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黑体是一种假想的物体，它放出的辐射通量密度随波长的分布（能量/时间-面积-波长）成正比於Planck函数。地球大气系统的能量来自太阳放出的辐射，地球大气系统把其中一部分反射回到外太空，地球大气系统也会放出辐射能到太空，以便保持能量平衡。
太阳可视为温度5700 K的黑体，另一方面地表的平均温度为15℃，它们可视为黑体，地球和大气放出的辐射主要是红外辐射，波长较长，太阳辐射主要是可见光，波长较短，故它们分别称为长波和短波辐射。
太阳辐射和长波辐射都会受到大气的吸收。对太阳辐射来说，波长在0.3微米以下的紫外线已被平流层中的臭氧几乎完全吸收了。在近红外区（0.7~3微米）相当多的太阳辐射被大气中的水汽、二氧化碳和云所吸收，但大气几乎不吸收可见光（0.4~0.7微米）。至於长波辐射，在3.7和11微米附近气体的吸收很小，称为大气窗区。最重要的吸收带是6.3微米处的水汽吸收带、4.3和15微米的二氧化碳吸收带以及9.6微米处的臭氧吸收带。
只要不讨论气候变动，地表的年平均温度可视为常数，因此地球从太阳接收到的能量又会回到外太空，这种能量平衡已由气象卫星的观测结果证实了。附图表示地球大气系统平均能量平衡。
因为地球表面积是截面积的4倍，故大气层顶处的所接收到的太阳辐射通量密度等於太阳常数的1/4，即342 W/m2。太阳常数是指日地平均距离处的太阳通量密度。附图中的数字表示这个量为100单位时的各个辐射能量值。入射於大气层顶的太阳辐射一部分30单位因大气中的分子的雷氏散射、云、气溶胶的米氏散射以及地表的反射而在回到太空。这个比率30%称为行星反照率。
在大气层顶处的辐射是平衡的，到达的和离开的辐射能量都是70单位。对大气来说，辐射能并不平衡。吸收的太阳辐射为19单位，损失的辐射能为49单位，因此太阳辐射造成气的加热，而长波辐射则引起大气的冷却，不足的30单位则藉由对流的方式由地表往大气输送。在地表处，辐射也是不平衡的，接收到的太阳辐射为51单位，而离开的辐射为21单位，多出的30单位就是藉由对流进入大气。
上面所说的能量平衡是全球长时间的平均状况。若以纬度分布来说，则南北半球都以纬度35~40为界，在低纬度地区接收到的入射太阳辐射比放出的长波辐射多，在高纬度地区放出的长波辐射则大於入射太阳辐射。这种辐射收支纬度分部的不平衡正是地球上能量由低纬度往高纬度输送的主要机制，其中大约4/5是由大气输送，1/5是由海洋输送。更进一步说，至於能量平衡的时间和空间分布，则与大气和海洋中的各种现象有关。最重要的辐射收支是太阳常数、行星反照率以及向外长波辐射，都可由卫星观测得到。
中文关键字： 能量平衡 , 辐射收支 , 太阳常数 , 行星反照率 , 向外长波辐射
英文关键字energy balance , radiation budget , solar constant , planetary albedo , outgoing longwave radiation
参考资料
延伸阅读