大气效应
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大气效应 - 基本简介

大气效应是大气层对大气下层和地表的保温作用。因大气中的二氧化碳、甲烷、臭氧、氧化亚氮、氯氟烃以及水汽等既能吸收来自太空的长波辐射,又能拦截地表向外放出的长波辐射,从而使大气下层和地表温度升高。大气因有易令来自太阳的辐射透过而到达地面却不易令地面长波辐射大量逸向太空的性能而使地球温度变得比没有大气时为高的效应。此效应过去称为“花房效应”或“温室效应”。因那时认为花房或温室的保温效应的机制即为上述机制。

但以后通过研究,知道花房或温室的保温机制与上述机制并不相同。因此,另用“大气保温效应”或“大气效应”的名称来表达大气效应的机制。大气效应作用在于大气对太阳短波辐射几乎是透明体,而对地面长波辐射是隔热层,大气把地面辐射放出的热量绝大部分截留在大气中,并通过大气逆辐射又将热量还给地面。

大气效应,需要明确太阳辐射、地面辐射和大气辐射三者的差别和彼此的关系。日、地、气三种辐射的差别在于:地面的温度地域太阳,大气的温度地域地面,因此太阳辐射属于短波辐射,而地面辐射和大气辐射属于长波辐射,因此能够被大气中的二氧化碳和水汽吸收。日、地、气三种辐射的关系在于:太阳辐射经过大气被削弱一部分后,有将近一半的太阳辐射穿过了大气到达地面,地面吸收太阳辐射后增温,同时向外辐射,将热量传递给大气,大气吸收地面辐射后增温,并向外辐射,大气辐射有两部分,一小部分向宇宙空间散失;另外一大部分向地面,称其为大气逆辐射,这部分辐射在一定程度上补偿了地面辐射损失的热量。大气效应对地面的保温效应使夜晚的气温不会太低,因此使地球昼夜温差不会太大。

大气效应 - 形成简介

大气效应因地球大气对太阳短波辐射基本透明,而对地表长波辐射具有强烈的选择吸收,大气吸收了长波辐射,同时又放射长波辐射,其中一部分逸向太空,另一部分又返回地表和低层大气,从而使有大气存在时地表的实际温度高于无大气存在时地表的平均温度。大气层的这种增温作用即为大气效应。根据辐射平衡理论,若把地球看作黑体,在没有大气存在时由斯忒藩一波尔兹曼定律计算的地表平均温度为255°K,但实际测量的地面温度平均为15℃左右(约288°K)。

因此,地球大气的存在使地表平均温度提高数十度。过去也把大气的这种作用称为温室效应,但研究表明,温室的保温作用与大气的保温机制并不完全相同,大气中不存在温室覆盖物那种切断对流热交换的作用。导致大气效应的大气成分除二氧化碳和水汽外还包括甲烷和一氧化二氮等微量气体。人类活动引起的大气中二氧化碳等气体含量的增加,将会加剧大气效应的幅度,并可能导致气候与环境的一系列变化。

大气效应 - 影响作用

大气效应影响地面吸收太阳辐射能而增温,同时地面又把热量向外辐射。由实验得知,物体的温度越高,辐射中最强部分的波长越短;反之越长。由于地球表面的温度比太阳低得多,所以地面辐射的波长比太阳辐射长得多,其能量主要集中在红外线部分。因此,相对于太阳短波辐射来说,地面辐射为长波辐射。

对流层大气中的水汽和二氧化碳等,吸收红外线长波辐射的能力很强。因此,地面放出的长波辐射除极少一部分透过大气返回宇宙空间外,绝大部分(75%~95%)都被对流层大气中的水汽和二氧化碳等吸收,使大气增温。所以,地面是对流层大气主要的直接热源。

大气在增温的同时,也向外放出红外线长波辐射。大气辐射除一小部分向上射向宇宙空间外,大部分向下射向地面,其方向与地面辐射正好相反,故称为大气逆辐射。大气逆辐射又把热量还给地面,这就在一定程度上补偿了地面辐射损失的热量,对地面起到了保温作用。天空有云,特别是有浓密的低云时,大气逆辐射更强。

地球大气对太阳辐射的削弱作用和对地面的保温作用,既降低了白天的最高气温,又提高了夜间的最低气温,从而减小了气温日较差。由于大气效应,才使地球表面平均气温提高到15℃,形成适宜人类生存的温度环境。如果没有大气效应,地球表面的平均气温将会下降到-18℃,那么地球上的绝大多数生态系统将不复存在。