---
title: "气候能量平衡互动实验｜Sandbox Physics"
description: "外界加热不再增加，地球为什么还会继续变暖？持续不变的额外加热，仍会不断加入能量。地球要暖到向太空多散出的热足以抵消它，温度才会稳定。深海吸走部分热量，表层先升温，随后用更长时间慢慢接近最终温度。"
canonical_url: "https://sandboxphysics.com/zh/labs/climate-energy-balance/"
language: "zh-CN"
page_type: "lab"
alternate_languages:
  en: "https://sandboxphysics.com/labs/climate-energy-balance/"
last_modified: "2026-10-24"
---

D-X3 · 海洋让升温慢下来

# 气候能量平衡

**外界加热不再增加，地球为什么还会继续变暖？** 持续不变的额外加热，仍会不断加入能量。地球要暖到向太空多散出的热足以抵消它，温度才会稳定。深海吸走部分热量，表层先升温，随后用更长时间慢慢接近最终温度。

给地球一份持续不变的额外加热，看表层先暖起来，深海慢慢跟上。改变两层之间的热交换，找出最终温度为什么迟迟不到。

> 交互仿真：在浏览器中打开本页，即可调整参数并运行模型。

这个全球双箱教学模型从初始能量平衡出发，计算恒定辐射强迫突然加入后的温度变化。恢复系数取正值，表示升温后向太空散失更多能量；各类反馈合并为一个固定系数。表层和深海热容量分别为每平方米每开尔文八和一百瓦年。两层交换只转移热量，不创造能量。图上用放大的箭头表示能量流变化，用统一颜色表示各层平均温度变化。不考虑天气、空间环流、云和冰的变化、碳循环反馈及随时间变化的排放。参数与曲线是教学设定，未拟合观测，也不作为气候预测。

模拟数据

## 两层海洋，两种响应速度

从零年开始，额外加热恒定不变。移动标记对应当前回放时刻。

> 热与磁场教学模型的交互模拟图。

表层温度变化

深海温度变化

## 这个想法从哪里来

[真锅淑郎与 Wetherald 怎样算出大气会升温](https://sandboxphysics.com/zh/stories/thermal-complexity/manabe-radiative-convective/) [Hasselmann 发现海洋会记住天气](https://sandboxphysics.com/zh/stories/thermal-complexity/hasselmann-weather-climate/) [继续探索热、偶然与集体行为](https://sandboxphysics.com/zh/stories/thermal-complexity/)

物理教程

## 一小份能量差，也能慢慢暖起海洋

**背景** 地球接收阳光，又以红外辐射向太空散热。两边相等时，储存的能量不再增加。额外加热打破了这个平衡。

**为什么值得理解** 表层升温快，深海跟得慢。把两层分开看，就能明白持续不变的加热为什么会带来长时间的温度变化。

先抓重点

- **核心问题**: 最终暖多少，多久才能接近，分别由什么决定？
- **一句话直觉**: 散热响应决定最终升温，热容量与海洋交换决定等待的时间。

### 核心数学模型

#### 进入表层的热量

$$
C_s\frac{dT_s}{dt}=F-\lambda T_s-\gamma(T_s-T_d)
$$

表层得到额外加热，升温后向太空多散热，还把热传给较冷的深海。时间用年，热容量用每平方米每开尔文的瓦年。

#### 进入深海的热量

$$
C_d\frac{dT_d}{dt}=\gamma(T_s-T_d)
$$

同一份交换热量从表层离开，又进入深海。两层温度变化相等时，交换停止。

#### 整个系统的能量收支

$$
N=F-\lambda T_s=\frac{d}{dt}(C_s T_s+C_d T_d),\qquad T_{s,\infty}=F/\lambda
$$

恢复系数取正，表示升温会增加向太空散失的热。净吸热降到零，便得到最终表层温度。这个平衡极限不对应某一年的预测。

### 常见难点

#### 加热恒定，温度仍能继续上升

**容易误解** 额外加热不再增加，温度就该停止上升。

**正确理解** 温度稳定需要进入和离开的热量相等。持续不变的额外加热仍在加入能量，直到升温让散出的热足够多，新的平衡才会建立。

### 动手实验

1. 01

   #### 让深海吸走一部分热

   比较“海洋拖慢升温”和“深海不再吸热”。

   **你会看到：** 深海参与交换时，表层早期升温较少。两种情况最终会接近同样的表层温度。

2. 02

   #### 改变升温后的散热

   选“同样加热，升温更多”，再调“升温后的散热响应”。

   **你会看到：** 散热响应越弱，地球要暖得越多，才能把额外加进来的热散出去。

3. 03

   #### 把热流方向反过来

   选“给地球降温”，或把金色热源向下拖。

   **你会看到：** 表层先冷下来，深海逐渐跟上，两层之间的热流也反了方向。

物理结论

在这个固定参数模型里，深海拖慢升温，散热响应决定最终暖多少。

场、流体与物质 · 入门路径

## 从电场到电子显微镜

先看懂电场、学会操控带电粒子，再算出电子的波长，用电子束观察晶体和表面。

[从这里开始 → **看见电场** 在偶极子周围移动探针，看电场是不是总指向电势地形的下坡方向。 观察 · 8 分钟](https://sandboxphysics.com/zh/labs/electric-field/)

1. [1 看见电场](https://sandboxphysics.com/zh/labs/electric-field/)
2. [2 电荷在场中转弯](https://sandboxphysics.com/zh/labs/charged-particle/)
3. [3 电子波长与加速电压](https://sandboxphysics.com/zh/labs/electron-wavelength/)
4. [4 电子衍射与倒空间](https://sandboxphysics.com/zh/labs/electron-diffraction/)
5. [5 TEM 明场、暗场与选区衍射](https://sandboxphysics.com/zh/labs/tem-mode-selector/)
6. [6 SEM 二次电子表面形貌](https://sandboxphysics.com/zh/labs/sem-topography/)

[查看完整路径 →](https://sandboxphysics.com/zh/topics/fields-and-matter/#starter-path)