表面能量平衡系统

大气系统能量平衡主要包括哪些物理过程~

如把大气作为整体来考虑，物理过程主要包括:①辐射。大气的最根本能源是太阳辐射。但它只有一小部分直接为大气所吸收;一部分被地表面吸收，使地面增温;其余则被地球和大气反射回宇宙空间(见大气环流的能量平衡和转换)。此外，大气还吸收地面的长波辐射，同时大气本身也放射长波辐射。通过辐射过程，大气可以获得或丧失能量。②感热输送。通过传导、湍流和对流等过程，将地面的热量输送给大气。③潜热释放。空气中水汽的凝结或凝华过程和水滴的冻结过程，都将有大量的潜热释放，这是对流层大气获得热能的重要方式之一。

材料学中,表面能或界面能更高,更稳定，这句话您是不是看错了。应该是表面结合能或界面结合能更高,更稳定。

开发地表能量平衡系统的目的是为了通过卫星对地观测数据更连贯地对大气湍流通量进行估算。Su(2002)提出的SEBS理论由下面几部分组成。

1)通过对遥感图像的处理获得一系列地表物理参数，例如反照率、比辐射率、地表温度、植被覆盖度等(Su等，1999);

2)建立热传导粗糙度模型(Su，2001);

3)利用总体相似理论(Bulk Atmospheric Similarity，BAS)(Brutsaert，1999)确定摩擦速度、奥布霍夫稳定度和感热通量;

4)利用地表能量平衡指数(Surface Energy Balance Index，SEBI)(Menenti等，1993)计算蒸发比。

区域陆面蒸散量的遥感估算一般都是基于陆面能量平衡原理，而陆面能量平衡是由地表的净辐射驱动的，白天主要是太阳短波辐射。在地表，净辐射通量在感热通量、潜热通量和土壤热通量之间平衡，任一时刻的地表能量平衡可以表示如下:

地下水科学专论

式中:R_n为地表净辐射通量;G₀为土壤热通量;H为湍流感热通量;λE为湍流潜热通量，λ为汽化潜热，E为实际水分蒸发蒸腾总量。

地表净辐射是地表通过短波、长波辐射过程得到的净能量，它是气候变化乃至全球变化的重要驱动力，是构建各类生态模式的重要参数之一。计算净辐射通量R_n的方程为

地下水科学专论

式中:α为地表反照率;R_swd为下行太阳辐射，Wm^－2;R_lwd为下行长波辐射，Wm^－2;ε为地表比辐射率;σ为Stefan－Bolzmann常数，取值为5.67×10^－8Wm^－2K^－4;T₀为卫星传感器测得的地表温度，K。

土壤热通量是指单位时间内单位面积上的土壤热交换量，是地表能量与土壤的热交换量，它取决于地表特征(地面植被覆盖度)和土壤含水量等。计算土壤热通量G₀的方程如下:

地下水科学专论

式中:Γ_c为地表完全由植被覆盖地区的土壤热通量占净辐射的比值;Γ_s为地表为裸土时土壤热通量占净辐射的比值。假定土壤热通量G₀与净辐射通量R_n的比值对于完全由植被覆盖的地区为Γ_c=0.05(Monteith，1973)，对于裸土Γ_s=0.315(Kustas等，1989)。在这两种极端情况之间则可以利用植被覆盖度f_c来进行插值计算，其中的f_c可以通过遥感数据来确定。

潜热通量是指在单位时间内单位面积上沿垂直方向，地面及植被和大气之间由于水的相变而交换的热量。在计算出感热通量H后，潜热通量λE可以由基于地表能量平衡公式的剩余法求得:

地下水科学专论

地表各通量在一天内变化较大，然而潜热通量λE与净辐射通量R_n和土壤热通量G₀之差(或潜热通量λE与感热通量H之和)的比值，却相对稳定。它表示潜热通量λE在地表与大气能量交换中所占的比例(地表与大气能量交换包括潜热通量λE和感热通量H)。这个比值就是蒸发比(Evaporative Fraction)，可以通过下式求得:

地下水科学专论

在求出蒸发比以后，日蒸发量可以由下式确定:

地下水科学专论

式中:E_daily为地表实际日蒸发量， 为日蒸发比，近似等于瞬时蒸发比;R_n、G₀分别为日净辐射通量和日土壤热通量，Wm^－2;λ为汽化潜热，J/kg;ρ_w为水的密度，g/cm³。

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