我读过固定砧温(FAT)假说，想知道为什么辐射冷却会随着水蒸气混合比的减少而减少。这难道不是与水蒸气作为温室气体，因为它吸收LW辐射的事实相反吗?那么它如何冷却大气呢?
致以最诚挚的问候，Jan
3答案
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让我们考虑一下由堆叠层组成的对流层。铁砧云只能在对流层的上层找到，因为对流层顶作为天然屏障，铁砧云必须在这里水平延伸(见图1)。在哈特曼，拉尔森链接如下)。让我们假设水分不能穿透对流层顶或平流层，并且含有水分的层完全吸收长波辐射(这显然是不正确的，但它有助于在这里找到重点)。这意味着来自上层的长波辐射不能被上层的水蒸气吸收。
由于包含铁砧云的这一层将吸收所有从下面的层发出的长波辐射(根据我们上面的假设)，我们可以得出结论，这一层是决定有多少辐射进入太空的最重要的一层，因此，冷却大气中。
这解释了大气层如何有助于冷却，但不能解释为什么冷却会随着水蒸气混合比的减少而减少。答案可以用大气递减率来解释。大气中的干绝热递减率约为$\Gamma_d = 10$K /公里。湿绝热递减率大约是$\Gamma_w = 6$K /公里。水汽混合比越小，其递减率越接近\ Gamma_d美元。因此，与水汽混合比高的情况相比，对流层的最上层会更冷。较冷的顶层辐射较少，因此冷却减少，因为向外的长波辐射较少。
FAT假定上层大气的温度与地表温度无关，因此会放大变暖。变化的是上层的高度——在气候变暖的情况下，对流层的垂直范围更大。
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蒸发蒸腾作用使地球表面降温。在适当的情况下，富含水分的空气可以上升到对流层，在那里冷却并最终凝结成云中的薄雾。这有助于冷却对流层，因为凝结是一个放热过程。积雨云可以到达对流层的最顶端。在这么高的海拔，温室的反辐射大大减少，使得那些非常高的云层的顶部能够向太空辐射。
当然，水蒸气是一种温室气体这一事实反驳了这一观点。它是一种寿命非常短的温室气体。在蒸发蒸腾和降雨之间，水分子在大气中平均停留8到9天。水汽的短暂性、地表与云的相互作用以及高空与低空云的不同影响，这些因素的结合仍然是更好地理解气候对上升的敏感性的关键障碍之一$ \ ce{二氧化碳}$的水平。
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别忘了云!
根据IPCC AR6 WG1第7.2.1章，云辐射效应(CRE)为冷却~ -19W/m²
为云层反射太阳辐射-47W/m²和吸收热辐射+28W/m²的净值。不要与变暖的正云反馈(αC = +0.42 W m-2°C-1)相混淆，因为在变暖的气候中，云层增多，低云量减少。https://www.ipcc.ch/report/ar6/wg1/downloads/report/IPCC_AR6_WGI_Chapter07.pdf(第935页)
你可以在这里读到人类如何通过更高的蒸发和云层覆盖来冷却地球，同时降低海平面的上升。
https://climate-protecion-hardware.webnode.page/english/
这有助于冷却对流层，因为凝结是一个放热过程。冷凝作为放热过程使对流层变暖，而不是像你所说的那样使对流层变冷。大气通过在TOA点向外的热辐射和降水冷却。
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\ begingroup美元 嗨，谢谢你的评论。但我不确定它是否回答了这个问题。更准确地说，我不明白水蒸气是如何冷却对流层的。在几篇论文中(例如，Hartmann & Larson 2002;doi.org/10.1029/2002GL015835)，冷却效应归因于LW排放，但LW排放如何通过吸收LW辐射(H2O作为温室气体)来抵消变暖? \ endgroup美元- - - - - -1月2022年6月23日14:34
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\ begingroup美元 水蒸气使大气升温和降温。作为温室气体，它的潜力是二氧化碳的3-4倍。再看一下晴空和所有天空的能量平衡图:link.springer.com/article/10.1007/s00382 - 018 - 4413 - y/figures/14在这里你可以看到流入和流出大气的LW和SW的能量量。请注意政府间气候变化专门委员会(IPCC)的声明(见上面的链接):完全没有云的大气会使地球的温度显著升高(~+4-5°C)。云中的H2O将SW辐射反射到空间(- 47w /m2) -水蒸气吸收的LW (+28W/ m2) = - 19w /m2冷却。 \ endgroup美元- - - - - -德国战车2022年6月25日17:21