表 3－4 北半球年总辐射（kcal/cm2）的纬度分布

到达地面的总辐射一部分被地面吸收，一部分被反射，反射部分的辐射量占投射的辐射量的百分比，称为反射率。地面性质不同，反射率差别很大。例如，新雪的反射率为 85％；干黑土为 14％；潮湿黑土只有 8％。对直接辐射来说，水面反射率，主要取决于太阳高度，当太阳高度角为 90°时，反射率为 2％；2°时，反射率达 78％。很显然，反射率愈大，吸收愈少。尽管总辐射相同，地表吸收的并不相等。这是导致近地面温度分布不均匀的原因之一。

地面和大气既吸收太阳辐射，又依据本身的温度向外辐射。由于地面和大气的温度比太阳低得多，因而地面和大气辐射的电磁波长比太阳辐射波长得多，其能量集中在 3—120 微米的红外范围内。故习惯上称太阳辐射为短

波辐射，地面和大气辐射为长波辐射。

据估计，约有 75—95％的地面长波辐射被大气吸收，用于大气增温，只有极少部分穿透大气散失到宇宙空间。由此可见，地面是大气第二热源。气温变化必然受到地面性质的影响。地面长波辐射几乎全被近地面 40—50 米厚的大气层所吸收。低层空气吸收的热量又以辐射、对流等方式传递到较高一层。这是对流层气温随高度增加而降低的重要原因。

地面辐射的方向是向上的，而大气辐射方向既有向上的，也有向下的。向下的部分称大气逆辐射。逆辐射可减少地面因长波辐射而损失的热量。这对地球表面的热量平衡具有重要意义。它使太阳短波辐射易于达到地面，地面长波辐射却不容易散失到宇宙空间，从而对大气起保温作用，使地面温度变化不致过于剧烈。这种作用称大气花房效应。

地面辐射 E 地和地面吸收的大气逆辐射 E 气之差值，称为地面有效辐射F0，即

F0=E 地-E 气

F0 为地面通过长波辐射而实际损失的热量。

地面有效辐射因地面温度、气温、空气湿度和云量而不同。当地面温度高时，地面辐射增强，如果其他条件不变，则有效辐射增大；气温高时，逆辐射增强，如果其他条件不变，则有效辐射减少；水汽及其凝结物发射长波辐射的能力较强，可增强大气逆辐射，降低有效辐射。空中云量较大，不仅增强大气逆辐射，而且能吸收地面长波辐射，以致大大减弱有效辐射。有云的夜晚比晴天夜晚温暖，冬季人造烟雾可防霜冻，就是减弱有效辐射，保温作用强的缘故。冬季“月夜苦寒”则是有效辐射强的结果。

综上所述，太阳短波辐射为大气和地面所吸收，大气和地面又依据本身的温度向外发射长波辐射，这样就形成了整个地-气系统与宇宙空间不断地以辐射形式进行能量交换。在地理环境内部，地面与大气也不断以辐射和热量输送的形式交换能量。在某一时段内物体能量收支的差值，称为辐射平衡或辐射差额。当物体收入的辐射多于支出时，辐射平衡为正，物体热量盈余， 温度升高；反之，辐射平衡为负，物体热量亏损，温度将降低；若物体收入的辐射与支出相等，则辐射平衡为零，温度无显著变化。

图 3-8 为全球多年平均的辐射平衡图解，从中可以看到两个重要的事实：

第一，从整个地-气系统平均状况来看，地面和大气从太阳得到的能量与发射到外层空间的能量相等。设达到大气上界的太阳辐射为 100 单位（当太阳常数 S0=1.94 时，每个单位等于 2.55 千卡/厘米 2·年），其中被大气和地面反射回宇宙空间 32 单位，被地-气单位吸收 68 单位。与此同时，地

面有 8 单位的能量，大气有 60 单位的能量以长波辐射的形式直接散发到宇宙。整个地-气系统的能量收支相等，辐射平衡为零。因此，地表整个自然环境能量处于相对平衡状态，平均温度比较稳定。

第二，地-气系统内部有着复杂的能量转换和能量输送过程。进入大气圈的总能量为 137 单位，其中直接吸收太阳辐射能只有 18 单位，以显热和

潜热形式从地面输送到大气圈的能量是 29 单位，而大气吸收地面的长波辐

射达 90 单位，说明大气的热力状况与地面性质关系十分密切。在收入 137

单位能量的同时，大气也不断发出长波辐射，其中有 60 单位散失到宇宙空间，77 单位被地面吸收。大气长波辐射总支出为 137 单位，辐射平衡为零。就地面来说，直接吸收太阳辐射 50 单位，而地面有效辐射 21 单位，向大气

输送热量 29 单位，辐射平衡也为零。可见，尽管大气和地面之间的能量交换很复杂，但是地面和大气的能量收支均相等，两者的平均温度都比较稳定。

全球年平均辐射平衡为零，但局部地区却并非如此。低纬地区辐射平衡为正，能量盈余；高纬地区辐射平衡为负，能量亏损；高纬地区亏损的部分由低纬地区盈余的部分补充，能量由低纬向高纬输送主要是依靠全球性的大气环流和洋流进行的。

辐射平衡有明显的日变化与年变化。在一日内，白天收入的太阳辐射超过支出的长波辐射，故辐射平衡为正；夜晚情况相反，辐射平衡为负。辐射平衡由正转为负或由负转为正的时刻，分别出现在日没前与日出后一小时

（图 3-9）。在一年内，北半球夏季的辐射平衡因收入的太阳辐射增多而加大；冬季则相反，甚至出现负值。这种年变化情况因纬度不同而不同，纬度

愈高，辐射平衡保持正值的月份愈少。例如，宜昌全年辐射平衡均为正值， 而列宁格勒只有五个月为正值，在极圈范围内则大部分时间出现负值（图3-10）。