您的瀏覽器不支援javascript功能,若網頁功能無法正常使用時,請開啟瀏覽器javascript狀態。 中央氣象局數位科普網-輻射冷卻究竟在輻射什麼? ::: 跳到主要內容
:::
點閱數 : 48382
line
facebook
google
輻射冷卻究竟在輻射什麼?

教室的課堂上,老師正講解著冬天時,除了冷空氣會讓氣溫下降外,「輻射冷卻效應」也是造成低溫的原因之一。

小天發出驚嘆的語氣問:「老師,輻射冷卻效應的『輻射』、跟核能輻射的『輻射』有什麼不一樣嗎?」

老師繼續耐心的回答:「小天,發現的問題很好哦!輻射,是指能量由一點向四周發射的意思,但是不同能量高低的輻射,造成的影響也會不同:一般人聞之色變的核能輻射具有極高的能量,可以破壞原子及分子的結構,對生物體內的DNA和細胞造成傷害!而輻射冷卻效應的輻射放出的能量較低,指的是地球表面把『熱能』透過紅外線形式向外太空釋出,兩種情況的『輻射』的確很不一樣…」

輻射冷卻效應所放出的輻射能量較低,是將地球表面的熱能透過紅外線形式向外太空釋出,與核能輻射不同。

輻射波譜示意圖

 

造成輻射冷卻效應的原因?

凡是具有溫度的物體,都會透過電磁波放出熱能。太陽主要以可見光的形式放出波長較短的「短波輻射」,而地球吸收太陽的能量後,也會藉由紅外線形式從地表放出波長較長的「長波輻射」,將熱能向外傳送,因此地球雖長期受到太陽的照射,但溫度並不會無限制地上升。在此同時,地球大氣中的水氣、雲、微塵及不同成分的氣體,也會吸收、放出或反射來自太陽或地表的輻射熱。整體而言,太陽入射的能量、與地球(包括地表及大氣)放出及反射的能量會相等,使能量收支達平衡,因此地球可以維持大致恆定的整體平均溫度。

太陽入射的能量應與地球放出的能量相等,使能量收支平衡,以維持地球整體平均溫度。

地球能量收支示意圖(假定來自太陽的輻射能量為100單位)

白天時,太陽提供的能量多於地球散逸的能量,所以地面溫度會明顯的持續升高。但是到了夜晚,少了太陽的短波輻射,只剩地面不斷透過紅外線長波輻射將能量散逸,地表的溫度就會持續下降。所以,從日落之後一直到清晨之前,地面一直在散逸能量,使得溫度在日出之前達到最低,這就是所謂的「輻射冷卻」作用。

太陽在白天提供的能量多於地球散逸的能量,所以地面溫度明顯升高;到了夜晚,少了太陽的短波輻射,地面不斷透過紅外線長波輻射將能量散逸,使地表溫度下降。

每日溫度與能量收支分佈圖

由於大氣中的水氣及雲層可以吸收來自地表的長波輻射,再往地表放射熱能,使熱量不會完全散失到外太空,因此當夜晚的天空被雲覆蓋時,輻射冷卻效應較微弱,就像地表蓋了條棉被般,具有保溫的效果。反之若天空為晴朗無雲且微風乾燥的狀態,夜晚到隔天日出前地表熱量的散逸將會相當顯著,輻射冷卻效應特別強,使氣溫明顯降低。

大氣中的水氣及雲層可吸收來自地表的長波輻射,所以當夜晚天空被雲層覆蓋時,輻射冷卻效應較弱;若天空晴朗無雲且較乾燥,輻射冷卻效應會增強。

有雲/無雲時輻射冷卻作用示意圖

那麼在都會區和郊區的輻射冷卻效應會有差別嗎?由於都會區人口密集,建築物也會在白天吸收熱量,人工熱源多加上散熱不易,所以夜晚的輻射冷卻效應較緩;反之,郊區輻射冷卻效應就會較強。總而言之,晴朗無雲、乾燥微風及空曠的平地是利於輻射冷卻效應形成的條件,以臺灣來說,嘉南平原最容易出現這樣的現象,所以臺灣平地冬天清晨觀測到最低溫的地方,有時候不是在冷空氣影響較顯著的北臺灣,反而是在中南部的空曠地區。

 

輻射冷卻會造成什麼天氣現象?

有一種霧稱為「輻射霧」,就是由輻射冷卻效應所造成,通常是晴朗無雲、風速微弱的夜晚至清晨間,近地面的大氣穩定,此時地表迅速散熱冷卻,使低空水氣降溫至露點以下,凝結成小水滴懸浮於近地面空氣中,就形成了一層霧。這種霧的厚度較薄,並貼近於地表,它的特性是當太陽出來後,地面溫度回升,霧中的小水滴迅速蒸發,霧很快就消散了。

上一篇
臺灣大風吹
下一篇
迷茫之城─是霧,或是霾?



google
facebook
line