一、地球上的辐射平衡

太阳通过辐射源源不断地将能量输送到地球表面。日地关系是研究大气的热力状况、大气运动、天气和气候形成的基础。在日地平均距离上，若不考虑大气的影响，垂直于太阳光线每平方厘米面积上每分钟所接受的太阳辐射称为太阳常数①。实际上在不同时间和不同纬度，大气上界的太阳辐射并不都等于太阳常数，而是随时间和空间而异。太阳辐射的时空分布受日地距离、太阳高度和日照时间三个因素所制约。但地球在远日点所获得的太阳辐射能比近日点仅减少 7％，故日地距离对太阳辐射的季节变化影响甚小。

我们已知，地球是个球体，正午太阳光线的高度角因纬度而不同。图 3-3 中，当太阳直射低纬 M 处时，纬度较高的 N 处的太阳高度角远小于 90°。

射 BC，太阳高度角为 90°，面积 AB 上的太阳高度角为 h，设 BC 上的太阳辐射强度为 I，AB 上为 i，则

i×AB=I×BC 即 i=I·sinh

可见，太阳辐射强度与太阳高度角的正弦成正比。

黄赤交角的存在使太阳直射点以一年为周期在南北纬 23°27′之间移

① 目前多采用 S0=1.94 卡/厘米 2·分，也有人采用 S0=1.90 卡/厘米 2·分。

动，太阳高度角和昼夜长短都因纬度和季节的不同而发生变化。图 3-5 以三维座标表示太阳辐射强度随纬度和季节的分布情况。赤道附近太阳辐射的年变化平缓，春秋分相对高些，二至日相对低些，二者相差 95 卡/厘米 2·日。在极圈之内，一年中有一段时间太阳辐射为零，夏至日（北极）或冬至日（南极）却高于赤道，年变幅达 639 卡/厘米 2·日。极圈与回归线之间太阳辐射呈单峰式的连续变化，北半球夏至日最高，冬至日最低；南半球则相反，冬至日最高，夏至日最低。

表 3-3 所列数据表明北半球大气上界太阳辐射能分布随纬度变化的规律：年太阳辐射量以赤道为最多，随纬度的增高而减少；夏半年太阳辐射量以 23°27′N 为最多，各纬度间的太阳辐射差异不太明显；冬半年太阳辐射量随着纬度的升高而很快减少，各纬度间的太阳辐射差异则逐步增大。