气候统一理论(Nikolov & Zeller)是否与AGW/GHG理论在任何方面兼容?

Question

尼科洛夫和泽勒发表了一篇关于他们所谓的气候统一理论的论文。

https://www.omicsonline.org/open-access/New-Insights-on-the-Physical-Nature-of-the-Atmospheric-Greenhouse-Effect-Deduced-from-an-Empirical-Planetary-Temperature-Model.pdf

请阅读全文，然后回答我的问题。

就我个人而言，我看不出新理论与当前的温室气体效应和人为全球变暖理论有什么地方是兼容的，但是这个网站上有一些非常有知识的参与者，所以我欢迎他们的意见，但前提是你已经阅读了整篇论文。

Answer 1

你链接的那篇论文作为第一篇参考文献Volokin和ReLlez, 2014;一篇论述地球温室效应程度的论文。你发现的论文的有效性很大程度上取决于沃洛金和雷勒兹的声誉，所以我们会先调查这个。

沃洛金和雷勒兹的科学

确定行星“温室效应”的传统方法是将行星的实际温度与斯蒂芬-玻尔兹曼黑体温度进行比较，该黑体温度基于恒星的光度、与恒星的距离以及行星的反照率和发射率。这个计算是在Volokin和ReLlez中完成的，也可以在维基百科。

Volokin和ReLlez认为，实际的温室效应应该用剥去云层的裸露行星的反照率来测量。地球的反照率是0.294，但他们提出地球的裸反照率在0.122到0.13之间。然后他们提出一个论点，简单的反照率计算不是很准确，应该使用霍尔德不等式来整合反照率和辐射入射角在裸露行星暴露表面的影响。他们用这种新方法重新计算了斯特凡-玻尔兹曼的预期温度，然后计算出地球的实际“温室效应”更接近90k，而不是通常引用的33k。这是很重要的，因为地球温室效应的温度大小影响着全球变暖模型的气候敏感性因子。

实际上我认为这篇论文很有趣。它的数学论证的核心似乎是有效的(尽管我自己并没有试图解决其中的任何问题)然而，结论不是很好，并且与正文中的数学论证没有太大关系。虽然有一种说法认为，计算预期表面温度应该假设行星是裸露的，但作者基本上得出了这样的结论所有光秃秃的行星和观测到的地球之间的温差应该归因于温室效应。他们所提供的信息并不支持这一点。地球实际的大气层和生物圈比它们所呈现的纯粹模型要有活力得多;赤道热带雨林形成的高反照率云，以及地球上阳光最充足的地方存在的高反照率沙子，这只是导致作者理想的裸露地球和真实地球之间温差的两种与温室效应无关的影响。

虽然他们考虑了很多有趣的因素，但我认为Volokin和ReLlez对球形奶牛的估计过高。作者为一件事做了一个论证，然后做了一些巨大的跳跃，得出一个没有根据的结论。总而言之，我认为作者关于90k温室效应的结论是不成立的。

参考文献的发表

无论它的科学价值如何，这篇论文在元评价上看起来都不太好。首先，作者使用假名在一个开放获取网站上发表论文。事实上，这就是你链接的那篇论文的两位作者，只是他们的名字倒着拼写(Nikolov -> Volokin;泽勒-> ReLlez)。嗯…什么?而且，他们后来撤回论文。还有他们发表的杂志现在已经不存在了。总而言之，这并不表明这篇论文是好的科学。

回到原稿

所以你问的这篇论文(Nikolov和Zeller, 2017)是基于同一作者的一篇论文，这篇论文的结论不太好，而且通常是以一种可疑的方式发表的。这在一开始就是一个很大的污点。

这篇论文很长很详细，我承认我没有读完。但对我来说，致命的一击就在第一页:

我们开始研究的前提是，控制地球年平均近地表温度(GMAT)的过程也造成了观测到的太阳系行星温度模式。因此，我们的工作假设是，应该存在一个通用的物理模型，它使用一组共同的驱动程序准确地描述了行星的平衡gmat。

这很好，但我们已经讨论过这些作者是如何试图过度简化裸行星方法来预测预期温度的。他们使用的预测变量是恒星辐照度、黑体参考温度、温室气体分压和密度、大气压力和密度以及温室流体的参考压力。我们可以看到，作者再一次忽略了云形成的影响，以及生物圈对反照率的影响。

在方法论上，作者使用回归模型来尝试得到一些有用的结果。作为一名统计学家(不是行星科学家)，我觉得这是个糟糕的选择。复杂系统的回归分析是深入了解影响该系统的重要因素的好方法。我认为它们在预测趋势方面非常有用，但我不认为它们能提供符合物理科学标准的准确预测。

例如，我现在正在写一篇论文，使用回归分析来预测地铁网络中每个站点的地铁客流量。这是一个非常复杂的系统(就像行星大气一样)，我们的目标是得到0.2左右的误差分数。这对预测地铁客流量很有帮助，但对预测行星温度就没那么有用了。0.2的误差分数就像预测温度是300k，但实际上是360k。这还不够好。所以我只是不知道作者使用回归方法真正想要达到什么目的，尤其是在预测变量如此之少的情况下。预测变量相互作用背后的物理学是众所周知的，所以如果确定预测值与地球表面温度的相关性，则没有太多价值;这就好像他们在用回归来测试物理理论是否正确。最后，数据集太小，无法使用回归分析。他们唯一可用的数据点是我们太阳系中的行星和卫星。

结论

我写了很多，希望大家都能理解。总而言之，Nikolov和Zeller的方法中有一些有趣的地方，但我认为他们过于简化了一些事情，并且使用了一种非物理科学的适用方法来获得可疑的结论。

老实说，我认为任何人都不应该贬低他们的研究(我在评论中看到你安德鲁·乔恩·多兹)。它很有趣，当然也很新颖(从我读过的所有内容来看)。它只是没有很好的结论。这很好!大多数研究可能没有任何有用的结果。至少他们尝试了一些东西。人们似乎只是因为这些结果与普遍的气候变化共识相反而对它们感到愤怒。研究应该根据其优点(或不足)来评价，而不是根据其结论是否符合先入之见。

Answer 2

Kingledion对论文的一般科学质量作了很好的概述，但我认为标题问题还没有得到真正的答案。

气候统一理论(Nikolov & Zeller)是否与AGW/GHG理论在任何方面兼容?

是的。

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首先，我也想谈谈前一篇论文(关于无气球体的平均温度……）。它所关心的是方程$$ T_\mathrm{e} = \left(\frac{S_0\cdot(1-\alpha_\mathrm{p})}{4\cdot\epsilon\cdot\sigma}\right)^{1/4}， $$该方程源于斯蒂芬-玻尔兹曼定律the辐射平衡温度美元T_ \识别mathrm {e} $。这篇论文的主要观点是，这个温度对没有空气的物体没有任何物理意义。这是完全正确的:没有空气的物体确实没有“代表性的平均温度”，因为对某个量的函数(这里是温度的四次方)的积分与温度的函数值没有直接关系平均关于数量^__。对于像月球这样没有大气层的天体，表面温度变化非常大，热发射完全由热区域主导。

不过，这并没有真正产生任何有趣的结论，因为$T_\mathrm{e}$对气候学没有太大的兴趣。任何合适的气候模型都充分意识到局部温度变化的重要性，正如Volokin/ReLlez自己承认的那样:

应该指出的是，全球气候模式本质上解释了Hölder的不平等，因为它是三维的，并且明确地解决了球形几何背景下辐射吸收和发射(以及其他能量传输过程)的空间异质性。然而，3d模型在历史上还没有被应用于评估地球ATE (GE)的强度。因此，我们的批评严格指向有效发射温度公式(3)和其他类似的1-D辐射传输模型(例如Manabe和Möller 1961;Manabe和Strickler 1964)。

人们还可以在这里补充说，$T_\mathrm{e}$对于一颗行星来说并不是那么没有意义有大量的大气但没有温室气体，因为这里的空间温度变化不太明显，但表面与太阳/空间处于辐射平衡。我稍后再讲。

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现在你问的那张纸。它做了两件事:

• 适合没有先验物理动机的通用模型压力、密度、温室气体含量、观测温度和真空预测温度的观测值。

• 试着从合身的结果中得出新的物理结论。

Kingledion很好地讨论了这种方法在原则上是多么明智。是的，这样做是明智的只需要拟合可用的数据，如果这是你所有可用的。使用拟合模型作为指导，甚至可以有效地从这些数据进行相互推断或推断。Nikolov/Zeller强调，他们选择的模型使这种推断特别可靠。好的。

但有一个原则，任何使用统计方法的人都必须始终牢记:相关性并不意味着因果关系。Nikolov/Zeller“发现”的是，当考虑$\frac{T_s}{T_{\mathrm{na}} $作为$\frac{P}{P_r}$的函数时，您会得到一个极好的拟合，即$$ \frac{T_s}{T_{\mathrm{na}} = \exp\left(0.174205\cdot(\tfrac{P}{P_r})^{0.150263} + 1.83121\times10^{-5}\cdot(\tfrac{P}{P_r})^{1.04193}\right) $$给出了一个决定系数$R^2 = 0.9999$。哇!

这令人惊讶吗?

嗯,没有。他们在那里发现的最重要的是理想气体定律。压强和温度之间的联系非常严格。

到目前为止，一切都…好的。实际上没有什么新(只是以一种低效的方式重新发现了早已为人所知的物理学)。问题只从结论开始。

Nikolov/Zeller认为，这种极好的拟合，以及与其他量(特别是温室气体浓度)相关的相似模型的较差拟合，意味着它实际上是只有压力会影响表面温度，和温室气体无关。

但这完全是谬论!
同样，理想气体定律成立并不奇怪，相反，如果它不成立，那将是非常令人惊讶的。因此，$T_s(P/P_r)$拟合与真空中不同高度的权重下降时间的拟合相同:没有什么他们只是重申了众所周知的牛顿运动定律。

确实如此不意思是“温度只受压力影响”。恰恰相反，压力受温度的影响-如果你以某种方式降低一个给定行星的平均温度，表面压力也会下降^‡。

这两个压力和温度也取决于其他的量。尤其是温室气体浓度。但与气体定律不同的是，这种机制更复杂一些，无法正确地捕捉到^¶通过将这样一个原始模型拟合到几个测量点。相反，它需要三维气候模型，其中包含所有这些量，而且不只是在全球平均水平的意义上，而是在详细的、纬度和海拔依赖的方式上。

我说过我会回到大气密度很大但没有温室气体的情况。这样的大气将保持有限的空间和时间变化，但不会影响辐射过程，也就是说，在这种情况下，表面温度实际上与$T_\mathrm{e}$类似。这是如何与Nikolov/Zeller模型12兼容的?这个模型主要还是气体方程。这样的气氛仍然会服从它。由于绝热膨胀，上游会比地表更冷。实际上，从基础物理学的角度来看，这种情况并不是很奇特，但它说明了温室气体对地球这样的气候是绝对必要的。Volokin/ReLlez的论文只是证明了$T_\mathrm{e}$与没有大气的物体无关在所有但对于任何有关地球气候的讨论来说，这都没什么意思。

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^___{本文具体讨论了持有人不平等，这有点奇怪，因为这个不等式实际上表明是，对于幂函数，函数均值$\langle f(x)\rangle$与函数均值$f(\langle x\rangle)$的关系，即后者给出前者的上界。Hölder不等式实际上并不意味着$\ rangle f(x)\rangle$是谎言下这个上界，也可以是砰的一声;但确实有一些数量是远远低于这个数字的。}

^‡_{在这一点上，我过于简单化了。当你改变一颗行星的表面温度时，会发生很多不同的情况(即使你不是通过直接调整大气属性来做到这一点)。压降情况是指当它变得非常冷，原来的大气气体凝结在表面时所发生的情况;这与火星和土卫六有关。在其他行星体中，其他机制会介入;无论哪种情况，你都可以确定理想气体定律继续成立。}

^¶_{具有讽刺意味的是，Nikolov/Zeller的模型7实际上暗示了温室气体浓度确实与温度有关，尽管它缺乏使拟合紧密所需的数量。}

Answer 3

在物理学中，无论用哪种方法计算，都应该得到相同的结果。只要你在计算中不出错就行。

使用辐射传递方程计算温室效应，我们得到的结果非常接近观测到的结果，即使我们忽略了湍流热通量等影响，只要我们得到了正确的普朗克光学深度。这就是为什么我认为，即使没有推导，他们一定犯了一个很大的错误。

另一个原因是简单的直觉，即在光学深度大(云层厚)的行星上，无空气(短波)反照率肯定不重要，因为在表面无论如何都没有多少短波(太阳)辐射。表面主要是长波辐射(IR)，反照率接近0.0。

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