近地面的气温不能代表大气平均温度

张学文,2012/7/8

一些文献和科普文章中经常用15℃作为地球大气的平均温度。而这个数值源于对全球的地面气温的平均值。或者说得再准确一点是，距离地面1.5米处的百叶箱气温的全球平均值。

而我认为这个数字仅可以代表距离地面1.5米处的全球空气温度平均值，而没有资格代表全部大气（包括上下层）的平均温度。

比较常见的场合出现在对温室效应的说明中。说一种理论计算指出地球的温度应当是-18°，可实际温度是15°，差了33°，大气如此暖和这是温室效应的功劳。

我的核心认识是：地球（大气）的平均温度本来就应当认为是-18°，它与该理论的计算是很一致的。而不是差了33°。

我为什么这么说？

因为大气是很厚的，我们无权以地面1.5米的温度代表全部大气，而应当用各层大气的温度对大气质量求平均而获得的温度代表地球大气平均温度。这里的对大气质量求平均，既包括了地面气温，也包括了离地面3、5、10公里的各个高空的温度。即积分应当从地面到大气上界（全球）。

所以理论上的大气平均温度应当是一个积分，从地面到大气密度不为0的高空的气温对大气质量的积分。那么这个积分的温度是多少？其实，大家知道地面温度高，上层温度低，最简单的一个计算是以居中的500百帕（大约5.5公里）高度上的气温的平均值代表全层大气的平均值。500百帕是大气的居中位置，用它的温度代表大气温度比用地面温度公正得多。全球500百帕的平均温度是多少，据我估算是-18°。

所以我认为一种理论计算的地球温度应当是-18，它恰好与实际一致。于是余下来的问题才是这-18°是平均值，它在有的地方高于-18，而在另外的地方又低于-18°…其差别的形成原因再进一步陈述去。

地球温度应当是-18°是一个很简单的理论模型，所谓0维太阳辐射平衡模型。所以我认为这个模型不是与实际差了33°，而是简单又正确，几乎1°不差！

什么是大气温度（或者其他变量）的平均值？在我看来，很多气象人士是不清楚的（它应当用全层积分计算）。气象学也不大正面谈论这个简单问题。