气候统一理论(Nikolov & Zeller)在任何方面与AGW/GHG理论兼容吗?

Question

尼科洛夫和泽勒发表了一篇关于他们所谓的“气候统一理论”的论文。

https://www.omicsonline.org/open-access/New-Insights-on-the-Physical-Nature-of-the-Atmospheric-Greenhouse-Effect-Deduced-from-an-Empirical-Planetary-Temperature-Model.pdf

请通读全文，然后回答我的问题。

就我个人而言，我看不出新理论与目前的温室气体效应和人为全球变暖理论有什么地方是相容的，但是这个网站上有一些非常有知识的参与者，所以我欢迎他们的意见，但只有，请，如果你读过整篇论文。

Answer 1

你把链接列表作为它的第一个参考文献Volokin和ReLlez, 2014;这篇论文论述了地球温室效应的严重性。你发现的那篇论文的有效性很大程度上取决于沃洛金和雷列兹的声誉，所以我们会先调查那篇。

Volokin和ReLlez的科学

确定行星“温室效应”的传统方法是根据恒星的光度、与恒星的距离、行星的反照率和发射率，将行星的实际温度与斯蒂芬-玻尔兹曼黑体温度进行比较。这个计算是在Volokin和ReLlez中完成的，也可以在维基百科。

Volokin和ReLlez认为，实际的温室效应应该用一颗没有云层的行星的反照率来测量。地球的反照率为0.294，但他们提出地球的裸反照率在0.122到0.13之间。然后他们提出一个论点，简单的反照率计算不是很准确，应该使用霍尔德不等式来综合反照率和辐射入射角对裸露行星暴露表面的影响。用这种新方法重新计算了斯特凡-玻尔兹曼的预期温度，然后他们计算出地球的实际“温室效应”更像是90k，而不是通常引用的33k。这一点很重要，因为地球温室效应的温度幅度影响全球变暖模型的气候敏感性因子。

我觉得这篇论文很有意思。它的数学论点的核心似乎是有效的(尽管我自己并没有试图找出任何一个)，然而，结论不是很好，而且与正文中的许多数学论点没有太大的联系。虽然有一种观点认为，计算预期的表面温度应该假设一个光秃秃的星球，但作者基本上得出的结论是所有光秃秃的行星和观测到的地球之间的温差应该归因于温室效应。他们所提供的信息并不支持这一点。地球实际的大气和生物圈比它们所呈现的模型动态得多;赤道雨林形成的高反照率云，以及地球上阳光最充足的地方存在的高反照率沙，只是两个与温室无关的影响，它们解释了作者理想的裸露地球与真实地球之间的温差。

虽然他们考虑了很多有趣的因素，但我认为Volokin和ReLlez对球形牛的估计太多了。作者为一件事提出了一个论点，然后做出一些巨大的跳跃，得出一个没有证据的结论。总而言之，我不认为作者关于90k温室效应的结论是有效的。

参考文献的出版

无论它的科学价值如何，这篇论文在综合评价中看起来并不好。首先，作者使用假名在开放获取网站上发表论文。事实上，这是你链接的论文的两位作者，除了他们的名字是倒写的(Nikolov -> Volokin;Zeller -> ReLlez)。嗯…什么?而且，他们后来撤回论文。还有他们发表的杂志现在不存在了吗。总而言之，这并不表明这篇论文是好的科学。

回到原来的论文

所以你问的论文(Nikolov和Zeller, 2017)是基于同一作者的一篇论文，这篇论文的结论不是很好，而且通常是以一种阴暗的方式发表的。这在一开始就是一个很大的污点。

这篇论文很长很详细，我承认我没有全部读完。但对我来说，致命一击就在第一页:

我们开始研究的前提是，控制地球年平均近地表温度(GMAT)的过程也负责创造整个太阳系的行星温度观测模式。因此，我们的工作假设是，应该存在一个通用的物理模型，它可以使用一组共同的驱动程序准确地描述行星的平衡gmat。

这很好，但我们已经讨论了这些作者是如何试图过度简化裸行星预测预期温度的方法的。他们使用的预测变量是恒星辐照度、黑体参考温度、温室气体分压和密度、大气压力和密度以及温室流体的参考压力。我们可以看到，作者们又一次忽略了云的形成和生物圈对反照率的影响，以及其他因素。

在方法学上，作者使用回归模型试图得到一些有用的结果。作为一名统计学家(不是行星科学家)，我觉得这是一个糟糕的选择。复杂系统的回归分析是了解影响该系统的重要因素的好方法。我认为它们在预测趋势方面非常有用，但我不认为它们能够提供符合物理科学标准的准确预测。

例如，我现在正在写一篇论文，使用回归分析来预测地铁网络中每个车站的地铁客流量。这是一个非常复杂的系统(就像行星大气一样)，我们的目标是得到0.2左右的误差分数。这对预测地铁客流量很有用，但对预测地球温度就不太管用了。0.2的误差分数就像预测温度为300k，但实际上是360k。这还不够好。所以我不知道作者们到底想用回归方法完成什么，尤其是在预测变量这么少的情况下。预测变量相互作用背后的物理学是众所周知的，所以如果确定预测值与行星表面温度的相关性，并没有太多的价值;这就好像他们在用回归来测试物理是否正确。最后，数据集太小，无法使用回归分析。他们唯一可用的数据点是我们太阳系的行星和卫星。

结论

我写了很多，希望大家都能理解。总而言之，Nikolov和Zeller的方法有一些有趣的地方，但我认为他们过度简化了一些事情，并且使用了一种非物理科学适用的方法来获得可疑的结论。

老实说，我认为任何人都不应该轻视他们的研究(我在评论里看着你Andrew Jon Dodds)。这本书很有趣，当然也很新颖(从我读过的书来看)。只是没有很好的结论。这很好!大多数研究可能没有任何有用的结果。至少他们做了些尝试。人们似乎对他们很生气，只是因为他们的结果与普遍的气候变化共识相反。应该根据研究的优点(或缺点)来评价研究，而不是根据其结论是否符合先入为主的观念。

Answer 2

Kingledion对论文的总体科学质量做了一个很好的概述，但我认为标题的问题还没有得到真正的回答。

气候统一理论(Nikolov & Zeller)在任何方面与AGW/GHG理论兼容吗?

是的。

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首先，我也想评论一下前一份文件(关于无气球体的平均温度…）。它所关心的是方程$$ T_\ mathm {e} = \left(\frac{S_0\cdot(1-\alpha_\ mathm {p})}{4\cdot\epsilon\cdot\sigma}\right)^{1/4}，它来自于斯蒂芬-玻尔兹曼定律辐射平衡温度美元T_ \识别mathrm {e} $。这篇论文的主要观点是，这个温度对无空气的物体没有任何物理意义。这是完全正确的:没有空气的物体确实没有一个“有代表性的平均温度”，因为对某个量的函数的积分(这里是温度的四次方)与平均数量的^__。对于像月球这样没有大气层的天体，其表面的温度变化非常大，热辐射完全由高温区域主导。

然而，这并没有真正产生任何有趣的结论，因为无论如何，$T_\ mathm {e}$对气候学并没有太大的兴趣。正如Volokin/ReLlez自己所承认的那样，任何合适的气候模型都很清楚局部温度变化的重要性:

应该指出的是，全球气候模式本质上解释了Hölder的不平等，因为它是三维的，并且明确地解决了球面几何背景下辐射吸收和发射(以及其他能量传输过程)的空间异质性。然而，三维模型在历史上还没有被应用于评估地球ATE (GE)的强度。因此，我们的批评是严格针对有效排放温度公式(3)和其他类似的一维辐射传输模型(例如Manabe和Möller 1961;Manabe and Strickler, 1964)。

这里还可以补充一点，$T_\ mathm {e}$对于行星来说并不是那么没有意义有大量的大气，但没有温室气体，因为这里的空间温度变化不太明显，但地表与太阳/空间处于辐射平衡。我回头再讲。

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现在你问的那篇论文。它做两件事:

• 适合没有先验物理动机的一般模型压强、密度、温室气体含量的观测值以及观测温度和真空预测温度。

• 尝试从拟合结果中得出新的物理结论。

Kingledion很好地讨论了这种方法在原则上是多么明智。是的，这是明智的只需拟合现有数据即可，如果你们只有这些时间的话。使用拟合的模型作为指导，甚至可以有效地从这些数据进行内部或外推。Nikolov/Zeller强调，他们选择的模型使这种外推特别稳健。好的。

但有一个原则，任何使用统计方法的人都必须牢记在心:相关性并不意味着因果关系。Nikolov/Zeller“发现”的是，当你考虑$\frac{T_s}{T_{\mathrm{na}}}$作为$\frac{P}{P_r}$的函数时，你会得到一个奇妙的匹配，即$$ \frac{T_s}{T_{\mathrm{na}}} = \exp\left(0.174205\cdot(\tfrac{P}{P_r})^{0.150263} + 1.83121\times10^{-5}\cdot(\tfrac{P}{P_r})^{1.04193}\right) $$给出一个决定系数$R^2 = 0.9999$。哇!

这令人惊讶吗?

嗯,没有。他们在那里发现的最重要的是理想气体定律。它以一种刚性的方式将压强和温度联系起来。

到目前为止，一切都……好的。实际上没有什么新(只是以一种低效的方式重新发现了早就知道的物理学)。问题是从结论开始的。

Nikolov/Zeller认为，这种极好的拟合，以及与其他数量(特别是温室气体浓度)相关的类似模型的差得多的拟合，意味着它实际上是只有压力会影响表面温度和温室气体无关。

但这是完全错误的!
同样，理想气体定律成立并不奇怪，相反，如果它不成立，那将是非常令人惊讶的。因此，$T_s(P/P_r)$ fit告诉我们的是真空中不同高度的权重的下落时间的拟合:没有什么它们只是重申了众所周知的牛顿运动定律。

确实如此不意思是“温度只受压力的影响”。恰恰相反，压力受温度的影响-如果你以某种方式降低了给定行星的平均温度，表面压力也会下降^‡。

这两个压强和温度也取决于其他的量。值得注意的是，是的，温室气体浓度。但与气体定律不同的是，它的机理要复杂一些，不能被正确地捕捉到^¶通过将这种原始模型拟合到几个测量点上。相反，它需要3D气候学模型，其中包含所有这些量不仅从全球平均的角度来看，而且从具体的纬度和海拔角度来看。

我说我会回到大气密度很大但没有温室气体的情景。这样的大气将使空间和时间变化受到限制，但不会影响辐射过程，即在这种情况下，表面温度实际上与$T_\ mathm {e}$相似。这怎么还能和尼科洛夫/泽勒12型兼容?这个模型主要是气体方程。这样的大气仍然会服从它。由于绝热膨胀，较高的区域会比表面更冷。实际上，从基础物理学的角度来看，这种情况并不奇怪，但它说明了温室气体对地球这样的气候是绝对必要的。Volokin/ReLlez的论文只是证明了$T_\ maththrm {e}$与没有大气的天体无关在所有，但对于任何关于地球气候的讨论来说，这都没什么意思。

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^___{本文具体论述了持有人不平等这有点奇怪，因为这个不等式实际上是这么说的是，对于幂函数，函数的均值$\langle f(x)\rangle$与函数的均值$f(\langle x\rangle)$之间的关系，即后者给出了前者的上界。Hölder不等式实际上并不意味着$\ rangle f(x)\rangle$是下这个上界，也可以是正好在边界上;但是，确实有一些量是远远低于它的。}

^‡_{在这一点上，我过于简单化了。当你改变一颗行星的表面温度时，会发生很多不同的情况(即使你设法以一种不直接调整大气特性的方式做到这一点)。压力下降的情况是，当它变得很冷时，原来的大气气体凝结在表面;这与火星和土卫六等有关。在其他行星体中，其他机制会介入;无论哪种情况，你都可以确定理想气体定律仍然成立。}

^¶_{具有讽刺意味的是，Nikolov/Zeller的模型7实际上暗示了温室气体浓度确实与温度相关，即使它缺乏使其紧密匹配所需的数量。}

Answer 3

在物理学中，无论你用什么方法计算，你都应该得到相同的结果。只要你在计算中不出错。

利用辐射传递方程计算温室效应，只要得到正确的普朗克光学深度，即使忽略湍流热通量等影响，我们得到的结果与观测结果非常接近。这就是为什么我认为，即使不遵循他们的推导，他们也一定犯了一个很大的错误。

另一个原因是简单的直觉，无空气(短波)反照率在具有大光学深度(厚云层)的行星上一定不重要，因为在表面你无论如何都没有太多的短波(太阳)辐射。地表主要是长波辐射(IR)，其反照率接近0.0。

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