Тепловой баланс Земли, земной поверхности и атмосферы

Земля в целом, атмосфера в отдельности и подстилающая поверхность Земли находятся в состоянии теплового равновесия, если рассматривать условия за длительный период. Средние температуры их от года к году меняются мало, а за многолетние периоды остаются почти неизменными. Отсюда следует, что приток и отдача тепла за достаточно длительный период равны или почти равны.

Земля получает тепло, поглощая солнечную радиацию в атмосфере и, особенно, на земной поверхности. Теряет она тепло путем излучения в мировое пространство длинноволновой радиации земной поверхности и атмосферы. При тепловом равновесии Земли в целом приток радиации извне от Солнца к Земле (на верхнюю границу атмосферы) и отдача радиации с верхней границы атмосферы в мировое пространство должны быть равными. Иначе говоря, на верхней границе атмосферы должно существовать радиационное равновесие, т. е. радиационный баланс, равный нулю.

Атмосфера, отдельно взятая, получает и теряет тепло, поглощая солнечную и земную радиацию и отдавая длинноволновую радиацию вниз и вверх. Кроме того, она обменивается теплом с земной поверхностью нерадиационным путем. Это, во-первых, тепло, переносимое от поверхности Земли в воздух или обратно путем теплопроводности. Во-вторых, это скрытая теплота, затрачиваемая на испарение воды с подстилающей поверхности и освобождающаяся в атмосфере при конденсации водяного пара. Все указанные потоки тепла, направленные в атмосферу и из атмосферы, за длительное время должны уравновешиваться.

Наконец, на поверхности Земли уравновешиваются приток тепла вследствие поглощения солнечной и атмосферной радиации, отдача тепла путем излучения самой земной поверхности и указанный выше нерадиационный обмен теплом с атмосферой.