能量平衡模式

数值模式的一种

能量平衡模式是数值模式的一种，对长时间平均而言，地气系统射出的长波辐射大体与它所吸收的短波辐射相当，也就是说地气系统处于辐射收支平衡的稳定状态。根据这一原理Budyko和Sellers在1969 年同时提出了能量平衡模式( EBM) 。

释义

能量平衡模式是数值模式的一种，对长时间平均而言，地气系统射出的长波辐射大体与它所吸收的短波辐射相当，也就是说地气系统处于辐射收支平衡的稳定状态。以在大气和下垫面（陆地、海面）上都达到能量平衡状态作为约束条件而建立起来的简化方程组。能量平衡模式有零维能量平衡模式，一维能量平衡模式，二维能量平衡模式等。

分析

零维能量平衡模式

所谓零维模式就是将气候变量沿经度、纬度和高度三个方向迸行平均，将地球缩成个点，只用一个平均值来表示全球气候，零维气候系统的基本方程为：

其中方程的左端项反映了地-气系统的能量贮存， C 是地-气系统的有效热容量，简称热

写字鼓，般取为：

其巾Cp为大气的热容量， Ma 为全球平均的大气质量， Cs为下占在丽的热容量，为下垫面的衔度， hs 是地气系统下界的深度；方程的右端项反映了净辐射收支，其中为入射的太阳知波辐射，一般写为：

这里Q= 340W / m2，为太阳常数的1 / 4， α 为反照率。为净向外长波辐射，根据Stcfan - Boltzman 定律可以写为

σ= 0.56687 X 1O-7W / m2 K4为Stefa n - Bo1tzman 常数。ε 为有效放射率，一般写为：

式中为地表放射率，为大气透射率。

如果把地气系统看成是黑体，即ε= 1 . 则全球平均的辐射平衡温度Te为

若取α= 0.3，则可得Te= 254.6K，这个温度要比观测到的地表平均温度低32.8K。

一维能量平衡模式

温度是纬度和时间的函数，即

二维能量平衡模式

引人水平二维位置矢量，即考虑变量在经向和纬向的分布，则有: 另一类二维模式是：

考虑经向和垂直方向的分布，相当于一维模式与辐射对流模式的合成。还有一类EBM ，即所谓的盒式EBM ( Box-EBM) 。这种模式既有简单的垂直分层，又把海洋和陆地分开来考虑，这样就可以突出海陆在热容量等方面的差异的影响。在Box-EBM 中一般把整个大气作为一层，陆面和海洋混合层为一层，海洋中间层和深海为另外两层。和其他EBM 模式相比， Box-EBM 强调的是探梅内部的热量过程以及不同深度层上的能量交换。模式描述的典型过程是向上的热通量的上翻作用和向下的热通量的扩散作用。同时，模式还区分开了海详混合层、海洋中间层和深海间热量交换过程的差异。所以，和以大气为主的其他EBM 模式相比， Box-EBM 在长时间尺度的气候变化的研究中更显优势。

特点：

能量平衡模式之所以在得成功不仅在于它简单，能由模式方程的解析解了解气候系统的基本性状，而且还在于可以用它研究参数化技术和气候对各种相互作用过程的敏感性。

下表是各种EBM 的主要特征的比较。

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