海表面熱通量3

海氣熱通量驅(qū)動(dòng)海洋的主要能量來自太陽的太陽輻射。海洋如何吸收來自太陽的能量?海洋中熱量收支平衡狀態(tài)能達(dá)到嗎？問題:a)輻射譜10510410310210110-110-210-310-410-510-610-710-810-910-1010-1110-12Long-waveradioStandardAMradio

Short-waveradioMicrowavesInfraredUltravioletX-raysGammaraysRedRangeYellowGreenBlueViolet49%7%43%Wavelength(m)太陽波的波長:0.2-4m（微米，10－6m）b)太陽常數(shù)定義:太陽常數(shù)S

是地球平均半徑處接受到的來自太陽的平均能通量REarthSun問題:單位時(shí)間內(nèi)地球表面單位面積接受到多少太陽能量的平均值？斷面面積:斷面上接受到來自太陽總能量:2)地球表面面積:單位時(shí)間內(nèi)地球表面單位面積接受到多少太陽能量的平均值:考慮到地球表面位置，3)地球的反射率定義:反射率

是太陽輻射的反射或散射率.考慮入射的太陽輻射是S/4，它以的比率反射,

那么被地球?qū)嶋H接受的平均能通量等于隨云量、冰和雪的覆蓋率而變:注意:冰和雪的覆蓋率的作用與云相似在實(shí)際的海洋上:

January(clearskyalbedo)Januaryalbedo(withcloud)Augustalbedo(withcloud)溫室效應(yīng)如果我們考慮30%的反射率,單位時(shí)間內(nèi)內(nèi)平方米面積仍能接受到1kW的能量!當(dāng)入射太陽能與反射和輻射出去的能量平衡時(shí)，加的熱過程必須被終止：達(dá)到一個(gè)平衡態(tài).如生活在微波爐內(nèi)!問題:地球上太陽能如何被平衡?例1:赤裸的地球(無云覆蓋)Earth設(shè)T是地球表面溫度，E是單位時(shí)間內(nèi)從地球輻射出去的能量值,那么其中是Stenfan-Boltman常數(shù),它等于

5.7×10-8W/m2K4平衡態(tài):設(shè)T225K=-18oC如果我們考慮緯度的變化，我們得到太冷了!例2:被云覆蓋地球EarthTcloudTc設(shè)e是被云吸收的輻射部分,我們可得到云層內(nèi)側(cè)和外側(cè)能量平衡方程a)外側(cè):

b)內(nèi)側(cè):(a)加(b)得到:當(dāng)e=1(來自地球的長波輻射完全被云吸收),因此,云的作用象一個(gè)溫室，保持地球的能量!海洋的熱平衡Qs

QbQhQeQvQs:來自太陽輻射的短波能量(短波輻射)Qb:凈的海洋長波回輻射能量(長波輻射);Qe:由蒸發(fā)引起的能量損失(潛熱通量);Qh:由傳導(dǎo)產(chǎn)生的感熱損失;Qv:海洋熱量輸送(對(duì)流和平流)設(shè)Q為海洋凈的熱通量,假設(shè)沒有全球變暖趨勢,對(duì)長期平均,對(duì)短期，海洋凈熱通量日變化隨太陽輻射日變化而變化,等等,etc.問題:

控制熱通量的物理過程是什么?Qs:短波輻射(單位:W/m2)觀測結(jié)果:只有51%的太陽短波輻射能量能到達(dá)海洋表面:51%CloudlayerTcSeasurface海表面吸收的總能量：影響Qs的因素：

白天長短:隨季節(jié)和地理緯度變化;

大氣的吸收(氣體分子,塵土,水汽);

云的作用:通過云的輻射和散射，減少了到達(dá)海表面的平均能量例1:

a)b)Qs短的路徑最小的吸收長的路徑大的吸收Qs例2:經(jīng)驗(yàn)方程:

c:天空中云的比例,由八分制估算.如果天空完全被云覆蓋,c=8,在實(shí)際海洋,Qs的分布隨緯度而變化.年平均值為:AnnuallyaveragedQs(W/m2)問題:

為什么大陸上的Qs比海洋上的大？晴朗天空進(jìn)入的太陽輻射(100單位)散射回太空(-7單位)被水汽和CO2在低層大氣吸收(-13單位)

被云反射回太空(-45單位)云中吸收(-10單位)80單位25單位Qb:凈的長波輻射所有絕對(duì)溫度大于0的物體都能發(fā)射輻射。輻射的強(qiáng)度依賴于物體的溫度：物體的溫度高輻射強(qiáng)。當(dāng)物體的溫度變高時(shí)，輻射譜趨向短波.在實(shí)際海洋中,海表面能量的發(fā)射由海表面溫度Ts黑體估算。凈向上的長波通量Qb海洋和大氣長波輻射制差，即:Ts:海表面水體溫度Ta:海表面大氣溫度:Stenfan’sconstantTaTsSeaAirSeasurface一般證據(jù):Qb~50W/m2;當(dāng)云層覆蓋變大時(shí),Qb增大。然后,對(duì)冰Qb

變化不大;Qb

日變化和季節(jié)變化都不大，因?yàn)樵谶@個(gè)時(shí)間尺度上海溫和海洋上相對(duì)比濕均變化不大。

赤道whitewhiteblack大小Qs在高緯度小、低緯度大

Qb:隨緯度變化不大Qh:感熱損失1)水比大氣密度大得多因此,如果僅考慮密度交界面，海氣界面非常穩(wěn)定然后，大的溫差會(huì)引起高溫一方向低溫一方能量傳輸。這樣一個(gè)從海洋的熱通量叫感熱損失，或由傳導(dǎo)產(chǎn)生的熱量損失。兩個(gè)傳導(dǎo)過程:1)分子熱量傳導(dǎo);2)渦動(dòng)（湍流）擴(kuò)散對(duì)分子情形:k:熱量的分子傳導(dǎo)率;cp:恒定壓力下大氣比熱T/z:海表面氣溫梯度對(duì)渦動(dòng)情況:例:

Ta(high)(low)海洋獲得熱量seasurfaceTa(low)high海洋失去熱量seasurfacea)b)Qe:由蒸發(fā)產(chǎn)生的熱量損失（感熱通量)感熱通量可由下式估算在實(shí)際海洋中,控制Qe的兩個(gè)主要因子：1)海氣溫差;2)風(fēng)速.為了精確計(jì)算Qe

和Qh必須強(qiáng)調(diào)幾個(gè)關(guān)鍵問題：在靠近海面大氣邊界層中不同的穩(wěn)定和不穩(wěn)定條件下，正確確定u*；正確計(jì)算海表面出的海氣溫差；計(jì)算降水對(duì)海表面冷卻的貢獻(xiàn)問題1):u*依賴于海表面粗粗度和風(fēng)速。如何計(jì)算粗糙度和考慮對(duì)流速度？問題2):大氣溫度是在氣象浮標(biāo)和船上某個(gè)高于海面的高度上測量，如何確定真實(shí)的海氣界面溫差？問題3):真實(shí)的海氣界面溫差受易受降水影響。強(qiáng)降水經(jīng)常伴隨大氣鋒面過境，如何確定海表面冷卻的貢獻(xiàn)？觀測依據(jù):

因?yàn)槲鬟吔缗鞯拇嬖诤投敬蟮臏囟忍荻?，最大的Qe

發(fā)生在大洋的西部和冬季。在西北太平洋中緯度，Qe

大約為145W/m2。在西大西洋,Qe

大約為195W/m2;c)Qe

和Qh

一般在風(fēng)暴經(jīng)過期間比較大.ThePacificOceanQhQeLargeQeSmallQelossgainQe

和Qh之間關(guān)系在實(shí)際海洋中