大气能量平衡和全球变暖的可能相互作用.pdfVIP

大气能量平衡与全球变暖的可能相互作用 王万里1·2 1，武汉(华中)区域气候中心；邮编：430074；2，武汉大学资源与环境科学学院；邮编：430079； 一般认为大气总能景是大气内能(c．r)，位能(gZ)，潜热能(Lq)，动能(÷矿2)四者的 算数和，且总能量守衡，即有： 互1 VZ+CpT+幻+gz=∞珊f 如果不考虑大气潜热能，大气能量主要由大气内能，大气势能以及大气动能这基本的 三部分构成，可以通过计算得到大气三大能量在大气总能量中所占比例分别是：大气内 能约为70％左右；大气势能约为30％左右；大气动能仅占到0．05％，显然大气动能占的比 例非常小，在数量}二几乎可以不考虑，显示出大气三大能量构成在比例一}：极不对称．由于全 球变暖丰要以人气平均温度的年代际增高为基本特征，而大气平均温度增高又会直接导 致大气内能的增加，这样可以说大气内能增加导致了全球变暖．由于大气内能增加使得大 气系统能景构成在数最上发生变化，但在地球各圈层中大气可认为是一个相对封闭的独 立系统，假设其构成比例变化不大或构成的比例变化可以被忽略的话，那么大气内能的增 加可能直接导致大气势能增加以及大气动能的也同时增加．虽然大气动能在大气环流维 持中取着重要作用，不过由于大气三大能量构成比例的特殊性质使得大气动能在大气总 能量中，从数量上来说几乎可以被忽略，那么大气总能量在数量上可以进一步假定为：在 数量E大气内能只和大气势能发生相互作用，其结果便是大气内能在数量上的增加直接 导致大气势能在数量上也要按比例增加，或说大气内能的增加主要要靠大气平均势能的 增加来平衡，在此前提下北半球范围由于50年大气中绝人多数等高面的平均温度都在增 高，那么照以上结论推测500hPa平均位势高度场在50年中就会有增高趋，这是一种物理 上因果关系，或说正响应关系。如果分析500hPa平均位势高度场年代际变化情况时，可能 这一推论会得到证实。 另外根据大气基本方程(地转平衡方程，热成风方程，静力平衡方程，状态方程以及涡 度守恒方程)推导出大气纬向和经向上的大气内能，势能和动能守恒的非线性表达式，如 ①式和②式： !竺￡垒二生圣鉴!￡堡二笠圣!：—2fC—p2Ay≈170 ∥万 础(等2一争 ∥V ①盟等铲=警一ss② 啦(孚一要) 其中①式是纬向方向大气能量守衡式，②式是经向方向大气能量守衡式，两式总的说明大 作奢筒介王万里，(196卜)．贵州安顾人，主薹从事气候动力、天气动力、大气环流与L分布函数方面的研究E眦d： 墅垫堡垫兰．gx垒b螋：鲤啦蚀 12 析更进了一步，也更详细一些．其中功热当最取1卡=4．186焦耳；C。≈0．2375卡／克·度 ②式分别等于170左右与85左右。 最后，按照①式和②式计算平均纬向(经向)内能的平方至少是纬向(经向)动能与 位能乘积的170倍(85倍)，由于动能在数量．卜几乎可以忽略，也可以认为纬向(经向) 内能的平方至少是纬向(经向)位能的170倍(85倍)，说明大气内能可以与大气势能 直接发牛相瓦作用．比如取对流层中层在5000米左右高度，那么此时平均位能数量级为 动能大略在102—4×102m2s-2之间，显然平均位能要大平均动能2个数量级，而大气内能 也在104—105m2s-2之间，说明平均动能比平均内能也要小2．3个数量级，所以从半球尺 度(甚至全球尺度)来说，大气内能变化与大气势能变化可以直接发生相互响应，即大气平 均温度的增加导致大气平均内能的增加，大气平均内能的增加又直接导致大气平均位势 高度的增高，在北半球大气平均位势高度的增加的直接结果可能会导致北半球大范围内 的年平均降水量减少，大气平均位势高度的增加也会导致对流层平均下沉运动加大，下沉 辐散加强，地球表面接受的平均太阳辐射量增加，反过来又促进地表温度增加．更值得注意 的是由于太阳高度角变化导致的地球接受太阳辐射的季节及纬度带的差异性的存在，又 会使地球大气在某个特定阶段的某个特定区域产生物理要素．I二的明显不均匀性