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牧师

水蒸气是如何冷却对流层的?

我读过关于固定砧温(FAT)的假设，想知道为什么辐射冷却会随着水蒸气混合比例的降低而降低。这难道不是与事实相反吗?水蒸汽是一种温室气体，因为它吸收LW辐射。那么它如何让大气降温呢?

最好的问候简

回答

让我们考虑一下由叠层组成的对流层。砧云只能在对流层的上层找到，因为对流层顶是一个天然的屏障，所以砧云必须在这里水平延伸(见图1)。哈特曼，拉尔森链接如下)。让我们假设水分没有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(这显然不是真的，但它有助于在这里到达重点)。这就意味着从上层发出的长波辐射不能被上层的水蒸气吸收。由于包含砧云的层将吸收所有来自下面层的长波辐射(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。这解释了大气层如何有助于冷却，但没有解释为什么冷却随着水蒸气混合比例的降低而降低。答案可以用大气的递减率来解释。大气干绝热递减率约为$\Gamma_d = 10$ K/km。湿绝热递减率约为$\Gamma_w = 6$ K/km。 The more the water vapor mixing ratio decreases, the closer the lapse rate will be to $\Gamma_d$. And thus the upper most layer of the troposphere will be colder compared to a situation where the water vapor mixing ratio is high. A colder top layer will radiate less and therefore cooling decreases, since there is less outgoing long wave radiation. The FAT assumes that the temperature of this upper atmospheric layer is independent of surface temperature and thus, would amplify warming. What changes is the height of the upper layer - the troposphere has a larger vertical extent in a warming climate. [Hartmann, Larson - An important constraint on tropical cloud - climate feedback][1] [1]: https://doi.org/10.1029/2002GL015835

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