气温、地温和水温的关系

    人们通常用大气温度来表示大气的冷热程度,称为大气温度或气温。这是为了区别于土壤温度(土温)和水体温度(水温)来说的。如果不是为了这种区别,我们说温度,就是指气温,也不会造成人们误解。

    因为大气的热量主要要来自地面,地面的性质和状况又有很大差别,海洋和陆地,高山和平原,沙漠和森林,潮湿地区和干燥地区等等,不同的地面情况对大气温度的影响也不相同。

    海洋和陆地的差别最有代表意义。例如,在某一纬度上到达地面的太阳辐射能量相同,可是结果并不一样。陆地上剧烈升温,海洋上升温却十分和缓,为什么呢?仔细分析,至少有以下原因:

    第一,陆地的反射率大于海洋水面。导致陆地实际吸收的太阳辐射比海洋少10%~20%,由于这个原因,陆地升温应比海洋大,而冷却则比海洋快。

    第二,陆地对各种波长的太阳辐射都不透明,吸收的太阳辐射都用在加热很薄的陆地表面。水面虽然对红色光和红外线不透明,但对可见光其余部分和达到水面的紫外线都是透明的,这一部分辐射能量可以达到海洋的深层。

    第三,岩石和土壤都是不良导体,传导到土壤下层的热量很少。水却相反,有很高的传导本领,得到的太阳辐射能很快地向下层传导。

    第四,岩石和土壤不能上下左右流动,海洋上却有波浪、洋流和对流进行热量的水平输送和垂直交换。

    第五,岩石和土壤的比热,小于水体的比热。岩石的比热约为0.8368焦/克·度;水比热是4.184焦/克·度。如果将4.184焦热量约1克水,温度可升高1℃;如果将4.184焦热量给1克岩石,温度可升高5℃。

    第二到第五个原因,使陆地得到的太阳辐射只集中于表层,导致地面迅速而剧烈地升温,从而加强了地面和大气的感热交换。而水面则将太阳辐射的一部分向下层传播,使水温不断升高,传给大气的感热自然减少。

    第六,海面有充足的水源供应,蒸发强烈,消耗了水面很多热量,使水温升不高,减少了空气的感热交换,但是热量多以潜热形式被带到大气中。感热是可以感觉到的热量,能立即使气温升高;潜热暂不能升温,只有当水汽凝结时,才能释放潜热,加热大气。

    由此可见,即使在同样太阳辐射条件下,地温和水温之间仍有很大差别。它们的大气热量交换方式(是感热还是潜热)和数量都不相同,从而产生天气和气候的差异。

    地球上天气和气候的差异,并不仅仅发生在海洋和陆地之间,即使都在陆地上,沙漠和森林,荒地和农田,干燥地区和潮湿地区,山脉的向风坡和背风坡,阳坡和阴坡等等,天气和气候也不相同。但是,在一定程度上都与地面干燥或潮湿情况有关。相对干燥的地面更接近一般陆地表面情况,相对潮湿的地面更接近水面的情况,只是差别没有陆地和海洋对比那样突出罢了。