简单的气候模型预测的气候变化

Question

我有一个物理/数学背景,对我来说最令人信服的证据的一个科学事实通常是一个非常简单的模型,给出了合理的结果。一个简化的模型,它可以完全理解,往往比数字更有说服力的一个复杂模型的输出。

所以我寻找一个简单的气候模型,可用于预测增加$ \ ce{二氧化碳}$浓度会导致温度的增加。例如,该模型不需要占地球的特定的地理位置:它可能只考虑太阳辐射通过大气和引人注目的一个平面,表面均匀恒定的吸收率。然后我们可以做一个能量平衡找到平衡温度的函数\ ce{二氧化碳}美元浓度。

如果我能做一个粗略的计算,翻倍\ ce{二氧化碳}美元浓度会增加地球的温度几度(只不过我希望这个数量级的证据)那么我认为那将是令人信服的证据表明气候变化值得担心。你可以说卫星数据和复杂的模型,但你不能和基本物理争论。

到目前为止,我发现唯一来源给这样的简化模型是阿伦尼乌斯,在他的1896年的论文。其实我觉得他的模型很令人信服,其预测($ \ sim5 ^ oC从翻倍增加美元\ ce{二氧化碳}$)给出了一个合理的预测。然而,他的数据吸收率的气氛(而不是)获得的早期强度的测量天空中月光下在不同的角度。虽然这是巧妙的,与现代技术我相信我们能更好的估计。江南登录网址app下载

所以我寻找一个现代化版本阿伦尼乌斯的计算,或者另一个简单的模型,令人信服地表明,增加$ \ ce{二氧化碳}$有权改变地球的温度几度。

Answer 1

这听起来像你问一个简单的气候模型,将全球视为一个同质的系统。可能感兴趣的零维能量平衡模型(见宾夕法尼亚州立大学的网站),使用一个起点,也基本上在这篇文章中所描述的:温度的函数光度和温室气体浓度

如果你解出地球的温度使用黑体近似和热平衡(反照率约为0.3),你只考虑地球的温度没有温室效应(约33°C温度比实际温度)。很难计算的影响红外辐射强迫组件(如氧气和二氧化碳)一个空的气氛,因为有许多生物地球化学/物理气候系统的非线性反馈。

然而,如果你从当前温度/浓度开始,您可以添加术语代表特定的温室气体浓度增加。这些术语经常被科学界提炼和总结维基百科的文章辐射强迫(见链接气候敏感性在页面的底部)。这是一种“信封”建模方法大多数气候科学家用来讨论过去和未来气候的影响活塞,可以非常有用当讨论预期减缓气候影响的各种排放/场景。

的辐射强迫文章在维基百科上说:

辐射强迫可以用来估计随后平衡表面温度的变化(ΔTs)引起的辐射强迫通过方程:

$ $ \ T_s = ~ \λ~ \δF $ $

其中λ是气候敏感性,通常用单位在K / (W / m²),ΔF辐射强迫。一个典型的λ值有限公司₂是0.8 K / (W / m²),给出了3 k的一倍的变暖有限公司₂前工业化时期,假设射频的有限公司₂~ 3.7)]。

需要注意的是,大多数气候敏感性参数和辐射强迫值推导关于一些时间(例如,1750 - 2011年)和温室气体反馈特定气候制度设置。修改后的辐射强迫和气候敏感性参数需要计算其他气候制度。

IPCC AR5图1.65 W / m辐射强迫组件的属性²实际增加有限公司₂浓度从1750年到2011年(~ 1.3 k温度上升,如果λ= 0.8)。

辐射强迫联合国政府间气候变化专门委员会提供的值可能会接近真实场景测试。然而,在一个完全不同的反馈机制需要不同的参数。例如,减半有限公司₂在大气中会有一个更大的绝对温度的影响比翻倍;温度增加对数为有限公司₂浓度增加。这是因为强大的公司₂吸收波段几乎是饱和的现状下,和增加有限公司₂从现状主要影响吸收带的侧翼。然而,水沉淀出来的系统很容易在低温条件下,所以有限公司₂有一个更大的迫使这些类型的气候制度的价值。

最困难的问题,测试简单的海洋气候相关场景和生物圈,这可能有无数的影响平均气候和温室气体的政权。

Answer 2

德国汉堡大学的气象研究所,提供和简单的模型“地球模拟器”(PlaSim)。

地球模拟器主要是为教育目的和个人电脑上运行。然而,它也是parallalized,可以运行在HPC集群。存在一个文档据说和源代码注释。整个源代码是开源的。Fortran编程语言。一个应该能够编译它gfortran在Linux下。

地球模拟器提供了一个GUI(编译成功后)建立da模型模拟和运行它。有代码包括后处理。因此,没有需要额外的后处理软件。如果你写出输出netCDF,这是quasi-standard气候模型的输出格式,它可能是实际的安装ncview或华丽服饰因为这些是常见netCDF观众可以直视的输出文件。

Answer 3

从地球辐射平衡温度T_e:

年代(1 -)[T_e)= 4_e²]e s Te⁴

S是太阳常数,一个行星反照率,π圆常数(3.14159…),R_e地球的半径,e发射率,斯蒂芬玻尔兹曼常数,T_e我们正在寻找的温度。求解T_e[T_e取消,S 1361.5 W m²0.294 e 1(总是作为1行星大气层的顶端)给出了Te = 255 K。

这是低于冰点,因为水在273 K结冰,显然其他东西使表面更热——温室效应。实际表面温度Ts目前约288 K。一个简单的(太简单)模型是Milne-Eddington近似:

T_年代= T_e(1 + 0.75τ)^0.25

τ是大气中长波的光学深度。这是大约1.84的现值,它给你T_年代= 317 K,太高了。这是因为这个近似未能占表面冷却通过对流和传导。

大气中温室气体越多,τ越高,越高T_年代走了。许多“semigray”近似模型部分τ(“部分”意思为每个气体)作为气体分压的函数,通常引起一些权力。加起来的泛音τ。它有助于知道目前,水蒸气占大约50%的τ,云25%,二氧化碳20%,较小的气体(CH₄阿,₃N₂O等)5%。

我希望这是足以让你开始。