第4章-自然地理系统的基本能源

1、第一节第一节 地球内生能在自然地理系地球内生能在自然地理系统中的作用统中的作用一、重力能一、重力能1 1、重力重力：地球上距地球质心为：地球上距地球质心为r r的某点单位质量的质点将同时受的某点单位质量的质点将同时受到两个力的作用：一个是地球作用在该单位质点的到两个力的作用：一个是地球作用在该单位质点的引力引力F(r)F(r)，一个是该单位质点由于地球自转所承受的一个是该单位质点由于地球自转所承受的惯性离心力惯性离心力G(r)G(r) ，二力的矢量和称为地球在该点产生的重力矢量二力的矢量和称为地球在该点产生的重力矢量g(r)g(r)。 g(r)=F(r)+G(r) 地表重力随纬度的差异为：在赤

2、道上地表重力随纬度的差异为：在赤道上r r最大，引力最大，引力F F小，离小，离心力心力G G大，故重力大，故重力P P最小；在南、北极点，最小；在南、北极点，r r最小，离心力最小，离心力G=0G=0，重力重力P=FP=F，其值最大。赤道上的重力约为极点重力的，其值最大。赤道上的重力约为极点重力的0.9930.993倍。倍。 一、重力能一、重力能2、重力能：、重力能：是重力做功所具有的能量。是重力做功所具有的能量。 大地水准面大地水准面是由静止的大洋海平面在陆地下面延伸构成的是由静止的大洋海平面在陆地下面延伸构成的与重力方向处处垂直的一个封闭曲面。沿大地水准面移动与重力方向处处垂直的一个封闭

3、曲面。沿大地水准面移动物体时重力不做功，故该曲面是地球表面的重力等位面，物体时重力不做功，故该曲面是地球表面的重力等位面，又称重力等势面。又称重力等势面。 大地水准面作为一个等势面是一个起伏不规则的曲面。今大地水准面作为一个等势面是一个起伏不规则的曲面。今以大地水准面作为计算陆地高程的基准面，以地球的平均以大地水准面作为计算陆地高程的基准面，以地球的平均重力（重力（=9.8m/s2）为）为g值，基准面以上的大陆总势能值，基准面以上的大陆总势能Eh=mgh，计算得，计算得全球陆地的总势能力全球陆地的总势能力2.321024J。 3 3、重力能对于自然地理系统的意义、重力能对于自然地理系统的意义n

4、重力能对地球上的物质运动起着潜在势能的作用。重力能对地球上的物质运动起着潜在势能的作用。n地球内部物质发生重力分异过程，导致重力能转化为构造应地球内部物质发生重力分异过程，导致重力能转化为构造应力能，对改变地壳内应力状态和地壳构造活动的形成具有根力能，对改变地壳内应力状态和地壳构造活动的形成具有根本性意义，而地壳构造活动又直接改变着地表的面貌。本性意义，而地壳构造活动又直接改变着地表的面貌。n重力能使地球保持着一定厚度和质量的大气圈，控制着环球重力能使地球保持着一定厚度和质量的大气圈，控制着环球不同规模的水分循环和地表固体物质的运移过程，并对内、不同规模的水分循环和地表固体物质的运移过程，并对

5、内、外动力地貌的形成等一系列自然地理过程均起着关键性的控外动力地貌的形成等一系列自然地理过程均起着关键性的控制、调整和平衡作用。制、调整和平衡作用。n重力能或重力作用总是力图使地球上运动着的物质趋向于保重力能或重力作用总是力图使地球上运动着的物质趋向于保持相对稳定，相对平衡的状态。持相对稳定，相对平衡的状态。二、地热能二、地热能n地热能通过地表向外的释放以地热流密度表示，其数值地热能通过地表向外的释放以地热流密度表示，其数值为单位时间单位面积上平均约为单位时间单位面积上平均约1.510-6cal/（cm2s），），地球表面的总热流密度地球表面的总热流密度Q约为约为1.011021J/a，相当于

6、每年，相当于每年每平方厘米地表得到每平方厘米地表得到168210J地热能。地热能。n地球内部热能的产生，主要是地球内部热能的产生，主要是放射性元素衰变释放热量放射性元素衰变释放热量的结果的结果。其它的热量来源有。其它的热量来源有重力分异热、潮汐摩擦热、重力分异热、潮汐摩擦热、化学反应热化学反应热等，此外还可通过火山、地震、温泉、以及等，此外还可通过火山、地震、温泉、以及构造运动等形式，从局部地区间断地释放热量。构造运动等形式，从局部地区间断地释放热量。二、地热能二、地热能q 地热能对于自然地理系统的意义 地球内部的热力状况导致地幔物质产生对流运动，地球内部的热力状况导致地幔物质产生对流运动，成

7、为地壳板块运动、全球性大陆漂移、海底扩张、重力成为地壳板块运动、全球性大陆漂移、海底扩张、重力分异以及引发地壳各种地质构造活动的构造力，从而改分异以及引发地壳各种地质构造活动的构造力，从而改变全球自然地理环境的面貌，如显著改变地表形态，主变全球自然地理环境的面貌，如显著改变地表形态，主要是大地构造地貌形态以及海陆的分布。要是大地构造地貌形态以及海陆的分布。 尽管地热能对于自然地理环境的作用在短时间内是尽管地热能对于自然地理环境的作用在短时间内是一种缓慢的不易觉察的动力因素，但由地热能引起的地一种缓慢的不易觉察的动力因素，但由地热能引起的地壳构造应力能对自然地理环境基础的形成和演变，对自壳构造应

8、力能对自然地理环境基础的形成和演变，对自然地理系统的结构与功能所施加的影响是十分重要的。然地理系统的结构与功能所施加的影响是十分重要的。 第二节第二节 太阳能和引潮力在自然地太阳能和引潮力在自然地理系统中的作用理系统中的作用一、引潮力一、引潮力 地球所受引潮力主要是月球和太阳对地球的地球所受引潮力主要是月球和太阳对地球的万有万有引力引力与地球绕地月及日地公共质心运动产生的与地球绕地月及日地公共质心运动产生的惯性离惯性离心力的合力心力的合力。月球和太阳引潮力中又以月球的引潮力月球和太阳引潮力中又以月球的引潮力为主，它是太阳引潮力的为主，它是太阳引潮力的2.182.18倍。倍。 引潮力与重力相比较

9、为微小，人们通常是很不易引潮力与重力相比较为微小，人们通常是很不易感觉的，但地球对这种力却有显著反应，最直观的反感觉的，但地球对这种力却有显著反应，最直观的反应便是应便是海洋潮汐海洋潮汐。 引潮力对水圈引起的引潮力对水圈引起的“潮汐潮汐”称为称为“液体潮液体潮”，主，主要体现为要体现为海洋潮汐海洋潮汐。世界大洋的平均引潮力可使海面垂。世界大洋的平均引潮力可使海面垂直涨落约直涨落约0.8m。 引潮力对固体地壳引起的引潮力对固体地壳引起的“潮汐潮汐”称为称为“固体潮固体潮”，固体潮每天的变化十分规则。固体潮每天的变化十分规则。 引潮力对大气层引起的潮汐称为引潮力对大气层引起的潮汐称为“气潮气潮”，

10、据估算，据估算，大气中由于月球引潮力所产生的能量，约为地表太阳能大气中由于月球引潮力所产生的能量，约为地表太阳能总量的总量的310-8倍。倍。一、引潮力一、引潮力一、引潮力一、引潮力n1、海洋潮汐海洋潮汐图图1 月球引力产生的潮汐摩擦作用月球引力产生的潮汐摩擦作用n海洋潮汐对自然地理环境的影响意义 引潮力对海洋的水平引力作用形成大规模短周期性海引潮力对海洋的水平引力作用形成大规模短周期性海洋潮流，在浅海地区潮流对海底产生的摩擦作用，使地球的洋潮流，在浅海地区潮流对海底产生的摩擦作用，使地球的自转速度变慢，导致日长增加。自转速度变慢，导致日长增加。 海洋潮汐的产生使海洋与大陆之间形成一个周期性被

11、疏海洋潮汐的产生使海洋与大陆之间形成一个周期性被疏干的地带，称为干的地带，称为“潮间带潮间带”。它的存在成为地球上海洋生物。它的存在成为地球上海洋生物向陆地向陆地“进军进军”的的“滩头阵地滩头阵地”，促成陆地生物的发展，改，促成陆地生物的发展，改变了自然地理系统的组成与结构变了自然地理系统的组成与结构。1、海洋潮汐n气潮：气潮：引潮力对大气层产生的潮汐作用，可使大气压引潮力对大气层产生的潮汐作用，可使大气压力产生周期性变化，这种变化即为气潮。力产生周期性变化，这种变化即为气潮。l对一些天气现象有重要影响，气潮在高空可形成对一些天气现象有重要影响，气潮在高空可形成50m/s50m/s的强风，的强

12、风，从而影响全球高空气流。从而影响全球高空气流。l月相变化引起的气潮对台风及飓风有影响。天气预报方面月月相变化引起的气潮对台风及飓风有影响。天气预报方面月相变化对气潮的影响也是一个值得考虑的因素。相变化对气潮的影响也是一个值得考虑的因素。l气潮加强了大气圈内的物质循环，使天气变化复杂化。气潮加强了大气圈内的物质循环，使天气变化复杂化。2、气潮n固体潮固体潮: :引潮力对固体地壳引起的引潮力对固体地壳引起的“潮汐潮汐”。l固体潮使地面发生升降变动，地面的升降幅度理论上固体潮使地面发生升降变动，地面的升降幅度理论上的最大值可大于的最大值可大于50cm50cm，一般则在，一般则在30cm30cm左右

13、。左右。l固体潮在地表产生的地球物理现象主要还有固体潮在地表产生的地球物理现象主要还有重力重力的变的变化，化，地倾斜地倾斜的变化，的变化，地面两点间距离地面两点间距离的相对变化，以的相对变化，以及及地球自转速度地球自转速度的变化等。的变化等。l固体潮引起的重力和地形的变化，影响地壳运动的平固体潮引起的重力和地形的变化，影响地壳运动的平衡，与地震的发生有一定联系。衡，与地震的发生有一定联系。3、固体潮二、太阳辐射能在自然地理系统中的作用1 1、太阳辐射能的意义、太阳辐射能的意义 太阳不断地向宇宙空间以电磁波的形式辐射巨大的能太阳不断地向宇宙空间以电磁波的形式辐射巨大的能量，到达地球外界的太阳能每

14、年为量，到达地球外界的太阳能每年为5.5265.52610102424J J。虽然这部。虽然这部分能量只占太阳总辐射能的分能量只占太阳总辐射能的2222亿分之一，对于地球自然地亿分之一，对于地球自然地理系统而言却是极其重要的能量。与其它进入自然地理系理系统而言却是极其重要的能量。与其它进入自然地理系统的能量相比，统的能量相比，太阳辐射能几乎成为使地球自然地理系统太阳辐射能几乎成为使地球自然地理系统内所有地理过程得以运行的全部能源内所有地理过程得以运行的全部能源。2、进入地球范围的太阳能的分配 进入地球范围的太阳能在地表和大气中作如下分配：以进入地球范围的太阳能在地表和大气中作如下分配：以到达地

15、球大气层顶的太阳辐射能为到达地球大气层顶的太阳辐射能为100%，其中，其中，37%被大被大气中的云、尘埃物质和地面直接反射回宇宙空间气中的云、尘埃物质和地面直接反射回宇宙空间（反射量分（反射量分别为别为27%、7%和和3%）；）；63%被大气层和地面吸收被大气层和地面吸收（大气吸（大气吸收收20%，地面海洋和陆地吸收，地面海洋和陆地吸收43%）。）。 大气和地表所吸收的大气和地表所吸收的63%太阳能，便为自然地理系统的太阳能，便为自然地理系统的各组成部分所吸收、流通、转化，成为驱动全部自然地理过各组成部分所吸收、流通、转化，成为驱动全部自然地理过程的根本动力。程的根本动力。 3、太阳总辐射能在

16、地球表面的分布 （1）、）、在赤道和热带地区收入的（吸收的）辐射能大于在赤道和热带地区收入的（吸收的）辐射能大于输出（支出）的辐射能，属于输出（支出）的辐射能，属于能量盈余地区能量盈余地区； （2）、中、高纬度地区则为地面输出辐射能大于输入的、中、高纬度地区则为地面输出辐射能大于输入的辐射能，属于太阳辐射能，属于太阳能量亏损地区能量亏损地区；表表 4.1 各纬度太阳能收支平衡（以北半球为例）各纬度太阳能收支平衡（以北半球为例）（kca1/m2min） 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 收入收入 3.39 3.34 3.20 2.97 2.67 2.32 1.93 1.6

17、0 1.44 1.40 支出支出 2.71 2.82 2.84 2.84 2.82 2.77 2.72 2.60 2.52 2.52 余额余额 0.68 0.52 0.36 0.13 -0.15 -0.45 -0.79 -1.00 -1.08 -1.12 资资料料来源来源：卡列斯尼克，卡列斯尼克，1957。 （3）在）在南、北半球南、北半球南、北纬南、北纬3040度之度之间地面，则间地面，则是是太阳能收太阳能收支量相等的支量相等的地区。地区。3、太阳总辐射能在地球表面的分布图图2 各纬度地面与大气对流层辐射收支各纬度地面与大气对流层辐射收支 (1) 收入辐射值；收入辐射值；(2) 支出辐支出辐

18、射值；射值；(3)能量输送值；能量输送值；A 收支平衡点；箭头为能量输送方向收支平衡点；箭头为能量输送方向 （4）、）、经向热运动经向热运动：由于低纬与高纬地区间净辐射由于低纬与高纬地区间净辐射的分布差异，形成经向热力梯度，中低纬度地区的热能向的分布差异，形成经向热力梯度，中低纬度地区的热能向高纬地区输送，称之为高纬地区输送，称之为“经向热运动经向热运动”。年经向热输送量年经向热输送量以在中纬地带为最大。以在中纬地带为最大。 除经向热运动外，海陆之间形成的周期性转换方向除经向热运动外，海陆之间形成的周期性转换方向的热力梯度转化成压力梯度，形成的大气环流，对于全的热力梯度转化成压力梯度，形成的大

19、气环流，对于全球能量调整和区域性热量平衡起着十分重要的作用。球能量调整和区域性热量平衡起着十分重要的作用。3、太阳总辐射能在地球表面的分布表表 4.2 北半球经向热量输送率北半球经向热量输送率 （1019kcal/a） 纬度（纬度（N） 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 热量输送热量输送 -0.26 1.21 2.54 3.56 3.91 3.40 2.40 1.25 0.35 0.00 三、地球表层的能量系统三、地球表层的能量系统 地球表层的能量系统地球表层的能量系统包括两大能量循环系统：包括两大能量循环系统： 由大气圈对流层、陆地表层和海洋表层由大气圈对流层、陆地表

20、层和海洋表层所构成的所构成的地气能量循环地气能量循环； 以生物（植物、动物、微生物）为主体、以生物（植物、动物、微生物）为主体、并与其非生物环境紧密联系而构成的并与其非生物环境紧密联系而构成的能量循能量循环生态系统环生态系统。1 1、太阳能在无机圈中的传输与转化、太阳能在无机圈中的传输与转化（1 1）. .大气圈大气圈全球大气循环全球大气循环(2). 水圈水圈n地面热辐射通过水分蒸发和蒸腾，转化为汽化潜热，引起地面热辐射通过水分蒸发和蒸腾，转化为汽化潜热，引起地球上水体的三相变化及循环；地球上水体的三相变化及循环；n在太阳能和重力的共同作用下，水在自然地理系统中不停在太阳能和重力的共同作用下，

21、水在自然地理系统中不停地从一个圈层向另一个圈层转移运动着，形成水分循环。地从一个圈层向另一个圈层转移运动着，形成水分循环。n其循环方式主要有两种：一是通过汽、液、固三态转化的其循环方式主要有两种：一是通过汽、液、固三态转化的方式在各圈层中运动；一是液态水在热力和重力作用下，方式在各圈层中运动；一是液态水在热力和重力作用下，通过洋流或陆地地表及地下径流进行物质和能量的传输。通过洋流或陆地地表及地下径流进行物质和能量的传输。（3）、岩石圈）、岩石圈n地表岩石在太阳辐射能的直接作用与间接作用下，发地表岩石在太阳辐射能的直接作用与间接作用下，发生风化、搬运、堆积作用，为土壤的形成提供成土母生风化、搬运

22、、堆积作用，为土壤的形成提供成土母质，并在水流和气流作用下参与地质循环；质，并在水流和气流作用下参与地质循环；2 2、生态系统中的能量流动与转化、生态系统中的能量流动与转化 生物循环生物循环 绿色植物也面对不同的太阳辐射能具有选择性绿色植物也面对不同的太阳辐射能具有选择性吸收、透射和反射作用。吸收、透射和反射作用。波长（微米）波长（微米）吸收吸收反射反射透射透射紫外区紫外区0.340.3491919 90 0可见光区可见光区0.440.44878711112 20.510.517676141410100.580.587676141410100.640.64787813139 9红外区红外区1

23、15 5454550502.42.465657 72828（1 1）植物有机体对太阳能的吸收与转化）植物有机体对太阳能的吸收与转化（1 1）植物有机体对太阳能的吸收与转化）植物有机体对太阳能的吸收与转化 植物叶面对太阳短波辐射是按短波吸收率进行吸植物叶面对太阳短波辐射是按短波吸收率进行吸收的，对来自大气层和近地面的长波辐射是按长波辐收的，对来自大气层和近地面的长波辐射是按长波辐射率进行吸收的。同时植物叶面以长波辐射的形式向射率进行吸收的。同时植物叶面以长波辐射的形式向天空和附近地面发放辐射。天空和附近地面发放辐射。l自养植物的营养器官所吸收的太阳能的转化：自养植物的营养器官所吸收的太阳能的转化

24、： 转化为热能消耗于植物体的增温和用于促进植物水转化为热能消耗于植物体的增温和用于促进植物水分的蒸腾；分的蒸腾； 一少部分可见光的光能转化为化学能用于合成复杂一少部分可见光的光能转化为化学能用于合成复杂的有机物质：的有机物质： 6CO2+12H2O 674千卡太阳能千卡太阳能 C6H12O6+6H2O+6O2 （1）植物有机体对太阳能的吸收与转化）植物有机体对太阳能的吸收与转化l当叶面温度与气温不相同时，叶面与自由空气间可进当叶面温度与气温不相同时，叶面与自由空气间可进行热能的传递与交换。行热能的传递与交换。l蒸腾作用中，水气从叶面向空气中传送，蒸腾的汽化蒸腾作用中，水气从叶面向空气中传送，蒸

25、腾的汽化潜热量等于蒸发速度（潜热量等于蒸发速度（W）与叶面下蒸发时的汽化潜）与叶面下蒸发时的汽化潜热热(L)之积，在光合作用中空气中的二氧化碳向叶面输之积，在光合作用中空气中的二氧化碳向叶面输送，其光合热等于二氧化碳运输速度（送，其光合热等于二氧化碳运输速度（M）与其固定）与其固定热（热（P）之积。）之积。（2 2）植物动物微生物之间的能量流动与消耗）植物动物微生物之间的能量流动与消耗 生态系统中的能量流动：生态系统中的能量流动： 首先从第一性生产过程中植物体内的能量分配与消耗开首先从第一性生产过程中植物体内的能量分配与消耗开始。正常情况下，第一性总生产量的始。正常情况下，第一性总生产量的50

26、%50%以上用于植物自身的以上用于植物自身的生命活动，其余生命活动，其余40%40%除了少量暂时存在体内外，大部分有两个除了少量暂时存在体内外，大部分有两个转移方向：转移方向：l通过昆虫、鸟类和各种草食动物的采食，能量转移到动物通过昆虫、鸟类和各种草食动物的采食，能量转移到动物肌体。肌体。l伴随植物枝叶的掉落，能量转移到地表，潜存于土壤腐殖伴随植物枝叶的掉落，能量转移到地表，潜存于土壤腐殖质层中。质层中。食物链：植物食物链：植物一级消费者一级消费者二级消费者二级消费者. .n吃入能量吃入能量消化能量消化能量代谢能量代谢能量净能净能（各级消费者）（各级消费者） 流失流失 流失流失 流失流失 粪便

27、粪便 尿气尿气 热量热量 试验证明，伴随食物进入草食动物肌体内的能量只有试验证明，伴随食物进入草食动物肌体内的能量只有10%10%的的净能被吸收利用于肌体的建造，实际转移到下一级消费者肉食净能被吸收利用于肌体的建造，实际转移到下一级消费者肉食动物体内的能量也在动物体内的能量也在10%10%左右。其余部分的能量消耗于生命活动左右。其余部分的能量消耗于生命活动中的消化和代谢过程。中的消化和代谢过程。（2 2）植物动物微生物之间的能量流动与消耗）植物动物微生物之间的能量流动与消耗四、太阳总辐射的气候计算法n太阳总辐射值表示着全球或某一区域能量总输入的大太阳总辐射值表示着全球或某一区域能量总输入的大小

28、，该值对农业生产的光能利用有直接的影响。小，该值对农业生产的光能利用有直接的影响。n太阳总辐射值为到达地表水平面的直接辐射与大气散太阳总辐射值为到达地表水平面的直接辐射与大气散射辐射之和。在气候学计算上一般采用经验公式射辐射之和。在气候学计算上一般采用经验公式：式中：式中：S当地碧空条件下的天文辐射值当地碧空条件下的天文辐射值cal/（cmd）； n 实际日照时数（实际日照时数（h/d）；）；N 可日照时数（可日照时数（hd） ； a 、b 为待定系数，为待定系数， a 与大气散射状况、地表反射性质有与大气散射状况、地表反射性质有 关；关； b 与大气透明度有关。与大气透明度有关。四、太阳总辐

29、射的气候计算法n对于对于S0的取值可用天文辐射年变程曲线内插求得（即以的取值可用天文辐射年变程曲线内插求得（即以每月每月15日天文辐射日总量代表月平均值），或按以下天日天文辐射日总量代表月平均值），或按以下天文辐射日总量公式计算：文辐射日总量公式计算：式中：式中：T周期长度，取一天的长度，即周期长度，取一天的长度，即1440 min；I0太阳常数，太阳常数，取取1.95卡卡/厘米厘米2分；分；任意时刻以天文单位表示的日地距离，在任意时刻以天文单位表示的日地距离，在0.98331.0167天文单位之间取值；天文单位之间取值；0、 分别为当地日出日分别为当地日出日没时角、地理纬度和赤纬。没时角、地

30、理纬度和赤纬。n 太阳总辐射的气候计算法经验公式太阳总辐射的气候计算法经验公式-彭曼法彭曼法 我国八个地区四季我国八个地区四季a a、b b系数与相关系数系数与相关系数r r 表表 3 3 我国八个地区四季我国八个地区四季 a a、b b 系数与相关系数系数与相关系数 r r（赵松乔等转引，（赵松乔等转引，19881988） 地区 季 a b r 地区 季 a b r 东 北 春 夏 秋 冬 0.10 0.086 0.21 0.34 0.66 0.69 0.49 0.30 0.87 0.89 0.82 0.53 内 蒙 古 春 夏 秋 冬 0.22 0.20 0.20 0.29 0.60 0.

31、56 0.60 0.53 0.95 0.86 0.86 0.93 西 北 春 夏 秋 冬 0.28 0.258 0.30 0.313 0.447 0.468 0.425 0.407 0.92 0.94 0.90 0.95 华 北 春 夏 秋 冬 0.152 0.115 0.301 0.172 0.556 0.588 0.311 0.536 0.96 0.95 0.5 0.93 地区 季 a b r 地区 季 a b r 长 江 中 下 游 春 夏 秋 冬 0.131 0.193 0.177 0.159 0.583 0.454 0.479 0.553 0.97 0.95 0.94 0.94 川

32、滇 黔 春 夏 秋 冬 0.184 0.220 0.199 0.183 0.537 0.430 0.543 0.599 0.87 0.87 0.88 0.99 地区 季 a b r 地区 季 a b r 华 南 春 夏 秋 冬 0.139 0.185 0.125 0.154 0.582 0.483 0.592 0.549 0.96 0.98 0.89 0.94 青 藏 高 原 春 夏 秋 冬 0.373 0.259 0.331 0.331 0.378 0.571 0.466 0.492 0.70 0.94 0.95 0.80 四、自然地理系统中能量状态方程四、自然地理系统中能量状态方程的一般表

33、达式的一般表达式图图3 3 能量在自然地理系统中的一般流动过程（牛文元，能量在自然地理系统中的一般流动过程（牛文元，19811981）四、自然地理系统中能量状态方程四、自然地理系统中能量状态方程的一般表达式的一般表达式 假定系统是确定性的，非随机的、过程是线性的，时假定系统是确定性的，非随机的、过程是线性的，时不变的，能量在系统内各分室间的流通为受控制的。在以不变的，能量在系统内各分室间的流通为受控制的。在以上设定条件下，能量在系统内各分室中的流通状态变化，上设定条件下，能量在系统内各分室中的流通状态变化，可用一类微分方程表达：可用一类微分方程表达： 式中：式中：dx/dt （能量）状态随时间的变化率；（能量）状态随时间的变化率； F对系统的（能量）输入变量（组）；对系统的（能量）输入变量（组）；A（能量）流通速率矩阵；（能量）流通速率矩阵；X各分室（能量）状态变量。各分室（能量）状态变量。四、自然地理系统中能量状态方程四、自然地理系统中能量状态方程的一般表达式的一般表达式 据图据图3可知，外界对系统的输入变量为可知，外界对系统的输入变量为F01 F05、F06，组成输入向量组：，组成输入向量组：其中：其中：F01外环境对大气分室输入的太阳辐射能；外环境对大气分室输入的太阳辐射能；F05、F06分别为地壳向土壤分室和水体分室输入的热能。分别为地壳向土壤分室和水体分室输入的热能。四