看着窗外，烈日当空， 这样的天气实在是无法出门， 注意，你这里说的天气是特定的时间地点某一个地区距离地表较近的大气层在短时间内的具体状态

天气因地而异，你在祖国南方地区被大太阳炙烤的不能出门的时候，远在哈尔滨的朋友可能已经穿起了长衣长裤，而且天气也经常变化，上午可能是大太阳，下午就下雨

跟天气不一样，气候是大气物理特征的长期平均状态，它具有稳定性，以冷、暖、干、湿这些特征来衡量，通常由某一时期的平均值和离差值表征

气候在我们日常生活中出镜率没有天气那么高，但是想象一下，当你要出门旅游或者出差的时候，你就要用到气候知识了，了解气候可以帮助你决定带什么类型的衣服

如果你要去气候温暖的地方旅行，你可能会带上短裤和t恤，如果你去的是一个气候寒冷的地方，你可能会带上长裤和夹克，一旦你到达目的地，天气会帮助你决定每天穿什么，这就是天气和气候

地球的气候很复杂，我们就来聊聊地球的气候及气候变化

阳光加热地球

太阳是地球气候系统的主要能源，到达地球的阳光可以加热陆地、海洋和大气，其中一些阳光被地表、云或冰反射回太空，到达地球的大部分阳光被吸收并使地球变暖

而且太阳以每小时几百万公里的速度将超过十亿吨的物质喷向太空，归根结底，来自太阳的能量是天气、气候和地球上生命背后的驱动力

但是什么类型的能量来自太阳呢？这些能量是如何穿越太空来到地球的呢？当它到达地球时会发生什么？

我们知道，太阳会发出不同数量的多种形式的电磁辐射，如下图所示，太阳发射的总辐射能量中约有43%位于光谱的可见部分，剩余的大部分位于近红外线(49%)和紫外线部分(7%)，不到1%的太阳辐射是以x射线，伽马波和无线电波的形式发射的

太阳能量的传递主要是通过辐射来完成的，辐射是通过电磁波运动传递能量，一旦太阳能量到达地球，它首先会被大气层拦截，然后能量的一小部分直接被吸收，特别是某些气体，如臭氧和水蒸气

另外的一些能量被云和地球表面反射回太空，然而，大部分的辐射会被地球表面吸收，当辐射被物质吸收时，物质中的原子移动得更快，物质接触时变得温暖

吸收的能量转化为热能，这种热能在调节地壳、地表水和低层大气的温度方面起着重要作用

地球上的每一个表面都会根据表面的颜色和质地不同而不同程度地吸收和反射能量，深色物体吸收更多的可见辐射；浅色物体反射更多的可见辐射

有光泽或光滑的物体反射更多，而钝或粗糙的物体吸收更多，反射的差异影响温度、天气和气候

现在一般用地表反照率这个术语来描述物体或表面反射回太空的太阳辐射百分比，一个完全黑色的表面的反照率为0（所有的辐射都被吸收了），一个完全白色的表面的反照率为1.0（所有的辐射都被反射）

地球的不同特征（如雪、冰、苔原、海洋和云）具有不同的反照率，例如，陆地和海洋的反照率较低（通常为0.1到0.4），吸收的能量比反射的要多，反之雪、冰和云具有很高的反照率（通常从0.7到0.9），反射的能量比它们吸收的能量多

地球的平均反照率约为0.3，换句话说，大约30%的太阳辐射被反射回太空，70%被吸收，通过精确量化我们行星的反照率，中分辨率成像光谱仪（MODIS）帮助科学家了解和预测各种表面特征如何影响短期天气模式以及长期气候趋势

如图所示，冰雪覆盖的北极具有很高的反照率，沙漠地区，如北非的撒哈拉沙漠，就吸收了大量的辐射，森林地区或土壤深色的地区吸收更多的辐射，并具有较低的反照率

但是人类和自然过程改变了地球表面的反照率，人类活动的影响，如森林砍伐、空气污染和北极冰盖的减少等，都影响了反照率的数值，这些变化改变了吸收和辐射回太空的能量的净量

地区平均温度保持稳定的关键在于能量收支的平衡

地球的辐射收支是一个概念，它帮助我们了解地球从太阳接收了多少能量，以及地球向外太空辐射了多少能量，地球的温度不会无限上升，因为热量总是会辐射回太空，太阳热量从赤道向两极以及从地球表面和低层大气重新分配到太空，云也将能量从地球表面输送出去

太阳能加热促进蒸发，温暖潮湿的空气漂浮上升，将能量从地表高高地输送到大气中，当水蒸气凝结成液态水或冻结成冰晶时，能量释放回大气，这个能量净流入和流出地球系统就是地球的能量收支

当进入太阳能量的流动被等量的热流平衡到空间时，地球处于辐射平衡，全球温度相对稳定，任何增加或减少输入或输出能量的东西都会扰乱地球的辐射平衡；全球温度会相应地升高或降低

地壳的变化，如冰川作用、森林砍伐和极地冰融化，改变了地球表面电磁吸收和反射的数量和波长，这些不稳定的影响被称为气候影响

人为造成的影响包括颗粒污染（气溶胶），它吸收和反射进入的阳光；森林砍伐，它改变了地球表面反射和吸收阳光的方式；大气二氧化碳和其他温室气体的浓度上升，它降低了地球表面的热量透入太空

两极点处冰盖的损失，使其反射性降低，这是反馈回路的一个典型例子，极地地区（特别是北极冰盖）冰的减少程度是可以加速气候变化的正反馈回路的一部分，温度升高会融化冰雪，从而降低地球的反照率，导致进一步变暖和融化

根据NASA的数据，与1979年至2000年的平均水平相比，9月份的北极海冰正以每十年11.5%的速度下降

地球自转轴的倾斜也会对温度产生影响

地球的自转轴与其公转轨道平面不垂直（偏离的角度是23度26分（黄赤交角））产生了季节的更迭， 另太阳直射点的纬度是在不断变化的，所以南北半球受到的阳光照射也会有所不同

太阳辐射强度很大程度上跟太阳光线照射地球表面的角度相关，这个角度被称为入射角，如果太阳直接位于头顶，或与地平线呈90度角，入射光线以直角射向地球表面，强度最大，如果太阳高出地平线45度，入射光线以一定角度照射地球表面

这会使光线扩散到更大的表面积上，从而降低辐射强度，下图模拟了将入射角从90度更改为45度的效果，如图所示，太阳角越低，辐射接收的表面积就越大

夏天，阳光更直接地照射地面（更接近垂直方向）集中太阳的能量，这种集中的能量能够比冬天太阳光以更多的角度照射地面时更快地加热表面，从而将能量散开，从赤道到两极，太阳光线以越来越小的角度与地球会合，光线传播到越来越大的表面区域

除了较不集中的能量，地球表面被光照射的时间也不同，由于轴线倾斜，地球表面白天（图中未阴影部分）和阴影部分（阴影部分）的部分通常不相等，在赤道以北白天比夜晚长，而在北极，那里根本没有夜晚

在赤道，太阳光线的强度是恒定的，一天的长度不变，因此，春夏秋冬的变化在这里很模糊，有的可能只有一个“潮湿”或“干燥”的季节

关于气候变化的一个理论

气候学家的工作发现，有证据表明只有有限数量的因素是地球上过去气候变化事件的主要原因，其中一个因素是地球轨道特征的变化

从19世纪90年代开始，塞尔维亚数学家Milutin Milankovich研究了地球轨道特性变化的影响，他进行了一系列天文计算，证明了地球轨道变化在冰河时代和其他气候变化中的作用

他发现，当地球在围绕太阳运动时，地球-太阳几何结构的三个元素的周期性变化结合在一起，产生到达地球的太阳能数量的变化：

地球轨道偏心率的变化——绕太阳轨道的形状；倾角的变化-地球轴与地球轨道平面的角度变化；岁差-地球旋转轴方向的变化。

这些轨道运动的周期一起被称为米兰科维奇周期，米兰科维奇周期，如岁差（23000年）、倾斜度（41000年）和偏心率（100000年和400000年），在长时间尺度上影响气候变化，因为它们影响太阳辐射到地球的数量

它们是利用来自海洋沉积物、地貌特征和天文观测和计算的数据进行测量的，了解米兰科维奇周期有助于重建过去10万年和更长时间尺度的气候变化

在全球气候变化的最初发现阶段，人们对太阳对地球气候的影响程度还没有很好的了解，然而，自20世纪90年代初以来，人们进行了广泛的研究，以确定太阳在全球变暖或气候变化中的作用，但是目前来看，人类活动仍然是是全球气候变化的主要因素

总结

太阳是地球气候系统的主要能源，到达地球的阳光可以加热陆地、海洋和大气，其中一些阳光被地表、云或冰反射回太空，到达地球的大部分阳光被吸收并使地球变暖，同时吸收的能量转化为热能，这种热能在调节地壳、地表水和低层大气的温度方面起着重要作用

但是地球的温度不会无限上升，因为热量总是会辐射回太空，当进入太阳能量的流动被等量的热流平衡到空间时，地球处于辐射平衡，全球温度相对稳定，任何增加或减少输入或输出能量的东西都会扰乱地球的辐射平衡；全球温度会相应地升高或降低

现在地壳的变化，如冰川作用、森林砍伐和极地冰融化以及过度的排放，改变了地球表面电磁吸收和反射的数量和波长，这些不稳定的影响也就造成了现在的气候变化