘米·年)在南、北半球的副熱帶緯度， 向中、高緯度遞減。在暖洋流(墨西哥灣流和黑潮)流經的海域， 出現高值中心 (超過160千卡/厘米·年和140千卡/厘米·年)；

②大陸上的蒸發耗熱遠小于海洋， 等值線在海陸沿岸發生中斷；

③在大陸上蒸發耗熱的最大值出現在濕潤的熱帶雨林地區(大於60千卡/厘米·年)， 最小值出現在副熱帶沙漠地區和北冰洋沿岸地區(小於10千卡/厘米2·年)。湍流熱交換年總量的分布則相反， 但其等值線在海陸沿岸也不連續;在暖洋流地區數值較大，以及在北冰洋沿岸數值很小等， 則與蒸發耗熱年總量是一致的。

氣候意義

地表熱量平衡是氣候形成的能量因子。分析、研究地表熱平衡狀況， 可為研究氣候形成、氣候模擬以及大氣環流演變提供重要依據。地表面的熱量和水分狀況直接影響着人類和動、植物的生存，也是農業生產的重要氣候資源。各種人工改良氣候的措施， 主要是通過改變地表熱平衡狀況實現的。