地面辐射和大气辐射

我们知道，太阳辐射有 43％被地球表面吸收了。那么，地球每天都吸收这么多的能量，温度是不是要越来越高呢？我们人还能不能生存下去？实际情况是：地球温度不会热得使我们生存不下去，也不会冷得把我们都冻成冰。这是因为地球吸收了太阳辐射的能量，同时它又通过地面辐射的形式把所吸收的太阳辐射能量释放出去。这两者大致相等，因此又叫收支平衡。

夏天，我们站在太阳底下活动，会热得汗流浃背，而到了太阳下山，就感到凉快。我们感到的只是直接的太阳辐射，而对地球辐射却毫无感觉。原来，我们所感觉到的太阳辐射，与地表吸收的太阳辐射一样，主要是太阳辐

射中能量最大的、波长较短的可见光辐射。而地球表面吸收太阳辐射后所释放出的辐射能量，却是另一种辐射，即一种波长较长、能量较低的辐射。地球保持辐射平衡时所需的平均温度约为 250K，它比地面的实际平均温度（约300K）低得多，在这样的温度下，辐射能主要集中在 3～120 微米的波长范围内。显然，地面辐射的波长比太阳辐射的波长要长得多，因此，常把太阳辐射称为短波辐射，把地面辐射称为长波辐射。

地球表面所吸收的太阳能，以长波辐射的形式释放出去。释放出去的这些能量又跑到哪儿去了呢？原来，大气中含有许多水汽、二氧化碳，以及少量的臭氧、一氧化二氮和甲烷。这些气体，在吸收地面的长波辐射方面显得特别能干，它们几乎把 8 微米以下和 12 微米以上的长波辐射能量全部吸收了。在 4～70 微米这个波长范围内，只有中间很窄的一段（8.5～12 微米） 的地球辐射穿透大气跑到宇宙空间去了，这一段就叫做“大气窗口”。在晴天，属于这一小段波长范围的地面辐射，可以不被大气吸收。气象卫星正是选用大气窗口的波长来作地面温度测量的。

地面发出的长波辐射，被上述提到的几种气体成分吸收后，又向四面八方发射出去，有的直接进入太空，有的仍射回地面。此外，大气中的云，既可吸收地面长波辐射，也可反射这种辐射。这些成分就像花房温室的玻璃窗那佯，允许太阳辐射进来，但是，在相当程度上却能阻挡地面热辐射的散失， 所以，人们形象地把它叫做“温室效应”。

大气对太阳短波辐射的吸收具有选择性，绝大部分的太阳短波辐射可以穿透大气层，直接到达地球表面，被地面吸收。又通过地面辐射的形式被大气吸收。从这个意义上讲，地球表面是大气的直接能源。大气吸收地面辐射后，温度升高，它也日夜不停地向外辐射，称之为大气辐射。大气辐射朝向四面八方，其中一部分外逸到宇宙中，一部分投向地面。投向地面的这部分辐射，因为刚好和地面辐射相反，所以又称它为大气逆辐射。大气辐射也与地面辐射一样，属于长波辐射。

大气逆辐射的存在使地面实际损失的热量比它以长波辐射放出的热量少一些，大气的这种作用称为大气的保温效应。有人做过这样的计算：如果没有大气，近地表面的平均温度为-23℃。但实际上近地表面的平均温度是 15

℃，也就是说大气的存在使近地表面的温度提高了 38℃。