我们如何计算大气的温度,包括温室效应?

Question

我一直在努力寻找方程表达多少度的变暖的温室气体的贡献,鉴于大气的成分(和太阳日晒)。

我找到了斯蒂芬玻尔兹曼定律,维基文章有很好的对黑体辐射方程。它演示了如何获得的价值279美元= 6°C = 43°F $普通的地球没有气氛。然后考虑到地球的反照率,有效温度计算255美元=−18°C = -0.4°F $。

然后本文主要国家真正的值没有呈现任何更多的方程或解释如何计算它。

然而,长波辐射地球表面部分,再次辐射吸收温室气体,即水蒸气、二氧化碳和甲烷。因为温室效应的辐射率(加权更在地球辐射的波长越长)降低比吸收率(加权更短的波长的太阳辐射)降低,平衡温度高于简单的黑体计算估计。实际结果,地球表面平均温度大约为288 K (15°C),这是高于255 K有效温度,甚至高于279 K温度黑体。

只有2引用,只有引用的事实,H₂啊,公司₂,CH₄是温室气体。

我一直在寻找如何计算变暖由于温室气体,但没有运气。我真的希望有人能阐明这个问题。我在找一个方程,考虑大气成分,可能地球的自转速率(或其他的身体),当然太阳日晒。

请注意我不是问气候变化计算。气候变化是更多关于大气成分改变(即温室气体增加)。我只是寻找方程决定基于一个温度鉴于/常数大气的成分。

Answer 1

人能占温室气体对地球的温度效应以以下的方式简单的能量平衡模型。

假设分数$ f $长波辐射的地球表面是被大气中的温室气体。假设地球表面的温度T_e美元温度和气氛T_a美元。来自太阳的能量应该平衡如下$ $ \π{r_e} ^ 2 F_0(1 - 1) = 4 \πr_eσ^ 2(行进)\ {T_e} ^ 4 + 4 \πr_eσ^ 2 \ {T_a} ^ 4 $ $在哪里F_0美元太阳常数(单位时间单位面积上的能量来自太阳),是地球的反照率,\σ美元是StephenBotlzmann常数和r_e美元是地球的半径。

由于黑体辐射各向同性,大气辐射的50%飞向地球的表面,剩余50%的辐射向太空旅行。同时,假设大气接收所有的能源从地球表面到长波辐射,它给下面的能量平衡方程$ $ f \σ{T_e} ^ 4σ= 2 \ {T_a} ^ 4。$ $导致$ $ T_a = T_e \离开(\压裂{f}{2} \右)^{\压裂{1}{4}}$ $

近80%的地球表面的辐射吸收温室气体(包括水蒸气)和云。替代的价值$ f $0.8和解决它T_e美元会让你你正在寻找的答案。

参考

第七章Greeenhouse效应在大气化学概论丹尼尔·雅各http://acmg.seas.harvard.edu/people/faculty/djj/book/bookchap7.html

Answer 2

的Milne-Eddington近似让你占温室气体,因为他们增加了长波光学厚度\τ美元大气中:

$ $ T_s = T_e \ cdot \离开(1 + \压裂{3}{4}\τ\右)^{\压裂{1}{4}}$ $

在哪里T_s美元表面温度,T_e美元有效温度(单从阳光和反照率)。

\τ美元从曲线可以找到适合温室气体的分压。一个温度模型的例子包括温室气体可以在这里找到:

B.P. Levenson地球表面温度与冷却参数化