地理课件：地球上的太阳辐射与气候变化新人教－必修

阳辐变地球上的太射与气候化欢迎大家来到地球上的太阳辐射与气候变化课程！本课程将深入探讨太阳辐射如何影响地球的气候系统，以及这些变化对我们生活环境的重要影响我们将从基础概念开始，逐步深入到复杂的气候变化机制在接下来的课程中，我们将学习太阳辐射的基本特性、地球与太阳的关系、全球气候变化的趋势，以及人类如何应对这些变化通过理解这些知识，我们能更好地把握地球气候系统的运作机制，并探索可持续发展的路径让我们一起开启这段探索地球环境与气候变化的科学之旅！阳关地球与太的基本系阳离太系的一份子黄金距地球是太阳系中八大行星之一，位于离太阳第三近的位置太阳系地球与太阳之间的平均距离约为

1.5亿千米（1天文单位），这个距形成于约46亿年前，由太阳及其周围的行星、卫星、小行星、彗离使地球处于太阳系宜居带内太阳是一颗中等大小的恒星，直径星等天体组成地球作为太阳系中唯一已知存在生命的行星，其特约为地球的109倍，质量约为地球的33万倍正是这种适宜的距殊地位与太阳的能量供应密不可分离，使地球表面既不会过热也不会过冷，为生命的存在和发展提供了必要条件认识阳辐太射阳辐义辐辐太射的定直射射散射与反射射太阳辐射是指太阳向外释放的电磁波能直射辐射是指未经散射直接到达地球表散射辐射是太阳光线被大气分子、气溶量，以光和热的形式向四周传播这些面的太阳辐射直射辐射强度大，方向胶等散射后到达地表的辐射散射造成电磁波涵盖从短波紫外线到长波红外线性强，能在晴朗天气下形成清晰的物体天空呈蓝色，也让阴影处不会完全黑的广泛光谱太阳辐射是地球能量的主影子直射辐射随着太阳高度角的增大暗反射辐射则是太阳光被云层、地表要来源，也是驱动地球各种自然现象的而增强，是地表接收太阳能量的主要形反射后再次到达地面的辐射这三种形基本动力式式共同构成地球接收的太阳总辐射单换能量的基本位与算辐单射通量位太阳辐射的强度通常以辐射通量密度表示，单位为瓦/平方米W/m²这表示每平方米表面在单位时间内接收的辐射能量地球大气层外表面垂直接收的太阳辐射强度约为1361W/m²，被称为太阳常数积计能量累算当计算一段时间内的总辐射量时，常用焦耳/平方米J/m²或兆焦/平方米MJ/m²作为单位例如，一个地区全年的总辐射量可能达到几千MJ/m²，这反映了该地区可利用的太阳能资源丰富程度时日照数日照时数是指太阳直接照射地面的累计时间，通常以小时为单位日照时数与辐射量密切相关，但不完全等同在同样日照时数条件下，不同纬度、不同季节的辐射强度可能差异很大，因此在评估太阳能资源时需结合考虑转转地球自与公概述转自特性地球绕自转轴每24小时自西向东旋转一周转公特性地球绕太阳每

365.25天公转一周倾轴斜地球自转轴与公转轨道面呈

23.5°倾角地球以约每秒30千米的速度自西向东旋转，自转速度在赤道最快，两极为零地球自转轴的倾斜是季节产生的根本原因，当北半球倾向太阳时，北半球接收到更多太阳辐射，形成夏季；反之则形成冬季地球公转轨道呈椭圆形，因此地球与太阳的距离会随时间而变化有趣的是，地球在1月初距太阳最近（近日点），而在7月初距太阳最远（远日点），这与季节形成的主要因素并不一致，进一步证明了地球轴倾斜对季节形成的决定性作用阳纬太高、中、低地区纬纬低地区（0°-30°）中地区（30°-60°）低纬地区包括赤道及其附近区中纬地区太阳高度角的年变化较域，太阳几乎终年直射，太阳高大，季节差异明显太阳从不直度角大，接收的太阳辐射强度射于这些地区，但夏季太阳高度高这些地区常年炎热，季节变角较大，冬季则较小这种变化化不明显，主要表现为干湿季节导致了温带气候的形成，四季分交替典型的低纬气候类型有热明中纬地区气候类型多样，包带雨林气候、热带季风气候和热括地中海气候、温带季风气候、带草原气候温带大陆性气候等纬高地区（60°-90°）高纬地区太阳高度角常年较低，接收的太阳辐射强度弱这些地区冬季漫长而寒冷，夏季短暂而凉爽极地附近地区还存在极昼和极夜现象典型的高纬气候类型有亚寒带针叶林气候、苔原气候和极地气候础气候与气象基义义气候定气象定气候是指特定区域长期（通常30年以气象是指特定时间和地点的大气状态，包上）的大气状态平均特征及其变化括温度、湿度、气压等间统计质空尺度性气候是广区域性现象，气象则体现为局地气候是气象现象的长期统计结果，反映区性特征域大气系统的稳定特征人们常说气候是你期望的，天气是你得到的例如，华南地区气候温暖湿润，但具体某一天可能出现异常低温或干燥天气理解气候与气象的区别，有助于我们正确认识局部短期天气变化与长期气候趋势之间的关系阳辐变逻辑关太射与气候化的系太阳辐射输入太阳辐射是地球能量的主要来源，不同纬度、地区接收的辐射量存在差异大气层调节大气层通过吸收、散射、反射等过程重新分配太阳能量能量平衡形成地球接收的太阳辐射与向外释放的长波辐射达到动态平衡气候系统响应能量平衡变化导致气候系统各要素发生相应调整太阳辐射驱动着地球的大气环流、海洋洋流、水分循环等气候系统的核心过程当太阳辐射强度或地球接收、分配能量的方式发生变化时，气候系统就会做出响应，表现为气温升高或降低、降水格局改变、冰雪消融或累积等气候变化现象阳辐构太射的来源与成变核聚能源太阳核心每秒将600万吨氢转化为氦电辐磁波射能量以不同波长的电磁波形式向外传播谱构光成可见光、紫外线和红外线是主要成分太阳内部的核聚变过程每秒释放相当于1000亿个原子弹爆炸的能量这些能量以电磁波形式向太空辐射，其中只有约两十亿分之一到达地球，但仍足以维持地球上的生命活动从太阳发出的电磁波需要大约8分20秒才能到达地球太阳辐射的波长范围很广，从几纳米的短波紫外线到几毫米的长波红外线其中可见光（波长

0.4-

0.76微米）是植物光合作用的主要能源；紫外线能量高但含量少，对生物体有潜在危害；红外线主要以热能形式被吸收，是地球热量的重要来源阳辐谱太射的波分布对阳辐大气太射的作用30%20%反射率大气吸收大气和地表共同反射约30%太阳辐射回太空大气层直接吸收约20%太阳辐射100%臭氧吸收臭氧层吸收几乎全部高能紫外线UV-C大气层通过吸收、散射和反射过程对太阳辐射进行过滤和调节大气中的水汽、二氧化碳等气体主要吸收红外线，臭氧主要吸收紫外线，而氧气和氮气则主要引起散射散射作用使天空呈现蓝色（瑞利散射），也让日出日落时天空呈现红色（米氏散射）臭氧层的保护作用尤为关键位于平流层的臭氧能吸收几乎所有的UV-C（短波紫外线）和大部分UV-B（中波紫外线），这对保护地球生物免受高能紫外线伤害至关重要20世纪末发现的臭氧层空洞引发了全球关注，促成了《蒙特利尔议定书》等国际环保行动获阳地表得的太能量转能量占比能量化能量平衡地表平均吸收51%的入地表吸收的太阳能主要地球系统通过复杂的反射太阳辐射，这部分能转化为热能，部分通过馈机制，维持入射能量量最终转化为热能，维长波辐射重新向大气辐与外逸能量的长期平持地表温度，驱动各种射通过蒸发过程转化衡这种平衡是地球气物理和生物过程地表为潜热，通过空气对流候系统相对稳定的基吸收的辐射能量是维持转化为动能植物通过础全球变暖本质上是地球生命系统的根本能光合作用将不到1%的太这种能量平衡被打破的源阳能转化为化学能结果地表接收的太阳辐射量存在明显的地理分布差异，赤道地区一年可接收超过2000千瓦时/平方米的太阳能，而极地地区则不足800千瓦时/平方米这种不均匀分布是大气环流和洋流形成的根本驱动力，也是地球气候带分布的主要决定因素阳太常数阳义测值变太常数的定量与数化特征太阳常数是指在地球平均距离（1天文单现代精确测量表明，太阳常数约为1361瓦/太阳常数在11年太阳黑子周期中波动幅度约位）处，垂直于太阳光线的单位面积在单位平方米，这一数值通过太空中的卫星观测获为

0.1%左右虽然波动很小，但研究表明这时间内接收的太阳辐射能量这一数值反映得，避免了大气干扰早期地面观测得到的种微小变化可能与地球气候变化有一定关了太阳向地球输送能量的稳定性和强度，是数值约为1367瓦/平方米，近年的卫星观测联历史上的太阳活动极小期（如蒙德极小理解地球能量收支的基础参数略有调整太阳常数并非完全恒定，会随太期）曾与地球小冰期在时间上有所重合阳活动周期略有变化变日照的化与年周期春分（3月21日前后）太阳直射赤道，全球各地昼夜平分，昼长约12小时夏至（6月22日前后）太阳直射北回归线，北半球昼长夜短，北极圈出现极昼秋分（9月23日前后）太阳再次直射赤道，全球再次昼夜平分冬至（12月22日前后）太阳直射南回归线，北半球昼短夜长，北极圈出现极夜昼夜长短的变化是由地球自转轴倾斜与公转位置共同决定的在北半球的夏季，北半球倾向太阳，太阳高度角大，日照时间长；冬季则相反赤道附近昼夜长短全年变化不大，而极地地区变化极端，甚至出现连续数月的极昼或极夜阳辐强地理位置决定太射度对阳辐响地形太射的影应应坡向效海拔高度效山地的朝向（坡向）直接影响太阳辐射量北半球的南坡（阳坡）随海拔升高，大气层变薄，散射和吸收减弱，直接辐射增强每升接收更多阳光，温度较高，植被茂盛；北坡（阴坡）则相反这种高1000米，太阳辐射强度增加约7%这也是高山地区尽管气温低差异在中高纬度地区尤为明显，在青藏高原等地区，同一山体南北但紫外线强的原因例如，拉萨（海拔3650米）的紫外线强度比坡的年均温差可达3-5℃，生态环境差异显著同纬度的成都高约35%，因此在高原地区需特别注意防晒•南坡光照充足，干燥温暖，多耐旱植物•高海拔直射辐射强，紫外线强•北坡光照不足，湿润阴凉，多耐阴植物•低海拔散射辐射比例大，紫外线弱带划阳辐础气候分的太射基全球气候带的划分主要基于太阳辐射分布差异传统上，地球按纬度划分为三大气候带热带（位于南北回归线之间，0°-

23.5°）、温带（位于回归线与极圈之间，

23.5°-

66.5°）和寒带（位于极圈以内，

66.5°-90°）回归线和极圈的地理意义正是与太阳直射位置和极昼极夜现象相关热带全年太阳高度角大，辐射强度高，气温高且年较差小；温带太阳高度角季节变化明显，辐射强度和气温有明显的季节差异；寒带太阳高度角常年较低，辐射强度弱，气温低实际气候分布比这种简单划分复杂得多，还受到海陆分布、洋流、地形等因素的影响，形成更为复杂的气候类型风陆辐季区与大区射差异季风气候区特点大陆性气候区特点季风气候区受海陆热力性质差异影响显大陆性气候区远离海洋，太阳辐射的变化著，太阳辐射的季节变化导致海陆温差周直接影响地表温度，不受海洋调节这些期性变化，进而引起气压和风向的季节性地区年辐射波动小，但温度年较差大，降转变这些地区夏季多降水，冬季相对干水较少典型的大陆性气候区包括中亚、燥典型季风区包括东亚、南亚和西非等西伯利亚和北美中部等地区地区•全年云量较少•太阳辐射季节变化大•辐射总量较为稳定•水汽条件变化显著•气温对辐射变化响应迅速•辐射总量因云量变化而波动差异成因季风区与大陆区的辐射差异主要源于水汽循环的不同季风区夏季水汽充足，云量大，散射辐射比例高；大陆区全年云量少，直射辐射占主导此外，地表水分条件也通过影响反照率和热量分配而改变辐射效应•季风区夏季云雨多，辐射递减，增湿降温•大陆区晴天多，辐射稳定，增温效应明显阳辐间全球太射空分布赤道带高值区年平均辐射量最高，接近2000kWh/m²/年副热带沙漠高值区年辐射量达2200-2400kWh/m²/年，是全球最高区域中纬度过渡区年辐射量为1000-1500kWh/m²/年，季节变化明显极地低值区年辐射量低于800kWh/m²/年，极昼极夜现象显著全球太阳辐射分布呈现明显的纬向带状结构，但也存在诸多局部特征非洲撒哈拉沙漠、澳大利亚中部、阿拉伯半岛等干旱区域是全球太阳辐射最丰富的地区，这也是这些地区成为太阳能开发热点的原因赤道地区虽然太阳高度角大，但频繁的云雨使实际辐射量低于理论值高山高原如青藏高原、安第斯山脉等因大气稀薄而形成高辐射区阳辐中国太射地域分布对典型地区数据比萨鲁庆拉（青藏高原）吐番（新疆）重（四川盆地）拉萨位于青藏高原中部，海拔3650米，年吐鲁番位于新疆东部，是中国最热的地区之重庆位于四川盆地东部，年均日照时数仅约均日照时数约3000小时，年辐射总量约一，年均日照时数约3200小时，年辐射总1000小时，年辐射总量约2700MJ/m²，是7000MJ/m²，是中国太阳能资源最丰富的量约6200MJ/m²干旱少雨、晴天多是其中国太阳辐射最低的地区之一盆地地形、地区之一空气稀薄、云量少、大气透明度辐射强度高的主要原因这里夏季地表温度多云雾天气是其辐射量低的主要原因重庆高是其辐射强度高的主要原因拉萨是中国可达70℃以上，充分展示了强太阳辐射的热有雾都之称，全年雾日可达100天以上，最早大规模推广太阳能热水器的城市之一，效应当地传统的坎儿井系统是适应强辐射显著减弱了太阳辐射强度太阳能利用率高环境的智慧结晶辐总纬递减年射量随度高纬极地地区（

66.5°-90°）中纬温带地区（

23.5°-

66.5°）年均辐射总量＜3000MJ/m²低纬热带地区（0°-

23.5°）年均辐射总量3000-5000MJ/m²特点太阳高度角常年较低，极昼极夜现象明显年均辐射总量5000-6000MJ/m²特点太阳高度角和日照时间有明显季节变化，冬极昼期间虽然日照时间长，但太阳高度角小，单位特点全年太阳高度角大，日照时间变化小，日辐夏辐射强度差异大云量、降水等气象条件导致实时间辐射强度弱；极夜期间无阳光直接照射例射强度高且稳定但云量大、降水多的热带雨林地际辐射量与理论值差异明显例如，同处40°N左如，位于北极圈内的挪威特罗姆瑟，尽管夏季有连区实际辐射量往往低于理论值例如，位于赤道附右的北京和罗马，因气候条件不同，年辐射总量分续两个月的极昼，但年辐射总量仅为2500MJ/m²近的新加坡，年均日照时数仅约1800小时，辐射别约为5200MJ/m²和4500MJ/m²左右总量少于同纬度的撒哈拉沙漠响大气条件影分布类胶污大气水汽含量云量与云型气溶与大气染大气中的水汽是太阳辐射的主要吸收者之云是影响太阳辐射最直接的因素厚积云大气中的尘埃、烟雾等颗粒物通过散射和一，尤其对红外辐射有很强的吸收作用可反射高达90%的太阳辐射，而薄卷云的吸收减弱太阳辐射沙尘暴期间辐射强度湿润地区的大气水汽含量高，辐射透过率反射率仅约20%多云地区的辐射总量明可降低30%以上工业污染严重的城市地低，地表接收的辐射量减少例如，热带显低于晴朗地区例如，四川盆地因常年区辐射量比周边乡村低5-15%研究表雨林地区虽位于低纬度，但因大气湿度极云量大，年辐射总量仅为2700MJ/m²，明，中国东部城市群的太阳辐射在过去几高，实际辐射量往往低于理论值在中远低于同纬度的其他地区不同季节和不十年中有明显下降趋势，这与工业化导致国，南方湿润区的辐射总量通常低于同纬同天气系统下的云量变化是辐射波动的主的大气污染有直接关系度的北方干旱区要原因地面反照率的作用地面反照率（或称反射率、反射系数）是指地表反射的太阳辐射量占入射辐射量的百分比，它决定了地表吸收太阳能的能力新雪表面反照率最高，可达80-90%，森林反照率最低，只有10-15%，而大多数自然表面的反照率在20-40%之间反照率高的表面吸收较少的太阳能，温度较低；反照率低的表面吸收更多能量，温度较高反照率的季节变化和地理分布对气候有重要影响例如，冬季积雪增加地表反照率，形成反馈效应更多雪反射更多阳光，温度更低，更有利于积雪保持城市化过程中，自然表面被建筑材料替代，反照率通常降低，增加了城市热岛效应全球变暖导致极地冰雪面积减少，降低了地球整体反照率，形成正反馈，加速了变暖进程节阳变季交替与太高度角化阳辐环太射与水循蒸发过程水汽输送太阳辐射提供能量，使地表水分转化为水汽大气环流将水汽从蒸发区输送到其他地区径流回流4凝结降水降水通过地表和地下径流回到海洋和湖泊水汽冷却凝结形成云和降水，释放潜热太阳辐射是全球水循环的主要驱动力全球每年约有496,000立方千米的水通过蒸发进入大气，其中86%来自海洋，14%来自陆地这一过程消耗太阳辐射能量的约23%蒸发的水汽在大气中输送和凝结过程中释放大量潜热，这是大气环流的重要能量来源太阳辐射的空间分布差异导致了全球降水格局的不均匀赤道附近强烈的辐射使空气上升，形成降水带；而副热带高压带的下沉气流则形成干旱带全球变暖导致大气含水量增加，强化了水循环，使湿润地区更湿润，干旱地区更干旱，增加了洪涝和干旱等极端事件的发生频率响阳辐强影太射度的主要自然因素1纬度位置纬度决定了太阳高度角和日照时间，是影响太阳辐射最基本的因素赤道地区因太阳高度角大而接收更多辐射；极地地区因太阳高度角小而接收较少辐射纬度每增加10°，年均辐射量大约减少10%不同纬度的辐射差异是大气环流形成的根本动力2海拔高度海拔每增加1000米，大气质量减少约10%，太阳辐射强度增加约7%高海拔地区大气稀薄，散射和吸收减弱，直接辐射增强，紫外线比例增高青藏高原因高海拔而成为中国太阳辐射最丰富的地区，海拔3000米以上地区的紫外线强度比海平面高30-40%天气条件云量是影响短期辐射变化最显著的因素厚积云可反射90%以上的太阳辐射；薄卷云反射率仅20%左右大气中的水汽、尘埃等也通过吸收和散射减弱太阳辐射沙尘暴可使辐射强度降低30%以上，雾霾天气中辐射强度通常比晴天低20-40%4地表特性地表反照率决定了太阳辐射被吸收的比例冰雪覆盖区反照率高达80-90%，大部分辐射被反射回大气；森林和深色土壤反照率低，仅10-20%，能吸收更多辐射地表水分条件也影响辐射能量分配，湿润地区更多能量用于蒸发，干旱地区则主要转化为地表增温阳辐测观测太射量与计辐计卫日射直射射星遥感日射计（辐射表）是测量全球辐射（直接辐直射辐射计测量来自太阳方向的直接辐射强气象卫星通过观测地球反射的太阳辐射和自射加散射辐射）的主要仪器其工作原理是度它通常安装在太阳跟踪装置上，通过长身发射的红外辐射，反演计算地表接收的辐测量黑色吸收面与周围环境的温差，转换为管限制视场，仅接收直射光线直射辐射与射量卫星观测具有大面积、连续性的优电信号输出现代日射计精度可达±2%，是大气透明度直接相关，是研究大气污染、气势，特别适合监测海洋和无观测站地区的辐地面辐射观测站的标准设备中国气象局建溶胶等的重要参数全球仅有约200个直射射状况中国风云系列气象卫星提供了连续有400多个辐射观测站，形成了覆盖全国的辐射观测站，观测数据珍贵的辐射数据产品，支持气候研究和太阳能开观测网络发变简气候化介变实全球暖事地球平均温度持续上升，过去八年为有记录以来最热类动响人活影温室气体排放、土地利用变化等人为因素是主要原因响广泛影影响生态系统、水资源、粮食安全和人类健康应对全球减缓排放和适应性调整是应对气候变化的两大策略根据政府间气候变化专门委员会（IPCC）2023年的数据，自工业革命以来，全球平均温度已上升约

1.1℃这一变化虽然看起来不大，但足以引起全球气候系统的显著变化温度上升导致极端天气事件增多、海平面上升、冰川融化等一系列严重后果阳辐变对响太射化气候的直接影两显极增温明北极增温速率是全球平均的两倍以上极端气候事件增多热浪、强降水和干旱频率增加节变季特征改春季提前到来，生长季延长太阳辐射吸收和分配方式的变化是气候变化的直接驱动因素在全球变暖背景下，两极温度上升最为显著，北极地区增温速率约为全球平均的2-3倍这种极地放大效应主要源于冰雪融化导致的反照率下降冰雪减少→地表反照率降低→吸收更多太阳辐射→温度进一步升高→更多冰雪融化，形成正反馈循环气候变暖使大气能量增加，加强了气象系统的强度全球极端高温事件发生频率已增加约5倍，强降水事件增加约30%季节变化特征也明显改变，北半球春季平均提前约

2.5天，秋季推迟约3天，生长季延长这些变化对农业生产、生态系统和人类健康产生深远影响例如，生长季延长使某些作物产量增加，但也导致过敏季节延长和某些传染病传播风险增加阳动太活周期与地球气候11年

0.1%1645太阳黑子周期辐射量变化蒙德极小期开始太阳表面黑子数量约每11年周期性变化一次太阳活动高峰期辐射强度比低谷期高约

0.1%1645-1715年太阳活动极度减弱，地球气温下降太阳活动存在约11年的周期性变化，主要表现为太阳黑子数量的周期性增减太阳黑子虽然表面温度低，但其周围的耀斑和黑子本身的强磁场使黑子活跃期的太阳辐射总量反而略有增加黑子活动高峰期的太阳常数比低谷期高约

0.1%，这种微小变化对地球短期气候影响有限，但长期累积效应可能显著历史上曾出现过太阳活动长期异常的时期17-19世纪的小冰期与太阳活动减弱有一定关联，尤其是1645-1715年的蒙德极小期，太阳黑子几乎完全消失，欧洲平均气温下降约1℃然而，现代气候变化主要由人类活动引起，太阳活动变化的贡献很小IPCC第六次评估报告指出，1750年以来太阳活动变化对全球变暖的贡献不超过10%应温室效机制应温室效原理主要温室气体温室效应是地球大气层中的温室气体（如二氧化碳、甲烷、水汽主要温室气体包括水汽、二氧化碳、甲烷、氧化亚氮和臭氧等水等）对地表辐射出的长波红外辐射的吸收和再辐射过程太阳辐射汽是最丰富的温室气体，但其浓度主要受自然水循环控制二氧化（主要是短波辐射）相对容易穿透大气到达地表，而地表辐射出的碳是人类活动贡献最多的温室气体，主要来源于化石燃料燃烧和森长波红外辐射则更容易被大气中的温室气体吸收这些气体吸收能林砍伐甲烷虽然浓度低，但温室效应潜能是二氧化碳的28倍，量后，向各个方向再辐射，其中部分辐射回地表，使地表和近地面主要来源于农业、畜牧业和化石燃料开采大气温度升高•CO₂化石燃料燃烧、森林砍伐•温室气体吸收地表辐射的长波红外线•CH₄农业、畜牧业、垃圾填埋•吸收能量的气体分子向四面八方发射红外辐射•N₂O农业肥料、工业过程•部分红外辐射返回地表，阻止热量散失变进变迁大气成分化促气候热岛应城市效城市热岛效应是指城市地区温度明显高于周围郊区的现象在大型城市，市中心的温度通常比周边乡村高2-4℃，夜间差异尤为明显这一现象与太阳辐射在城市环境中的特殊吸收和转化过程直接相关城市地表由混凝土、沥青等材料构成，吸热能力强，反照率低，白天吸收大量太阳辐射；而城市建筑密集，形成峡谷效应，阻碍热量散失人类活动增加了城市热源工业生产、交通运输、空调系统等释放额外热量；城市植被减少，蒸发冷却效应降低；大气污染形成热盖，阻碍长波辐射散失研究表明，城市扩张导致的热岛效应是局地气候变化的重要因素，但对全球气候的整体影响有限减缓热岛效应的主要措施包括增加城市绿地、使用高反照率建材（冷屋顶）、改善城市通风条件等历现变对史与代气候化比末次冰期（约2万年前）全球平均温度比现在低约5℃，北美和欧洲北部被大冰盖覆盖，海平面比现在低约120米这一变化主要由轨道参数变化引起，发展过程缓慢，持续数千年中世纪温暖期（约950-1250年）北半球温度比19世纪略高，但温暖程度区域差异大，不是全球同步的现象这一变化主要由太阳活动变化和火山活动减少引起，温度上升幅度约

0.5℃小冰期（约1400-1850年）北半球温度比现在低约

0.5℃，欧洲和北美冬季严寒，冰川扩张这一变化与太阳活动减弱、火山爆发增多等因素有关，发展较为缓慢，持续数百年现代全球变暖（1950年至今）全球平均温度快速上升，目前已升高约

1.1℃，变暖速率是过去2000年中的最快水平这一变化主要由人类活动引起的温室气体增加导致，变化速率快，全球同步变现全球气候暖的表缩减极地冰川海平面上升格陵兰冰盖和南极冰盖加速融化，北过去一个世纪，全球海平面已上升约极海冰面积急剧减少格陵兰冰盖每20厘米，目前上升速率约为每年

3.7毫年损失约2780亿吨冰，南极冰盖每年米，是20世纪初期的两倍多海平面损失约1480亿吨北极海冰夏季最小上升主要来自两个因素冰川和冰盖面积比1980年代减少了约40%青藏融化贡献约60%；海水热膨胀贡献约高原作为第三极，其冰川面积在过去40%按目前趋势，本世纪末海平面50年中减少了约15%可能上升40-80厘米，威胁全球沿海城市和低洼岛国极端气候事件热浪、干旱、强降水等极端气候事件频率和强度增加自1950年代以来，全球约95%的地区极端高温事件发生频率增加极端降水事件在全球大部分陆地地区变得更加频繁和强烈气候变化使得巴基斯坦2022年特大洪水的可能性增加了约50%，欧洲2019年热浪的可能性增加了100倍阳辐ENSO与太射的耦合作用正常状态厄尔尼诺El Niño太平洋东西部温度差异维持正常的沃克环流太平洋东部海温异常升高，改变太阳辐射吸收2全球影响4拉尼娜La Niña影响全球降水格局、温度分布和极端天气3太平洋东部海温异常降低，西部海温偏高厄尔尼诺-南方涛动ENSO是热带太平洋地区海洋与大气相互作用的准周期性变化，通常每2-7年发生一次ENSO与太阳辐射有复杂的耦合关系太阳辐射是驱动海洋表层温度变化的主要能量来源；而ENSO导致的海表温度变化又改变了海洋对太阳辐射的吸收和大气水汽分布，进而影响全球能量传输和气候格局厄尔尼诺期间，太平洋东部海温升高，增加蒸发和对流，云量增加，地表接收的太阳辐射减少；反之，拉尼娜期间东太平洋云量减少，太阳辐射增加ENSO对全球气候有广泛影响，厄尔尼诺通常使全球平均温度升高约

0.2℃，导致印度季风减弱、澳大利亚北部干旱、南美北部干旱、美国南部多雨多洪水等；拉尼娜则多与飓风活动增强、东非干旱等相关尘灾阳辐沙暴、森林火与太射尘应灾响胶沙暴的遮蔽效森林火的双重影气溶光学厚度沙尘暴将大量沙尘颗粒带入大气，这些颗粒森林火灾释放大量烟气和气溶胶，减弱太阳气溶胶光学厚度AOD是衡量大气气溶胶对能有效散射和吸收太阳辐射沙尘暴期间，辐射；同时排放黑碳等颗粒，降低冰雪反照太阳辐射影响的重要参数AOD越大，太阳地表接收的太阳辐射可减少30-90%，直接率2019-2020年澳大利亚森林大火喷发的辐射被衰减越多卫星观测表明，沙尘暴期辐射减少幅度更大，而散射辐射比例升高烟柱高达15公里，影响范围覆盖整个南半间AOD可达3-5（正常晴天约为

0.1-

0.2），例如，2021年中国北方特大沙尘暴期间，北球，使受影响地区地表太阳辐射降低1-5%，极端森林火灾烟云的AOD可超过7全球气溶京地区地表接收的太阳辐射强度比晴天降低产生短期降温效应而2020年西伯利亚森林胶分布呈现明显的区域特征撒哈拉沙漠周了近80%，局地气温下降了5-8℃火灾释放的黑碳沉降在北极冰雪上，导致其边、印度河-恒河平原、中国华北和东南亚等反照率下降，加速了冰雪融化地区气溶胶浓度较高顶层污穹逆温与大气染正常大气温度剖面温度随高度增加而递减，有利于垂直混合逆温层形成地表冷却或高空暖气团下沉形成温度逆增污染物积累逆温层阻碍垂直混合，污染物难以扩散辐射平衡改变污染物增加散射和吸收，减弱地表太阳辐射穹顶层逆温是指一种特殊的大气现象，在这种情况下，大气中某一高度层的温度随高度增加而增加（正常情况是随高度增加而减少）逆温层就像一个盖子，阻碍了空气的垂直混合，导致污染物在近地面层积累逆温现象在冬季和早晨较为常见，尤其是在盆地、山谷等地形复杂区域逆温与大气污染的相互作用形成恶性循环逆温阻碍污染物扩散→污染物积累→气溶胶增加→太阳辐射减弱→地表加热减少→逆温加强这种情况在北京、洛杉矶等城市的重污染天气中经常出现2013年中国华北地区的特大雾霾事件中，逆温层持续数天，地表太阳辐射强度比正常水平低80%以上，严重影响了光合作用、人体维生素D合成和空气质量邻变域性气候化案例青藏高原升温效应青藏高原被称为亚洲水塔和世界第三极，其气候变化影响深远过去50年，青藏高原升温速率是全球平均水平的约2倍，达到每10年

0.3-

0.4℃高原升温导致冰川加速融化（已损失约15%的冰川面积）、冻土层退化（约20%的多年冻土已退化）、湖泊扩张（面积增加约80%）等一系列变化青藏高原的变化通过改变地表反照率、感热通量和水循环，影响东亚季风系统研究表明，高原升温加强了东亚夏季风，但减弱了印度夏季风，导致南涝北旱的降水格局变化高原积雪覆盖减少与中国东部夏季高温事件增多呈显著相关亚马孙雨林生态变化亚马孙雨林占全球热带雨林面积的一半以上，被称为地球之肺，其变化对全球碳循环和气候有重要影响近年来，由于气候变化和人类活动，亚马孙地区旱季延长，火灾频率增加，部分地区已从碳汇转变为碳源2005年和2010年的特大干旱导致亚马孙流域河流水位创历史新低亚马孙雨林通过蒸发释放大量水汽，形成飞行河流，为南美洲提供约20%的降水雨林退化正在削弱这一水循环机制，影响整个南美的降水格局研究表明，如果亚马孙雨林继续萎缩，可能在未来达到临界点，大部分雨林将转变为热带草原，释放大量储存的碳，加速全球变暖减护动温室气体排与保行《巴黎协定》2030目标可再生能源发展《巴黎协定》是2015年达成的全球气候协可再生能源快速发展是减少温室气体排放议，旨在将全球平均温度升幅控制在工业的关键2022年，全球可再生能源发电化前水平以上低于2℃，并努力将其限制量占总发电量的29%，比2010年增长了在

1.5℃以内根据协定，各国提交了国家约一倍太阳能和风能是增长最快的能自主贡献NDCs，承诺在2030年前实现源，成本持续下降，竞争力不断提高中特定减排目标目前已有196个国家签署国是可再生能源投资和装机容量最大的国该协定，但现有承诺累计效果仍不足以实家，2023年可再生能源发电量达到总发现

1.5℃目标，全球仍需加大减排力度电量的36%全球大型企业也在积极采用可再生能源，截至2023年，已有350多家公司承诺使用100%可再生电力碳中和战略越来越多的国家承诺实现碳中和（温室气体净零排放）截至2023年，超过140个国家提出了碳中和目标，覆盖全球排放量的90%以上中国承诺在2060年前实现碳中和；欧盟、美国、日本等目标年份为2050年实现碳中和需要综合措施大幅提高能效、发展可再生能源、电气化交通和建筑、发展氢能、碳捕集与封存技术，以及增加森林和土壤碳汇等阳调节太能利用与气候探索太阳能利用技术快速发展，成为应对气候变化的重要手段光伏发电技术效率持续提升，成本大幅下降，过去十年晶体硅光伏组件价格下降了约90%中国太阳能总装机容量居全球第一，截至2024年已超过500吉瓦，占全球总量的约40%新型太阳能应用形式不断涌现，如建筑一体化光伏BIPV、浮动式光伏、农光互补等，大大拓展了太阳能的应用场景除直接利用太阳能外，科学家们也在探索太阳辐射调控技术，如平流层气溶胶注入SAI、海洋云层增亮MCB等这些地球工程技术旨在通过增加地球反照率来减少太阳辐射吸收，潜在冷却效应显著，但也存在降水格局改变、臭氧层损害等风险目前这些技术仍处于理论研究阶段，国际社会对其实施持谨慎态度，认为它们可能是气候危机下的最后手段，而不是减少温室气体排放的替代方案变对态产响气候化生与生的影-6%250K1M+全球粮食产量气候相关死亡物种灭绝风险预计2050年前全球主要农作物产量下降幅度2030-2050年间预计每年额外死亡人数升温

1.5-2℃情况下面临灭绝风险的物种数量气候变化对粮食安全构成严重威胁全球约有10亿人口依赖对气候敏感的农业生计温度升高、降水格局变化和极端天气增加导致农作物产量下降、品质变化和价格波动据估计，每升温1℃，全球小麦产量下降约6%，玉米下降

7.4%，水稻下降

3.2%低纬度地区农业受影响最大，而部分高纬度地区可能因生长季延长而受益气候变化对全球健康的影响日益显著直接影响包括热浪导致的热应激和死亡增加、极端天气造成的伤害；间接影响包括媒介传播疾病（如疟疾、登革热）分布区扩大、空气污染加剧呼吸系统疾病、粮食和水资源短缺导致的营养不良世界卫生组织预测，2030-2050年期间，气候变化将导致每年约25万人额外死亡发展中国家和弱势群体（老人、儿童、贫困人口）受影响最为严重阳辐变太射化与疾病分布紫外线增强气候变化导致臭氧层恢复延缓，加上部分地区云量减少，使地表接收的紫外线强度增加紫外线增强导致皮肤癌发病率上升，每年全球新增皮肤癌病例约300万例澳大利亚和新西兰是皮肤癌发病率最高的国家，这与臭氧层空洞和户外活动文化有关紫外线过量暴露还会导致白内障、眼部黄斑变性等眼部疾病病媒生物分布扩展全球变暖使许多病媒生物的适宜生存区向高纬度和高海拔扩展登革热蚊虫正在向北美和欧洲南部扩散；疟疾传播区在非洲高地上升；蜱传疾病在欧洲和北美分布范围扩大气温升高加快了病媒生物的发育速度和繁殖周期，增加了病原体在宿主体内的复制速率，提高了疾病传播效率水媒疾病风险降水格局变化和极端降水事件增加导致水媒疾病风险上升暴雨过后，霍乱、伤寒、痢疾等疾病爆发风险增加气温升高促进蓝藻等有害藻类在水体中生长，威胁饮用水安全发展中国家水处理设施不完善的地区尤为脆弱，全球每年因气候相关水媒疾病死亡人数约50万阳辐对资响太射水源分布影剧资发变干旱加与水源短缺蒸量化的区域差异全球变暖增强了蒸发过程，加速了水分循环研究表明，气温每升全球蒸发量呈现明显的区域差异在能量控制型区域（如高纬度地高1℃，大气持水能力增加约7%，这导致干旱地区更加干旱过去区），蒸发主要受太阳辐射限制，气温升高导致蒸发增加；在水分20年，全球重度干旱面积扩大了约30%地中海地区、美国西南控制型区域（如干旱半干旱地区），蒸发主要受水分可得性限制，部、澳大利亚南部等地区干旱强度和频率明显增加降水减少导致实际蒸发减少，尽管潜在蒸发增加气候模型预测，如果全球升温达到2℃，全球将有多达10亿人口面这种差异导致了水分循环的加速和不均衡变化例如，2000-临严重水资源短缺中国北方、中亚、中东地区水资源压力尤为突2020年间，亚马孙流域年蒸发量增加了约5%，而撒哈拉边缘地区出水资源短缺不仅影响饮用水供应，还威胁粮食生产和能源安实际蒸发减少了约8%这种变化加剧了湿润地区和干旱地区之间全，可能引发区域冲突和移民潮的水分不平衡，增加了极端水文事件（洪水和干旱）的风险应对变际气候化的国合作IPCC的科学贡献全球气候治理框架中国的气候承诺政府间气候变化专门委员会IPCC成立于1988《联合国气候变化框架公约》UNFCCC是全球气中国是世界上最大的温室气体排放国，也是应对气年，是评估气候变化的国际权威机构它由来自候治理的基础，于1992年签署，目前有197个缔约候变化的积极参与者2020年，中国宣布力争195个国家的数千名科学家组成，定期发布评估报方《京都议定书》1997年和《巴黎协定》2030年前碳达峰、2060年前碳中和的双碳目告，为政策制定提供科学依据IPCC的报告涵盖2015年是其下的重要法律文书全球气候治理遵标为实现这一目标，中国制定了一系列政策措气候变化的科学基础、影响、适应和减缓策略，已循共同但有区别的责任原则，认识到发达国家和施大力发展可再生能源（2023年新增装机容量发布六次完整评估报告2007年，IPCC因其工作发展中国家的不同历史责任和能力差异每年举行占全球一半以上）；建立全国碳排放交易市场（全获得诺贝尔和平奖的联合国气候变化大会COP是各国协商气候政策球最大的碳市场之一）；推进产业结构优化和节能的重要平台技术创新；增加森林碳汇（过去30年森林覆盖率从

16.6%增加到

24.02%）视适应地理角下的气候策略合理利用太阳能资源基于地理条件差异制定差异化太阳能开发策略西部干旱区如新疆、甘肃等太阳辐射资源丰富，适合大型光伏和光热电站；东部人口密集区适合分布式光伏；农村地区可发展光伏农业；工业屋顶和公共建筑屋顶大有潜力例如，青海省已建成多个百万千瓦级光伏基地，海南藏族自治州的光伏电站年均发电小时数超过1600小时，发电效率远高于东部地区地理环境修复与保护根据地理特征开展有针对性的生态修复北方地区实施退耕还林还草，增加植被覆盖；南方地区加强水土保持，防治水土流失；沿海地区恢复红树林，提升抵抗海平面上升的能力；城市建设海绵城市，增强应对暴雨的能力中国三北防护林工程覆盖13个省区，累计造林保存面积3000多万公顷，有效改善了区域生态环境，增加了碳汇城市规划与微气候调控基于地方气候特征进行城市规划，缓解热岛效应设计城市通风廊道，利用地形和水体引导气流；增加城市绿地和水体面积，提高蒸发冷却效应；选择高反照率建筑材料，减少太阳辐射吸收；调整建筑密度和高度，优化城市形态重庆利用山地地形和长江、嘉陵江水系设计通风廊道；厦门结合海陆风规划建筑高度分布，有效改善了城市微气候农业气候区划与适应根据气候变化趋势调整农业布局和耕作制度北方地区适当北移作物种植带，如冬小麦种植北界已北移100-150公里；南方稻区推广水稻-油菜、水稻-蔬菜等高效种植模式；干旱区推广节水灌溉和抗旱品种；发展设施农业，减少气候风险同时加强农业气象服务，提高极端天气预警能力和应对措施，如建立农业气象灾害风险区划图，指导农业生产预测战未来气候与挑预测全球温度预计2030-2052年间达到

1.5℃温升临界点极端事件增多2高温、强降水和干旱事件频率和强度继续增加术应AI技用人工智能提高气候模拟精度和预测能力根据IPCC第六次评估报告，即使在最积极的减排情景下，全球温度仍可能在2030-2052年间达到比工业化前水平高

1.5℃的临界点在中等排放情景下，本世纪末全球温度可能上升

2.1-

3.5℃温度升高将进一步增加极端天气事件的频率和强度，热浪、干旱和强降水将成为许多地区的新常态海平面上升将持续数百年甚至上千年，即使温室气体浓度稳定人工智能和大数据技术正在革新气候科学研究AI通过分析海量气候数据，提高了气候模拟的分辨率和准确性例如，DeepMind开发的AI系统可将短期降水预报时间从小时缩短到分钟级；美国气候建模联盟利用超级计算机和AI技术，将全球气候模型的网格分辨率提高到1公里，大大提升了局地气候变化的预测能力中国也正在建设新一代地球系统模拟器，结合AI技术模拟气候变化的区域影响课结识络堂小与知网梳理太阳辐射基础辐射地理分布太阳辐射是地球能量的主要来源，包括直射、散射和太阳辐射的地理分布主要受纬度、海拔、大气条件和反射三种形式太阳常数约为1361W/m²，辐射主要地表特性影响低纬地区辐射强度高，高纬地区低；由可见光43%、红外线49%和紫外线8%组成西部干旱区辐射丰富，东部湿润区较低；青藏高原因大气和地表对太阳辐射的吸收、散射和反射过程影响海拔高而成为辐射高值区；四川盆地因多云雾而辐射着能量分配最弱应对与适应气候变化机制应对气候变化需要减缓和适应双管齐下减缓措施包温室效应是气候变化的核心机制，CO₂等温室气体括发展可再生能源、提高能效、增加碳汇等；适应措增加导致地球能量平衡改变太阳活动、火山爆发等3施包括调整农业结构、加强基础设施建设、改进城市自然因素对气候有影响，但现代气候变化主要由人类规划等太阳能利用是减缓气候变化的重要途径，也活动引起全球变暖导致冰川融化、海平面上升、极是能源转型的核心端天气增加等一系列影响通过本课程的学习，我们系统了解了太阳辐射的基本特性、地理分布规律及其对地球气候的影响太阳辐射是连接天文学、地理学和气候学的重要纽带，理解太阳辐射有助于我们更好地认识地球系统的运作机制，把握气候变化的科学本质，并为人类应对气候挑战提供科学依据课后思考与拓展未来研究方向个人行动建议太阳辐射与气候变化研究仍有许多前沿问题每个人都可以为减缓气候变化贡献力量在待解云-气溶胶-辐射相互作用机制尚未完日常生活中，我们可以选择低碳出行方式，全明晰；区域尺度的气候变化预测仍存在不减少私家车使用；节约用电用水，选择高能确定性；太阳活动长期变化对气候的影响需效家电；减少食物浪费，适当减少肉类消要进一步研究；地球工程技术的潜在效果和费；支持可再生能源发展，有条件可安装家风险需要审慎评估这些问题需要多学科交庭光伏系统；树立低碳生活理念，影响身边叉研究，结合先进观测技术和模拟方法人小行动汇聚成大力量，共同应对气候挑战人与自然和谐共生气候变化提醒我们重新思考人与自然的关系传统发展模式过度强调经济增长，忽视生态环境代价未来发展应坚持生态文明理念，尊重自然规律，走可持续发展道路我们需要构建人与自然和谐共生的新型文明，在保护生态环境的同时满足人类发展需求，实现经济、社会与环境的协调发展本课程是对太阳辐射与气候变化的初步探索，知识的学习永无止境希望同学们能够带着问题继续深入研究，关注最新科学进展，将所学知识应用到实际生活和工作中气候变化是人类面临的共同挑战，也是展现人类智慧和团结的机会让我们共同努力，为建设美丽地球家园贡献力量！。