[科普中国]-热量平衡

介绍

一个物体或系统的热量收支与热储量之间的平衡关系。用热量平衡方程表示，是能量守恒定律的一种特殊形式。各收支项所代表的物理过程和控制因子各不相同，由它们分别构成了地-气系统、地表和大气的热量平衡方程，从而规定和制约了各控制参数的变化关系、规定了热流入的方向和大小和地、气平衡温度的变化，是热量守恒定律的具体表现形式。

地－气系统的热量平衡指单位面积下垫面活动层（即没有明显温度季节变化深度以上）起向上直到大气上界整个气柱的热量收支相等时的状况。大气的热量平衡指由地面伸展到大气上界的单位截面积铅直气柱体的热量收支相等时的状况。

热量平衡方程地表热量平衡方程， 表示地面在辐射交换过程中净得或失去的辐射热量与地面在热交换过程中所失去或得到的热量相平衡。方程表明： 地面在获得(失去)辐射热能后， 以何种途径与地面和大气层进行热交换， 并促使水汽交换的。在小气候研究中， R可直接测定， 方程其它分量可以根据近地层中温度、湿度、风和地温的梯度观测， 按各种扩散公式或热平衡公式计算 (见农田热量平衡、农田土壤热交换)。

对地球而言，热量平衡方程为：

对地表： Qd=LE+P+A

对大气： Qda=Fa-Lr-P+Ha

对地-气系统： Qds=Fs+L(E-r)+Hs

Qd、Qda、Qds分别为地面、大气、地-气系统的辐射差额；Lr为潜热；E为蒸发；r为水汽凝结率；LE为蒸发耗热量；P为地面与大气之间的湍流热通量；A为地面与土壤或水之间的热通量；Fa、Fs为大气和地-气系统的水平热通量；Ha、Hs为大气和地-气系统内部单位时间热焓量的变化。各分量可以直接从观测中得到，也可由气象资料算出。

分布特点蒸发耗热年总量分布特点有：

①蒸发耗热在海洋上纬向带状分布比较明显， 最大值(大于120千卡/厘米·年)在南、北半球的副热带纬度， 向中、高纬度递减。在暖洋流(墨西哥湾流和黑潮)流经的海域， 出现高值中心 (超过160千卡/厘米·年和140千卡/厘米·年)；

②大陆上的蒸发耗热远小于海洋， 等值线在海陆沿岸发生中断；

③在大陆上蒸发耗热的最大值出现在湿润的热带雨林地区(大于60千卡/厘米·年)， 最小值出现在副热带沙漠地区和北冰洋沿岸地区(小于10千卡/厘米2·年)。湍流热交换年总量的分布则相反， 但其等值线在海陆沿岸也不连续;在暖洋流地区数值较大，以及在北冰洋沿岸数值很小等， 则与蒸发耗热年总量是一致的。2

气候意义地表热量平衡是气候形成的能量因子。分析、研究地表热平衡状况， 可为研究气候形成、气候模拟以及大气环流演变提供重要依据。地表面的热量和水分状况直接影响着人类和动、植物的生存，也是农业生产的重要气候资源。各种人工改良气候的措施， 主要是通过改变地表热平衡状况实现的。

热量平衡地区差异不同纬度、不同下垫面上热量平衡各分量不同。例如，陆地最大蒸发量出现在赤道附近，而在副热带高压带纬度上，由于气候干燥，蒸发急剧减少。与此相反，大洋的最大蒸发量出现在副热带高压带纬度上，而在赤道附近蒸发量显著减少。研究表明，在北半球热量从低纬地区输向高纬地区，南半球热量向北半球输送。热量平衡的各个分量可以直接从观测中得到，也可以由气象资料算出。对一个地区热量平衡的研究有助于对该地区气候的形成和变化进行定量分析研

不同地区不同纬度、不同下垫面上热量平衡各分量不同。例如，陆地最大蒸发量出现在赤道附近，而在副热带高压带纬度上，由于气候干燥,蒸发急剧减少。与此相反,大洋的最大蒸发量出现在副热带高压带纬度上，而在赤道附近蒸发量显著减少。研究表明，在北半球热量从低纬地区输向高纬地区，南半球热量向北半球输送。热量平衡的各个分量可以直接从观测中得到，也可以由气象资料算出。对一个地区热量平衡的研究有助于对该地区气候的形成和变化进行定量分析研究。