【温故知新•通量篇】大气圈的辐射传输与地表辐射平衡

地球大气圈中的一切物理过程都伴随着能量的转换，而辐射能，尤其是太阳辐射能是地球大气圈最重要的能量来源。地面和大气在获得太阳辐射能增温的同时，本身又直接向外放出长波辐射而冷却。辐射过程是形成气候和气象的主要驱动因子之一，气象学和气候学中几乎所有重要现象都与辐射能量的传递过程相联系。

地球热平衡当中收入的热量为太阳辐射能，这种来自太阳的辐射能量被称为太阳辐射。单位时间内通过单位面积的辐射能量称为辐射通量密度，而单位时间内大气圈上部与太阳光线垂直的单位面积上所接受的太阳辐射能量称为太阳常数（I₀ =（1367±7）W·m^-2）。太阳辐射是包含了紫外线、可见光和红外线的电磁波的总和，物体的辐射强度遵循Kirchhoff定律，在大气层中的传输遵循Beer-Bouguer-Lambert法则，可以用Schwarzschold方程和灰色大气的辐射传输方程描述。

太阳光又被称为太阳辐射，被大气或地面吸收转化成热量，决定了地球的气象环境。太阳辐射被植物光合作用吸收转化为生物可利用的化学能，形成了地球生命活动的能量源泉。大气圈外的太阳辐射能在波长0.5μm附近形成高峰，与5800K的黑体辐射分布非常一致。在太阳辐射通过大气的过程中，由于氮（N₂）、氧（0₂）、等空气分子的散射，浮游的微粒子、云和尘埃的反射和散射以及臭氧（0₃）、二氧化碳（CO₂）和水（H₂O）的吸收，其能量、光谱、前进的方向都会发生变化，结果是只有波长为0.29~2.5 μm的太阳辐射可以到达地面。太阳辐射与地面的自然物所放出的辐射（3~100 μm）相比波长较短，通常称之为短波辐射。植物光合作用只能使用0.38~0.76 μm波长的辐射，这一波长的辐射称为光合有效辐射（PAR），与可见光的波长范围基本一致。

地表面向上和向下的总辐射之差称之为净辐射，它是太阳辐射与反射辐射、大气向下的长波辐射与地表向上的长波辐射的平衡值，又称之为辐射平衡，是地面所收取的净辐射能，是支配气象环境的热源，维持生态系统生命代谢与物质能量循环的主要能量。

（知识分享于《陆地生态系统通量观测的原理与方法》（高等教育出版社-于贵瑞、孙晓敏等著））