我们如何将斯蒂芬-玻尔兹曼方程应用于大气中CO2的辐射传热?

Question

如果我们可以使用斯特凡-玻尔兹曼方程来量化由于辐射发射而离开固体的辐射通量，并且为了正确地对固体进行量化，我们需要包括发射率项，那么为什么当考虑大气中气体CO2发射的辐射时，我们不使用SB方程利用大气气体的绝对温度和CO2的发射率?我认为，二氧化碳的辐射率大约是0.002(取决于温度/压力)。

Answer 1

我们不

CO _2的发射率

你所说的CO$_2$的低发射率并不完全正确。首先，在确定发射率时，发射的波长很重要。二氧化碳具有高吸收的特定波段(对应于高发射率)。这些波段对于气候模拟是至关重要的，因此列出一个没有指定波长的发射率数值是没有用的测量。

其次，气体的发射率不像固体表面那么简单，因为根据斯特凡-玻尔兹曼方程，固体表面对红外辐射或多或少是不透明的。因此，在计算发射或吸收时，“黑体”的表面积是重要的。然而，对于气体，红外辐射会穿透一段距离。

结果是，你需要计算气体的发射率作为其光学深度的函数。斯特利和尤里卡，1970目前的计算中，他们对二氧化碳在15美元的吸收波段(气候模型中最重要的一个)进行了这样的计算。结果表明，在20℃时，CO$_2$在光学深度为1 cm处的发射率为0.0823;光学深度为10米时为0.244;等。

谱问题

正如我上面提到的，发射光谱很重要。在CO$_2$的情况下，有一个特定的发射带对应于吸收带。这意味着CO$_2$发出的任何辐射都是在被CO$_2$的其他分子重新吸收的完美波长上发出的。

CO$_2$也不同于水蒸气，因为它仍然分散在大气中，不会形成天气。水蒸气聚集成云;这些云的排放可能很重要，因为云中排放的水蒸气比云上方(干燥的)空气中排放的要多得多。CO$_2$没有表现出这种行为，因此其排放大部分被其他CO$_2$捕获，而来自云库的黑体排放在全球范围内可能是显著的。

那些被发射到太空中并被其他CO$_2$分子严重衰减的东西，与地球表面的发射相比是微不足道的，它们通过水蒸气和CO$_2$的吸收带隙。

结论

我实际上不知道每个特定的气候模型使用了什么因素。可能有一些可以解释CO的发射率。可能是所有模型解释了它;我为这些模型做贡献已经有十多年了。然而，不管他们是否解释了这一点，它都不是驱动温度变化的重要因素，就像地球表面的辐射率一样。

Answer 2

当考虑到它在行星温度中的作用时，这并不重要。用s-b方程计算大气的平均温度，-18C(255K)和表面温度，然后你就会看到空气(不管它含有什么气体)对表面温度的影响。发射率实际上并不相关，因为发射只取决于温度。吸收不会引起发射，温度会。许多人似乎认为，排放，尤其是二氧化碳的排放，使二氧化碳更有可能成为一种变暖剂。事实并非如此。大气的平均温度为-18℃，二氧化碳的平均排放量与此相符。传热方程显示了二氧化碳如何不增加任何热量，它是一个额外的散热器，在通往太空的最终散热器的路上。

只要用斯特凡-玻尔兹曼方程和温度。太阳热量的吸收是根据黑体和地球之间的几何差异，两个体积的壳。TSI /(4/3 ^ 2)美元。由于只有一半的表面积被照射，$(1/2*TSI)/(4/3^2)=383W/m^2$或286.7开尔文。有效温度由热传递到表面和平方反比定律确定，1/4*(TSI-(1/2*TSI)/(4/3^2)) =244W/m^2$，或256开尔文。对流层顶温度,$ ((1/2 * TSI) /(4/3 ^ 2))——(1/4 * (TSI - ((1/2 * TSI) / (4/3 ^ 2))) = 138 w / m ^ 2美元或222开尔文。正如你所看到的，热量支配着一切，只要修改黑体以观察到的差异，体积的深度吸收+只有一半表面的辐照，就能得到精确的温度分布。它清楚地说明了为什么温室效应利用整个地表的平均太阳热量是一个大问题。而且，反照率也不是一个应该用于热的概念。我认为它最初来自光学，它不应该用于温度。 Emitted heat depends on temperature only.