地球的辐射平衡 - 初中科学

在理解地球的辐射平衡之前，如果你还不了解热平衡和能量传递方式，建议先阅读下面的文章。

热平衡和能量传递方式 - 初中科学

在教授中学生地球的辐射平衡时，听到有人说这个概念相当难以理解。即便在网上搜索，也没有适合中学生的文章，所以决定写一篇。这篇文章旨在讨论热平衡和能量传递方式，而下一篇则将讨论地球的辐射平衡...

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1. 能量的移动

就像我们在之前的帖子中提到的，高温物体拥有较多的能量，低温物体拥有较少的能量。

而能量从高温物体流向低温物体，这称为热量。

而物体拥有的能量越多，温度就越高。

这好比碗里的水越多，水位就越高。

2. 能量的移动与物体的温度变化

问题在于这种能量的移动不断发生，因此物体的温度持续变化。

此时，物体的温度变化可以通过能量的流入（进入）和流出（离开）来解释。

1. 如果流入物体的能量多于流出的能量，物体的温度会上升。

2. 如果流入物体的能量与流出的能量相同，物体的温度则保持不变。

3. 如果流入物体的能量少于流出的能量，物体的温度会下降。

这可以通过水进出杯子的比喻来解释。

上方的（a）、（b）、（c）杯子中，水在供应和排出。

在（a）杯中有3滴水进入，1滴水排出。在这种情况下，水位将会上升。

这与上面的情况1相同。

（b）杯中进入和排出的水量相同，因此水位不会变化。

这与上面的情况2相同。

同样，（c）杯与上面的情况3相同。

通过这种将物体温度变化比作水量和水位变化的比喻，可以更容易理解。

3. 辐射平衡

辐射平衡是指物体吸收的辐射能量与释放的辐射能量相等，温度保持恒定的状态。

从广义上讲，辐射平衡也是热平衡状态的一种。

不同之处在于，辐射平衡是通过热传递方式中的“辐射”达到的平衡状态。

在学习辐射平衡时，经常会提到“黑体”，它是一种吸收所有辐射的假想物质。

假定黑体可以不考虑物体反射的辐射量，这使得计算更加简单。

如果物体吸收的辐射能量多于释放的辐射能量，物体的温度会升高。

反之，物体的温度会降低。

4. 地球的辐射平衡

地球不断从太阳接收辐射能量。

简单来说，阳光是来自太阳的辐射能量。

尽管持续接收能量，但地球温度几乎不变的原因是地球也在释放能量。

由于太阳和地球之间几乎是真空状态，通过传导或对流将能量传递到地球是不可能的，而是通过辐射形式传递能量。

地球向宇宙释放能量也是通过辐射的形式。

这种从太阳向地球传递的能量称为太阳辐射能量。

而地球释放的能量称为地球辐射能量。

5. 地球的辐射平衡示意图

假设从太阳到地球的太阳辐射能量总量为100%，由于地球不是完美的黑体，大约30%被云、冰川、沙子等反射，只有70%被吸收。

由于地球大致处于辐射平衡状态，因此地球向宇宙释放的地球辐射能量总量也大约是最初进入的太阳辐射能量的70%。

如果进一步细分，这就变成了模拟考中出现的图。

虽然显得有些复杂，但计算后发现地球吸收的能量总量为70，而释放的能量总量也是70。

大气层和地面各吸收多少能量，并相互交换，这将在高中课程中学习。

6. 结论：地球的辐射平衡

1. 辐射平衡是指物体吸收的辐射能量与释放的辐射能量相等，温度保持恒定的现象。

2. 地球吸收了太阳辐射能量后，以相同的量释放地球辐射能量，以维持温度的稳定。这被称为地球的辐射平衡。

在写这篇文章时，我写得比教材还多。

希望对学习地球辐射平衡的初中生有所帮助。