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为什么玻璃温室太阳辐射能进入、地面辐射不能传出?大气逆辐射强度受什么因素影响?

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  1. 太阳辐射(短波,0.3~2.5 μm,紫外 + 可见光 + 近红外)

    这个波段落在玻璃的 高透射窗口 :玻璃材料内部的电子跃迁吸收带不在这个区间,光子能量不足以激发玻璃中的电子,所以 吸收弱、反射少,大部分可以直接透射穿过玻璃 ,到达温室地面。

  2. 地面辐射(长波红外,主要 4~20 μm)

    地面常温下的热辐射属于远红外波段。 在远红外区,玻璃里的 硅氧键(Si-O)会发生分子振动吸收 :远红外光子能量刚好匹配化学键振动能级,光子被材料强烈吸收;这个波段不在玻璃透射窗口, 远红外透过率极低 。 地面发出的长波红外辐射,绝大多数被玻璃吸收;玻璃吸热升温后,再向两侧发射长波辐射,一部分向内传回温室,热量被滞留在内部。


大气逆辐射强度主要受大气温度、湿度、云量、温室气体浓度、气溶胶和海拔等因素影响。

1. 云量(影响最明显)

云层能强烈吸收地面长波辐射,并把较多热量以大气逆辐射形式返还地面。

  • 云量多、云层厚:大气逆辐射强,夜间降温慢。
  • 晴朗少云:大气逆辐射弱,地面散热快,容易出现霜冻。
2. 空气湿度

水汽是近地面大气中最重要的长波辐射吸收和发射物质。

  • 湿度大:水汽多,大气逆辐射强。
  • 空气干燥:水汽少,大气逆辐射弱。
3. 大气温度

大气温度越高,向外辐射的长波能量越强,向下返还给地面的大气逆辐射也越强。

4. 温室气体浓度

二氧化碳、水汽、甲烷、臭氧等温室气体能吸收地面长波辐射,再以大气逆辐射形式向地面返还热量。

  • 温室气体增多:吸收地面辐射能力增强,大气逆辐射增强。
  • 这也是解释全球变暖的重要机制。
5. 气溶胶和颗粒物

尘埃、烟雾、火山灰等颗粒物也能吸收和发射长波辐射。

  • 夜间,人造烟幕中的水汽和颗粒物可增强大气逆辐射,起到防霜冻作用。
  • 但气溶胶白天会削弱太阳辐射,整体效应较复杂。
6. 海拔和空气密度

海拔越高,空气越稀薄,水汽和二氧化碳含量通常越少,大气逆辐射越弱。

所以青藏高原等地区昼夜温差大,一个重要原因就是夜间大气逆辐射弱,保温作用差。


阳伞效应

阳伞效应是大气中气溶胶颗粒物增多,削弱太阳辐射,使地表降温的现象,如同给地球撑起一把遮阳伞。大气中的烟尘、沙尘、火山灰等微粒,一方面反射、散射太阳辐射,减少到达地面的热量;另一方面微粒可作为凝结核,促进水汽凝结,云量雾天增加,进一步阻挡阳光,共同产生冷却效果。

颗粒物来源分为自然和人为两类。自然来源有火山喷发、沙尘暴、森林火灾、海盐微粒等;人为来源主要是化石燃料燃烧、工业排放、建筑扬尘等。历史上大规模火山喷发,大量火山灰进入平流层扩散全球,曾造成数年全球气温偏低。

阳伞效应能在一定程度上抵消温室效应的升温作用,减缓全球变暖速度,但弊端明显。光照减弱,地面接收紫外线减少,会影响植物光合作用;云雾、霾天气增多,能见度下降,干扰交通,也加剧大气污染,危害人体健康。

阳伞效应和温室效应同时存在,二者相互制衡。它不是良性降温手段,颗粒物沉降快、分布不稳定,依靠污染降温得不偿失。治理大气污染,减少气溶胶排放,才是协调气候与环境的根本方向。

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