地理课件：地球上的太阳辐射与气候变化新人教－必修

地球上的太阳辐射与气候变化太阳辐射是地球能量的主要来源，对我们星球的气候系统有着决定性的影响这门课程将深入探讨太阳辐射的基本概念、全球分布规律、气候形成机制以及气候变化的原因与影响作为人教版高中地理必修课程的重要组成部分，我们将从基础知识出发，逐步理解太阳辐射与气候变化之间的复杂关系，帮助你建立系统的地理学思维，认识我们所生活的这个蓝色星球课程导语太阳辐射太阳辐射是地球能量的源头，决定着地球表面的热量分布和气候格局没有太阳辐射，地球将是一个寒冷黑暗的星球，无法支持生命存在气候形成太阳辐射的不均匀分布导致了地球表面温度差异，进而引发大气环流、洋流和水循环，形成了复杂多样的气候系统气候变化无论是自然变化还是人为影响，气候系统的任何变动都会对人类社会和生态环境产生深远影响，包括农业生产、人类健康和生物多样性等地球能量来源地球内能潮汐能地球内部热量仅占地球总能量的极小部分，主要通过火山活动、月球引力产生的潮汐能在地球能温泉等方式释放，对全球气候影量收支中占比更小，主要影响海太阳辐射响有限洋环境而非全球气候宇宙辐射地球接收的能量中，超过

99.9%来自太阳辐射，这是驱来自宇宙的其他辐射对地球的影动地球气候系统和生态循环的主响微乎其微，在能量贡献上可以要能量来源忽略不计太阳辐射基本概念电磁波辐射辐射衰减规律太阳通过电磁波向外辐射能太阳辐射强度遵循平方反比定量，这些电磁波包括紫外线、律，随着距离太阳中心距离的可见光和红外线其中可见光平方增加而减弱到达地球表占太阳辐射能量的约46%，面时，辐射强度只有太阳表面是最主要的能量形式的约二十万分之一大气过滤作用地球大气层对太阳辐射具有选择性过滤作用，阻挡大部分紫外线和部分红外线，保护地球生物免受有害辐射伤害太阳常数太阳常数定义空间均匀性太阳常数是指在地球平均距离处，垂直于太阳光方向、单位面如果没有大气层，地球各处接收的太阳辐射在同一时刻仍会因纬积、单位时间内接收到的太阳辐射能量根据最新卫星测量数度不同而存在差异，这是由太阳光入射角度造成的据，其平均值约为1361瓦/平方米太阳常数只表示地球大气层外垂直于太阳光方向的辐射强度，是这一数值是衡量太阳向地球输送能量的重要基准，也是气候模型一个理论参考值，实际地表接收的辐射量会因多种因素而变化的关键输入参数太阳辐射与波谱可见光（）46%波长

0.4-

0.76微米，是太阳辐射的主要能量部分红外线（）49%波长

0.76-4微米，主要贡献热能紫外线（）5%波长

0.01-

0.4微米，能量高但比例小太阳辐射的波谱分布与6000K黑体辐射相似，不同波段对地表加热的贡献不同可见光易被地表吸收转化为热能；红外线直接提供热量但部分被大气吸收；紫外线能量高但大部分被臭氧层阻挡，仅少量到达地表这种波谱分布特点确保了地球表面适宜的温度环境，为生命活动提供了能量基础入射太阳辐射过程大气层外辐射太阳辐射抵达地球大气层外围反射与散射约30%被云层、大气分子和地表反射回太空大气吸收约20%被大气层中的气体分子吸收地表吸收约50%到达并被地表吸收太阳辐射在穿过地球大气层的过程中经历复杂的物理过程首先，部分辐射在抵达地球时就被云层和大气分子反射回太空；其次，臭氧层吸收大部分紫外线，水汽和二氧化碳吸收部分红外线；最后，剩余辐射抵达地表，被陆地和海洋吸收，转化为热能大气对太阳辐射的影响反射作用吸收作用散射作用云层能反射20-90%的太阳辐射，是臭氧层强烈吸收紫外线，保护地表生大气分子和悬浮颗粒将太阳光向各个地球反照率的主要贡献者大气气溶物免受伤害；水汽、二氧化碳和其他方向散射，产生蓝天现象和漫射光，胶（如沙尘、火山灰）也会反射部分温室气体吸收部分红外辐射，造成温使地表在阴影处也能接收到光照入射辐射，降低到达地表的能量室效应地表能量收支太阳短波辐射地表反射地表接收太阳直射和散射辐射根据地表特性反射部分辐射大气逆辐射地表长波辐射大气将部分长波辐射返回地表地表吸收能量后以长波形式辐射地表能量收支是一个复杂的平衡系统地表吸收太阳短波辐射后，通过三种途径释放能量长波辐射、感热传递（通过空气对流）和潜热传递（通过水汽蒸发）在全球尺度上，这一收支系统趋于平衡，维持着地表相对稳定的温度环境反照率概念90%新鲜雪面反射阳光能力最强的自然表面60%干燥沙漠高反照率导致吸收热量较少10%茂密森林低反照率使其吸收大量阳光能量3%深色水体吸收几乎所有入射太阳辐射反照率是指地表反射太阳辐射的比例，直接决定了地表吸收的能量多少不同类型的地表具有不同的反照率，从而产生显著的温度差异这种差异是局地气候形成的重要因素，也会通过改变地表覆盖（如森林砍伐、城市化）对区域气候产生影响太阳辐射的空间分布纬度与太阳辐射赤道地区（）0°年均辐射约2500千瓦时/平方米·年，太阳高度角大，辐射强度高，且全年变化小赤道地区常年高温，无明显四季变化，适合热带雨林生长中纬度地区（）30°-60°年均辐射约1200-1800千瓦时/平方米·年，太阳高度角中等，季节变化明显这一地区四季分明，气候类型多样，是全球主要的农业区和人口密集区极地地区（）75°-90°年均辐射约800千瓦时/平方米·年，太阳高度角小，辐射强度低且季节差异极大极地长期低温，生物种类稀少，形成独特的极地生态系统昼夜变化与太阳高度角日出太阳刚出现在地平线上，高度角接近0°，辐射强度低，光线呈橙红色是因为穿过大气层路径长，蓝紫光被散射正午太阳达到当天最高点，高度角最大（取决于观测地纬度和季节），辐射强度最高，光线较为白亮3日落太阳接近地平线，高度角再次接近0°，辐射强度降低，天空呈现绚丽的晚霞夜间太阳位于地平线以下，没有直接日照，地表通过长波辐射向太空散热，温度下降太阳高度角是太阳光线与地平面的夹角，直接决定着地表单位面积接收的太阳辐射量正午时太阳高度角最大，辐射强度也最高；而清晨和傍晚太阳高度角小，辐射强度低这种昼夜变化规律是温度日变化的主要原因季节变化规律春分（3月21日前后）太阳直射赤道，全球昼夜平分，北半球开始进入春季夏至（6月22日前后）太阳直射北回归线，北半球白昼最长，获得最多太阳辐射秋分（9月23日前后）太阳再次直射赤道，全球昼夜再次平分，北半球进入秋季冬至（12月22日前后）太阳直射南回归线，北半球白昼最短，获得最少太阳辐射地球公转与倾斜地轴倾斜椭圆轨道地球自转轴与公转轨道平面垂线的夹角约为

23.5°，这种倾斜使地球绕太阳公转的轨道呈椭圆形，这导致地球与太阳的距离在一得阳光在不同季节以不同角度照射地球表面，形成了四季变化年中不断变化每年1月初，地球位于近日点，与太阳距离最近；7月初位于远日点，距离最远如果没有这种倾斜，地球上每个地点的昼夜长短和太阳高度角将有趣的是，北半球冬季恰好是地球位于近日点的时候，但因为地全年保持不变，也就不会有四季之分轴倾斜的影响更大，所以北半球仍然是冬季太阳辐射的年变化大气层厚度影响大气质量数大气质量数（Air Mass）是描述阳光穿过大气层路径长度的指标当太阳位于天顶时，大气质量数为1；而日出日落时，这一数值可高达10以上，意味着光线要穿过10倍以上的大气厚度这也解释了为什么即使在炎热的夏季，早晨和傍晚的阳光也不会让人感到灼热，因为大部分紫外线和红外线已被大气吸收或散射太阳光线在穿过大气层时会被散射和吸收，减弱辐射强度光线斜射时穿过的大气层厚度更大，能量损失也更多地形对太阳辐射的影响坡向影响北半球南坡接收更多辐射，气温较高海拔影响高海拔地区大气稀薄，辐射强度大地形遮挡山谷地区日照时间受限，辐射总量减少地形对太阳辐射的影响非常显著，尤其在山地地区北半球的南坡（阳坡）接收的太阳辐射远多于北坡（阴坡），这导致植被类型、农作物生长甚至人类聚落分布都存在明显差异这一原理也被应用于风能、太阳能等可再生能源的开发，如中国青海省共和盆地因其优越的光照条件成为重要的光伏发电基地云量与大气条件云层遮挡作用晴天率影响云层能反射和吸收大量太阳辐青藏高原地区虽纬度较高，但射，多云地区的年均太阳辐射因海拔高且晴天率超过比晴朗地区低20-80%，具80%，年太阳辐射总量远高体取决于云层厚度和覆盖程于同纬度地区这也是该地区度在热带雨林地区，虽然纬成为太阳能开发热点的主要原度低但因常年多云，实际接收因的辐射不如预期高大气悬浮物沙尘、污染物等大气悬浮物增加会降低到达地表的太阳辐射量沙尘暴期间，地表接收的直射辐射可降低30%以上，但散射辐射会增加陆地与海洋分布热容量差异海洋调节作用地区案例海洋比陆地具有更大的热容量，能够海洋通过洋流和大气环流将热量从低欧洲西部受北大西洋暖流影响，同纬吸收和储存更多太阳辐射能量，温度纬向高纬输送，显著减缓气候波动度年均温比亚洲内陆高8-10℃伦敦变化较小同等辐射条件下，陆地温这使得海洋性气候比大陆性气候温与哈尔滨纬度相近，但冬季平均气温度变化幅度约为海洋的4-5倍和，年温差和日温差都较小相差近30℃人类活动对分布影响大气污染工业活动排放的气溶胶和污染物增加大气散射和吸收，导致直射辐射减少，散射辐射增加重度污染城市的直射辐射可比周边农村低15-30%城市热岛效应城市建筑和道路的低反照率材料吸收更多太阳辐射，加上人工热源排放，形成城市热岛大城市中心温度通常比周边乡村高2-5℃植被覆盖变化森林砍伐、农田开垦等活动改变地表反照率和热量吸收特性大规模森林砍伐区域地表温度通常升高1-3℃水体改造大型水库建设改变局地辐射特性和微气候三峡水库建成后，库区年均温上升

0.2℃，湿度增加5-8%太阳辐射对气候系统的作用能量输入大气环流太阳辐射是地球气候系统的主要能量来辐射不均引发气压差，驱动全球风系源水循环海洋环流提供蒸发能量，维持全球水分运动表层水温差异推动全球洋流系统太阳辐射是地球气候系统的根本驱动力，它不仅直接加热地表和大气，还通过热量不均匀分布引发一系列环流和循环过程大气环流和洋流将热量从赤道向两极输送，水循环则促进能量在不同圈层间转换和传递这些过程共同形成了复杂而有序的全球气候系统气候形成的核心动力太阳辐射提供全球气候系统的基础能量地球特性地球形状、自转和公转调节辐射分布地理因素海陆分布、地形高低、洋流等修饰基本格局人类活动改变地表特性和大气成分，影响局地气候气候形成是一个多因素共同作用的复杂过程，但太阳辐射始终是这一过程的核心动力没有太阳辐射，地球上的风不会吹，雨不会下，河流不会流动，生命也无法存在太阳辐射的空间分布决定了全球主要气候带的基本格局，而其他因素则在此基础上产生各种局地差异和变化全球大气环流产生机理热力驱动三圈环流模式赤道地区接收太阳辐射最多，气温高，空气上升形成低压带；极在太阳辐射和地球自转的共同作用下，大气环流在南北半球各形地地区辐射少，气温低，空气下沉形成高压带这种温度和气压成三个环流圈差异是全球大气环流的根本驱动力•哈得莱环流低纬热带地区，赤道上升，30°纬度下沉如果地球不自转，大气环流将形成简单的南北向对流赤道上•费雷尔环流中纬温带地区，30°上升，60°下沉升，两极下沉但由于地球自转产生的科里奥利力，实际形成了•极地环流高纬地区，60°上升，极地下沉更复杂的环流模式这种环流模式决定了全球风带、气压带和降水带的分布规律太阳辐射与风带分布信风带盛行西风带位于南北纬0°-30°之间，受位于南北纬30°-60°之间，受哈得莱环流影响，形成东北信费雷尔环流影响，形成西南风风和东南信风这些风带稳定和西北风这些风带变化较性高，为早期航海提供了可靠大，常伴有锋面系统，对中纬的动力，也被称为贸易风度地区天气变化影响显著极地东风带位于南北纬60°以上地区，由极地高压向低纬流动，受地转偏向力影响形成东北风和东南风这些风带寒冷干燥，活动频繁全球风带分布直接受太阳辐射分布不均的影响，进而决定了热带雨林气候、热带季风气候、亚热带干旱气候等气候类型的分布格局洋流形成机制太阳辐射差异低纬海水受热膨胀，密度减小；高纬海水冷却收缩，密度增大，形成垂直环流风力驱动全球风带对海洋表层产生持续摩擦力，推动表层洋流形成，如北赤道流、南赤道流等科里奥利力地球自转产生的偏向力使洋流在北半球向右偏转，南半球向左偏转，形成环状洋流地形限制大陆分布、海盆形状等地理因素限制和引导洋流方向，如墨西哥湾流沿北美东岸北上季风气候与太阳辐射冬季季风夏季季风陆地迅速冷却，形成强大的冷高压，空气由大陆流向海洋，带陆地强烈加热，形成热低压，海洋上湿润空气流向大陆，带来来干燥寒冷天气丰沛降水过渡期过渡期陆地逐渐升温，大陆高压减弱，海陆气压差减小，风向不稳陆地逐渐冷却，热低压减弱，风向再次转变，进入干季定季风气候是太阳辐射年变化最直接的气候响应之一由于陆地和海洋热容量差异大，相同辐射条件下陆地温度变化比海洋更快更大，这导致海陆间气压差的季节性逆转，形成显著的季风现象亚洲季风尤为典型，影响着全球近一半人口的生活降水分布与太阳辐射极端气候成因太阳活动异常火山活动太阳黑子活动周期中，太阳活动大规模火山爆发向大气注入大量极大期可导致太阳辐射略有增气溶胶，阻挡太阳辐射，导致全强，引发大气环流异常，增加极球降温1815年坦博拉火山爆发端高温和干旱事件的发生概率后，1816年被称为无夏之年，2003年欧洲热浪就与太阳活动北美和欧洲出现异常寒冷天气和极大期重合农作物歉收气候系统内部波动厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）等海气耦合系统变化会改变太阳辐射在地球系统内的分配，引发全球多地极端气候事件，如亚洲旱灾、美洲洪水等太阳周期与气候波动年黑子周期中世纪暖期（11950-年）1250太阳黑子数量约每11年完成一个循环，在黑子高峰期，太阳欧洲和北大西洋地区经历了异总辐射略有增加（约常温暖时期，温度比当前工业

0.1%）虽然变化幅度小，化前水平高约

0.5℃这一时但通过大气和海洋的放大机期太阳活动较为活跃，是气候制，可能对地球气候产生显著变暖的可能原因之一影响小冰期（年）1450-1850全球尤其是北半球经历了显著的降温，平均温度比工业化前水平低约

0.5-1℃这一时期太阳活动减弱，特别是1645-1715年的蒙德极小期，几乎没有观测到太阳黑子太阳辐射对生态系统影响森林生态系统草原生态系统太阳辐射决定不同类型森林的分布热带雨草原多分布在年降水400-800毫米的半干林位于赤道高辐射区，常绿阔叶林位于亚热旱区域，这些地区太阳辐射充足但水分有带，温带落叶林和寒温带针叶林则随纬度增限，形成了以草本植物为主的生态系统加依次分布苔原生态系统荒漠生态系统苔原位于高纬度地区，太阳辐射季节性极荒漠主要分布在副热带高压带下沉气流控制强，冬季几乎为零，夏季则因白昼长而总量的地区，太阳辐射极强但降水极少，植被稀可观，形成了独特的耐寒生态系统疏，生物多样性低但适应性强主要气候类型与辐射特点热带气候温带气候寒带气候年均太阳辐射量大年均太阳辐射量中等年均太阳辐射量低（2000千瓦时/平方（1000-1800千瓦时/（1000千瓦时/平方米·年），季节变化小，平方米·年），季节变化米·年），季节变化极年温差小于月温差，没显著，四季分明包括大，冬季极长极寒，夏有明显冬季包括热带地中海气候、温带季风季短暂包括亚寒带针雨林、热带季风和热带气候和温带大陆性气候叶林气候和极地气候草原气候等高原山地气候太阳辐射随海拔增加而增强，但气温随海拔升高而降低，形成明显的垂直气候带青藏高原年辐射量高但气温低，被称为世界屋脊太阳辐射与地表温度太阳辐射地表接收的太阳能量总量地表反照率地表反射太阳辐射的比例吸收转化地表吸收的能量转化为热能地表温度表现为可测量的温度值地表温度分布的地带性规律是太阳辐射纬向分布的直接表现从赤道到两极，年均温度大致呈带状递减，每增加一纬度，年均温降低约

0.5-

0.6℃这种规律在海洋上表现较为明显，而在陆地上则因地形、海拔等因素而变得复杂值得注意的是，南北半球在相同纬度上温度并不相同南半球因海洋面积大，温度变化更为平缓；而北半球陆地面积大，温度带的季节性移动更为显著太阳辐射变化与气候带移动观测证据模拟预测近几十年的气象观测数据显示，全球气候带正在向两极方向移气候模型预测，如果全球变暖趋势持续，到本世纪末气候带将继动温带气候区的北界在北半球正以每十年约10-30公里的速度续向极地方向移动50-300公里这将导致一些现有气候类型面北移，热带气候区也在扩大积缩小或消失，如地中海气候区可能向北移动，而原地区变得更加干旱这种移动已经引起了明显的生态变化，如北美和欧洲的树线上移，热带物种向温带扩散，以及某些季节性活动（如开花、迁对中国而言，这意味着亚热带气候区北扩，温带气候区萎缩，农徙）时间的改变业区北移，但也面临水资源再分配的挑战农作物种植界限可能北移100-200公里，为北方地区带来新的农业机遇全球变暖及太阳辐射变化观测事实根据世界气象组织数据，全球平均气温自工业革命以来上升了约

1.1℃，且升温速率正在加快过去十年（2011-2020年）是有记录以来最热的十年，极端高温事件频率明显增加辐射平衡变化大气中温室气体浓度增加（二氧化碳已超过410ppm）导致更多地表长波辐射被捕获，无法逃逸至太空，形成额外的保温效应这改变了地球能量收支平衡，导致系统整体增温太阳活动贡献研究表明，太阳活动变化对近50年全球变暖的贡献不超过10%当前的快速变暖主要由人为温室气体排放引起，而非太阳辐射本身的变化人为增加辐射的案例城市热岛效应大型太阳能电站城市化过程中，自然植被被建筑大规模太阳能发电场改变了地表物、道路等人工表面替代，这些能量交换特性光伏电站的深色材料反照率低（约

0.1-

0.2），面板吸收阳光能量后部分转化为吸收更多太阳辐射同时，人工电能，部分转化为热能；而聚光热源（如空调、交通、工业）释太阳能电站则通过镜面反射增强放额外热量，导致城市温度明显局部辐射强度研究显示，大型高于周边乡村北京市中心夏季光伏电站可使局地气温升高1-平均温度比郊区高3-5℃，冬季2℃，并改变局地风场和降水模夜间温差可达7-8℃式农业灌溉大规模灌溉农业改变了土壤湿度和地表蒸发，增加了潜热消耗，降低了感热传递，从而改变了太阳辐射能量的分配方式中国西北绿洲农业区温度比周边荒漠低2-4℃，相对湿度高15-25%太阳辐射干预研究太空遮阳平流层气溶胶注入海洋云增亮科学家提出在地球与太阳之间通过飞机或气球向平流层注入通过向海洋低层云注入海盐颗L1点部署巨大的遮阳装置，减反射性气溶胶（如硫酸盐），粒，增加云的反照率和寿命，少到达地球的太阳辐射这种模拟火山爆发的降温效应这减少海面吸收的太阳辐射这方法理论上可以精确控制辐射种方法成本相对较低，但可能种方法影响范围局限于海洋区减少量，但技术难度极高，成对全球降水模式和臭氧层产生域，可控性较好本巨大负面影响地表反照率提高通过屋顶刷白、作物品种改良、保留积雪等方式增加地表反照率这些方法成本低、风险小，但降温效果有限，主要适用于城市热岛缓解气候变化的实证数据温室效应原理短波辐射入射太阳短波辐射穿透大气到达地表地表吸收转换2地表吸收能量后以长波形式辐射温室气体捕获大气中的温室气体阻止长波逃逸温室效应是指大气中的温室气体对地球长波辐射的选择性吸收作用太阳短波辐射大部分能透过大气到达地表，而地表吸收后释放的长波辐射则被大气中的温室气体（主要是水汽、二氧化碳、甲烷和氧化亚氮）部分吸收，使大气层变暖自然温室效应使地球平均温度维持在约15℃，而非-18℃的冰冷环境但人类活动增加的温室气体导致这一效应增强，打破了长期的能量平衡，引发全球变暖能量平衡与气候响应辐射能量平衡气候敏感性在稳定气候状态下，地球系统吸收的太阳辐射能量与向太空辐射气候敏感性是指大气二氧化碳浓度翻倍时，全球平均温度的长期的长波能量相等，维持着热力平衡每平方米地球表面平均接收上升幅度根据IPCC评估，气候敏感性可能在

2.5-4℃之间，这约240瓦的太阳能量，同时也向太空辐射约240瓦的长波能量意味着即使温室气体排放立即停止，已排放的温室气体仍将导致气候继续变暖数十年当温室气体增加时，逃逸到太空的长波辐射减少，导致地球系统全球气候模型模拟表明，不同区域对全球变暖的响应不同高纬吸收的能量超过释放的能量，形成正的能量不平衡，全球温度上度地区升温幅度大于低纬度；陆地升温快于海洋；冬季升温大于升，直到重新达到能量平衡夏季这种不均匀响应会改变大气环流格局，进而影响降水模式和极端天气发生频率辐射强迫与全球变暖+

2.9二氧化碳瓦/平方米，最主要的人为强迫因子+

0.97甲烷瓦/平方米，单分子强迫效应是CO₂的28倍-

0.5气溶胶瓦/平方米，主要来自化石燃料和生物质燃烧+

0.05太阳变化瓦/平方米，自然因素影响很小辐射强迫是衡量各种因素对地球能量平衡影响的指标，单位为瓦/平方米正值表示使地球变暖的因素，负值表示使地球变冷的因素截至2019年，人类活动产生的总辐射强迫约为+

2.72瓦/平方米，远超自然因素的贡献这意味着人类活动正在以前所未有的速度改变地球的能量平衡，推动全球温度上升气候模型表明，每增加1瓦/平方米的正辐射强迫，最终可能导致全球平均温度上升约

0.8℃历史时期气候波动罗马暖期公元前250年至公元400年，温度比工业化前高约

0.6℃，欧洲农业发达，罗马帝国鼎盛黑暗时代寒冷期公元400-800年，温度下降，欧洲农业萎缩，人口减少，经济衰退中世纪暖期公元950-1250年，温度回升，维京人在格陵兰定居，欧洲人口和经济快速增长小冰期公元1450-1850年，温度再次下降，欧洲多次粮食危机，河流和港口冰冻历史时期的气候波动主要由太阳活动变化、火山活动和大气-海洋系统内部波动共同引起科学家通过树轮、冰芯、湖泊沉积物和历史记录等多种手段重建了过去气候变化这些重建数据显示，当前的全球变暖速率远高于历史上任何自然波动，强烈暗示了人类活动的决定性影响太阳活动影响极端气候太阳黑子与气候太阳耀斑与中层大气长期变化与短期预报太阳黑子活动的变化会影响到达地球的总太阳耀斑爆发释放的高能粒子会影响地球目前科学界对太阳活动与极端气候的关系辐射量，一个完整的太阳黑子周期（约11中层大气（约50-80公里高空），改变平认识仍不完全，但一些研究已经尝试将太年）中，太阳总辐射变化约为

0.1%虽然流层的温度结构和环流模式这些变化可阳活动指标纳入季节性气候预测模型例这个变化看似微小，但研究表明它可以通以通过自上而下的机制影响对流层天气系如，在太阳活动极小期，北半球冬季极地过海气耦合系统的放大作用，影响厄尔尼统，特别是在冬季极地地区，可能增加极涡旋变弱的概率增加，可能导致更多寒潮诺-南方涛动等气候模态，进而影响极端气端寒潮的发生概率事件候事件的频率和强度卫星观测太阳辐射卫星监测系统观测精度与标定从1978年开始，多颗卫星相继搭现代TSI监测仪器的测量精度已载太阳总辐照度（TSI）监测仪达到

0.01%（约

0.1瓦/平方器，形成了连续的观测记录最米），能够可靠地检测太阳辐射新的卫星观测项目包括美国的太的微小变化不同卫星数据之间阳辐射和气候实验（SORCE）的交叉标定确保了长期观测记录和全球变化观测任务（TSIS）的连续性和可靠性，为研究太阳等，能够精确测量到达地球大气辐射变化与气候的关系提供了坚顶层的太阳辐射强度变化实基础地面观测网络全球基准地表辐射网络（BSRN）在世界各地设立了60多个高精度观测站，与卫星观测形成互补中国的太阳辐射观测网络包括近100个站点，覆盖全国主要气候区，为研究区域太阳辐射特征和气候变化提供了重要数据支持未来气候变化预测地球轨道要素变化轨道偏心率地轴倾角岁差地球绕太阳运行的轨道地球自转轴与公转轨道地球自转轴方向缓慢变从接近圆形到略呈椭圆平面的夹角在

21.5°至化，就像陀螺的摆动，形周期性变化，周期约

24.5°之间变化，周期约完成一周需要约

2.6万为10万年当偏心率增为

4.1万年倾角增大年这影响着地球各点大时，地球与太阳的最时，季节对比更加明接收太阳辐射的季节分近距离和最远距离差异显；倾角减小时，季节布，决定何时发生近日增大，季节性辐射差异变化减弱点和远日点加剧综合周期这三种变化共同决定了地球不同纬度在不同季节接收的太阳辐射量，被称为米兰科维奇周期，是冰期-间冰期循环的主要驱动力过去冰期变化与辐射间冰期北半球夏季太阳辐射强，冰川退缩，全球气温升高，海平面上升我们目前处于全新世间冰期，始于约

1.1万年前过渡期北半球夏季辐射减弱，高纬度地区开始积雪，反照率增加，形成正反馈大气二氧化碳浓度下降，加速降温冰期大陆冰盖扩张，覆盖北美和欧亚北部，全球平均气温比现在低约5-6℃，海平面下降120米以上上一次冰期鼎盛期在约

2.1万年前过渡期北半球夏季辐射再次增强，冰盖开始融化，反照率下降，全球温度上升大气二氧化碳浓度上升，加速变暖区域气候变化案例青藏高原特殊的辐射环境气候变化响应青藏高原平均海拔超过4000米，大气稀薄，太阳辐射强度高青藏高原对全球变暖响应敏感，升温速率是全球平均水平的约2尽管纬度与欧洲南部相当，但其年均太阳辐射量达到6000-倍近50年来，高原气温上升了约

1.8℃，显著高于同期全球平8000兆焦/平方米，比同纬度平原地区高20-40%这种高强均值（约1℃）这种快速变暖导致高原冰川加速退缩，过去40度辐射环境使青藏高原成为亚洲水塔，孕育了长江、黄河等亚年冰川面积减少了约18%洲主要河流随着高原升温和冰川退缩，西南季风和高原水循环模式正在改变，可能影响下游数亿人口的水资源安全青藏高原是研究区域尺度气候变化的天然实验室，对理解亚洲气候系统至关重要区域气候案例撒哈拉沙漠极端辐射环境超低湿度撒哈拉沙漠位于副热带高压带，年均太阳辐年降水量低于100毫米，有些地区甚至多年1射高达2600-3000千瓦时/平方米，是全球不降一滴雨相对湿度常年低于20%，昼夜辐射最强的地区之一强烈的太阳辐射加上温差可达40℃以上，形成世界上最极端的气大气下沉气流，导致极端干旱气候候之一历史变迁未来趋势约1万年前，撒哈拉地区曾是草原和湖泊，支全球变暖可能加剧撒哈拉边缘地区的干旱，持人类文明随着地球轨道变化导致夏季太沙漠面积有扩大趋势同时，辐射环境使该阳辐射减弱，季风减弱，该地区在约5500地区成为太阳能开发的理想场所年前迅速沙漠化区域气候案例亚马逊雨林辐射充足与降水丰富亚马逊盆地位于赤道附近，年均太阳辐射约2000千瓦时/平方米，强烈的太阳辐射加热地表，促使空气上升，形成对流雨该地区年降水量高达2000-3000毫米，使其成为全球最大的热带雨林生物多样性热点充足的太阳辐射和水分为光合作用提供了理想条件，亚马逊雨林储存了全球15-20%的陆地碳，是全球生物多样性的核心区域，拥有超过1000万种生物，其中许多尚未被科学发现气候变化与人类活动威胁气候变化和森林砍伐正在改变亚马逊的辐射与水分平衡研究表明，如果森林覆盖率下降到约40%以下，区域气候可能达到临界点，转变为干旱气候，释放大量储存的碳，加速全球变暖太阳辐射与人类文明全新世气候稳定约

1.1万年前，随着太阳辐射分布的变化，地球进入全新世间冰期，气候变得温暖稳定，为早期农业发展创造了有利条件农业文明兴起适宜的太阳辐射和气候条件使人类能够在肥沃半月地带、尼罗河谷等地发展农业，逐渐形成早期文明中心河流文明发展太阳辐射驱动的水循环滋养了世界主要河流，如黄河、长江、尼罗河等，这些河流沿岸发展出了灿烂的古代文明气候波动与文明变迁历史上的气候波动，如玛雅文明时期的干旱，常与文明衰落相关联，显示气候变化对人类社会的深远影响气候变化对社会的影响农业食品安全健康与疾病气候变化影响作物生长季长度、病虫害分布和水资源可用性，可能导致全高温热浪增加心血管疾病风险；气候变暖使疟疾、登革热等媒介传播疾病球粮食产量下降3-10%/℃同时，气候带北移可能使高纬度地区农业条的分布范围扩大据世界卫生组织估计，2030-2050年间，气候变化可件改善，但适应能力不足的地区面临严峻挑战能导致每年新增25万人死亡能源与基础设施生态系统服务全球变暖增加制冷需求，减少供暖需求；极端天气事件增加对电网、交通气候变化影响生物多样性、水源净化、碳储存等生态系统服务预计全球和建筑的损害沿海城市和基础设施受海平面上升威胁，需要增加适应性变暖2℃将使14-18%的物种面临高灭绝风险，影响人类赖以生存的生态系投资统人类应对气候变化策略国际协作全球共同努力减少温室气体排放能源转型发展可再生能源，提高能效气候适应增强社会韧性应对已不可避免的变化科技创新开发低碳技术和新型能源系统应对气候变化需要减缓和适应双管齐下减缓措施旨在减少温室气体排放，如发展太阳能、风能等可再生能源，提高能源效率，发展低碳交通系统等适应措施则帮助社会适应已经发生和不可避免的气候变化，如建设抗洪设施、改良耐旱作物、调整城市规划等中国提出双碳目标（2030年前碳达峰、2060年前碳中和），并发布了一系列政策和行动计划这需要能源结构深刻转型，大力发展可再生能源，优化产业结构，提高能源利用效率减缓与适应措施减缓措施适应措施•发展太阳能、风能、水能等可再生能源，减少化石燃料依赖•完善防洪排涝设施，应对极端降水和洪水风险•调整农作物品种和种植方式，适应气候变化•提高建筑、交通、工业的能源效率，减少浪费•发展智能化水资源管理系统，提高用水效率•发展循环经济，减少资源消耗和废弃物产生•加强早期预警系统建设，减少极端天气灾害损失•保护和恢复森林、湿地等自然碳汇，增加碳吸收•城市绿化和海绵城市建设，缓解城市热岛效应•发展低碳农业技术，减少农业温室气体排放全球合作与公民责任巴黎协定目标2015年达成的巴黎协定设定了将全球升温控制在2℃以内，并努力限制在

1.5℃以内的目标这需要各国在本世纪中叶前后实现碳中和，即温室气体净排放量接近于零政府行动各国政府需通过立法、税收、补贴等政策工具引导低碳转型；加强气候监测和研究；推动国际合作与技术转让；建立完善的碳交易市场等企业责任企业应减少生产过程的碳排放；开发低碳产品；优化供应链管理；建立企业碳足迹管理体系；参与碳交易市场4公民参与个人可以通过选择低碳出行、减少食物浪费、节约用电用水、参与垃圾分类回收等日常行为减少碳足迹；同时通过环保宣传和投票选择，影响社会政策和企业行为太阳能开发利用光伏发电光热发电建筑应用利用半导体材料的光电效应直接将太阳辐利用镜面聚集阳光加热工质产生蒸汽，驱包括太阳能热水系统、光伏建筑一体化、射转换为电能目前全球光伏装机容量已动汽轮机发电具有储热能力，可实现24太阳能供暖等中国太阳能热水器使用量超过700吉瓦，年发电量超过1000太瓦小时稳定发电中国青海德令哈50兆瓦光占全球70%以上，每年可减少近3000万时，成本持续下降，已在许多地区实现平热电站年发电量超过

1.5亿千瓦时吨标准煤消耗价上网中国太阳能资源与开发结论一太阳辐射决定气候能量源头空间分布1太阳辐射是地球气候系统的第一推动力辐射的纬向分布决定了基本气候带格局能量平衡时间变化辐射收支平衡维持地球适宜温度辐射的季节变化引发大气和海洋环流太阳辐射是地球气候系统的根本驱动力，它不仅为气候系统提供能量，还通过空间分布的不均匀性引发全球大气环流和洋流系统从热带雨林到极地冰原，从季风区到大陆腹地，世界各地的气候特征都可以追溯到太阳辐射分布规律的影响理解太阳辐射与气候的关系，是认识地球系统科学的基础，也是预测和应对气候变化的前提无论是自然气候变化还是人类活动引起的变化，都是在太阳辐射这一基本框架下发生的结论二关注辐射与气候变化持续监测持续精确监测太阳辐射和气候变化是科学应对的基础卫星和地面观测网络为我们提供了宝贵的数据，帮助我们理解气候系统的变化规律和未来趋势深入研究加强太阳辐射与气候变化关系的研究，提高气候模型精度，减少预测不确定性特别是对区域尺度气候变化的预测，对制定适应策略至关重要积极行动在认识气候变化科学规律的基础上，各国政府、企业和个人都应采取积极行动，减少温室气体排放，提高社会适应能力，共同应对气候变化挑战科学普及加强气候科学知识的普及和教育，提高公众对气候变化的认识和参与度，形成全社会共同应对气候变化的合力课堂小结与思考题我们已经系统学习了太阳辐射的基本概念、全球分布规律及其对气候系统的影响，深入了解了气候变化的科学机制和应对策略请思考以下问题

1.太阳辐射为什么在地球表面呈现纬度差异？这种差异如何影响全球气候带的分布？

2.如何通过科学方法监测太阳辐射变化和气候变化？这些监测数据有什么重要意义？

3.面对气候变化的挑战，你认为应采取哪些措施？作为个人，你能做出哪些贡献？。