为什么在辐射平衡模型中忽略了太阳长波和地球短波辐射?

Question

在一次作业中，我被问到:

解释为什么太阳辐射在大气“长波”计算中被忽略，而地球辐射在大气“短波”计算中被忽略。

我意识到被认为是短波辐射的波长是那些小于或等于4$\mu m$的波长。我知道我们说随着波长的增加，来自地球的辐射会增加，而太阳辐射也会增加。

因此，为什么太阳的长波辐射和地球的短波辐射被忽略了?

任何解释都将不胜感激!

Answer 1

这是因为长波(LW)对应的太阳辐射的一部分可以忽略不计，短波对应的太阳辐射的一部分可以忽略不计。

你可以自己做一个实验美国宇航局的辐射计算器．通过调整地球和太阳的参数，你将得到以下不同波长的能量通量图(红线为太阳辐射光谱，蓝线为地球辐射光谱)

这个工具很酷的一点是，你可以看到实际数据(或下载它作为电子表格)，并估计在任何波长范围(曲线下的面积)之间的总能量通量。

在这种情况下，为西南辐射(0.1 - 4 $\mu m$)和LW辐射(4 - 100 $\mu m$)你会得到以下数字

太阳LW: $1.98 \乘以10^7 W m^{-2} {sr}^{-1}$
太阳SW: $1.95 \乘以10^5 W m^{-2} {sr}^{-1}$
太阳总计:$2.00 \乘以10^7 W m^{-2} {sr}^{-1}$

地球LW: $1.24 \乘以10^2 W m^{-2} {sr}^{-1}$
地球反击战》1.82美元\ * 10 ^ W m ^ {1} {2} {sr} ^ {1} $
地球总:1.23美元\ * 10 ^ 2 W m ^ {2} {sr} ^ {1} $

就百分比而言:

太阳:99.03% SW和0.97% LW

地球0.15% SW和99.85% LW

这说明了我最初的观点:LW对太阳来说可以忽略不计，SW对地球来说可以忽略不计．因此，在简单的模型中，你可以忽略太阳的LW和地球的SW。

为什么会这样呢?

原因是排放的峰值与温度成反比(根据维恩定律)，而总功率增长得更快，与温度的四次方成正比(根据斯蒂芬玻尔兹曼定律)．所以太阳更热，每平方米产生的能量更大，但大部分能量都以更短的波长传递。

注意:有趣的是，尽管可以忽略太阳LW，但它仍然比地球LW强1580倍。

Answer 2

重要的是要记住黑体近似于地球和太阳的辐射。请注意，来自太阳的长波能量辐射是多么的小，而地球的辐射是如何达到峰值的。

我推测，这个问题与地球表面被太阳短波辐射加热，地球低层大气被地球表面加热有关。这是一个普遍的误解，认为地球能感受到来自太阳的热“热”(长波)。相反，地球正在吸收短波辐射，然后将这些能量作为长波辐射重新辐射到大气中。