水蒸气产生温室效应大于潜热的时间?

Question

我和一个否认气候变化的人有争论。

他说，大气中水蒸气的上升从地面吸收了蒸发热，比额外的温室效应产生的热量造成了“更大”的冷却效应。

我说额外的温室效应与时间相结合，所以在一定的时间T(我怀疑是“很小”)之后，这些热量将补偿从地面吸收的潜热。

有人知道T的数量级吗?

注意，这个问题不是关于“正常的”水循环，即潜热在蒸发时被吸收，在凝结时被释放，而是关于(毫无争议的)对流层中水汽的全球增加。

Answer 1

这实际上在典型的特伦伯斯地球能量预算图中有所暗示:

的86.4美元\ mathrm{\压裂{W} {\, m ^ 2}} $能量从蒸发进入大气层。的340.3美元\ mathrm{\压裂{W} {\, m ^ 2}} $是整体温室效应。

绝大多数是自然温室效应是水蒸气。水循环表明，水蒸气平均在大气中停留两周(这篇文章现在建议8-9天)。从这些细节来看，这意味着我们可以认为水蒸气的温室效应大约是它移动的相变能量的四倍。因此，粗略估计，四分之一的驻留时间，平均需要2-4天时间，水分子才能将其吸收和最终凝结/沉积从地表带回大气的能量送回地球。

我可以想象，您的朋友可能对仅使用这个数字来考虑估算感到不舒服，所以也许让我们尝试另一种方法，通过隧道深入到这些数字的来源....
对于大气中稳定的水蒸气水平，水汽最终将能量从地表转移到大气的唯一主要方式是通过其产生的降水(其他水的转变往往没有水分的净变化，也没有从地面转移净能量……水蒸发后在地面再凝结没有净能量变化，同样地，水蒸气变成云，然后在那个高度再蒸发，在这个过程中没有净能量变化)。

地球上的平均日降水量是每个区域大约2毫米。蒸发能是2256 kJ/kg水。所以对于一平方米，这是$ 0.2美元\压裂{\,\ mathrm{厘米}}{\,\ mathrm{一}}\ cdot 1 \ \ mathrm {m ^ 2} \ cdot \离开(\压裂{1 \ \ mathrm {g}} {\, \ mathrm{厘米^ 3}}\)\ cdot 2256 \压裂{\ mathrm {J}} {\ mathrm {g}} \ cdot \离开(\压裂{100 \ \ mathrm{厘米}}{1 \ \ mathrm {m}} \右)^ 2 = 45120 \压裂{\ mathrm {J}} {\ mathrm {m ^ 2}} \; \ mathrm {/} \; \ mathrm{一}$ $

(第三项是水的密度$ \压裂{1 \ \ mathrm {g}} {\, \ mathrm{厘米^ 3}}$第五项对应单位)

将其转换为每秒得到瓦(乘以$ \ mathrm{\压裂{1 \天}{86400 \,sec}} $)，大约5美元\ mathrm{\压裂{W} {\, m ^ 2}} $，这与该数字的潜热值大致处于相同的价值尺度上。

在温室中通过特定的水蒸气进行再辐射需要多长时间?从某种意义上说，直接计算每个分子的能量并不容易……我们知道水的辐射特性水在波长处反射/吸收/辐射较多但这是一种累积分布，每个分子都受到其位置以及与其他分子相互作用的影响，从而决定了总量。我们可以看看温室效应大约是我们一天接收到的能量的两倍，这意味着一半的表面能量来自之前的表面辐射．.．哪个是这样的340.3美元\ mathrm{\压裂{W} {\, m ^ 2}} $温室的回报)。但不管怎样，这都回到了停留时间，这意味着它与图中给出的比率相同，86.4/340.3，所以是相同的时间。不考虑它在大气中停留的时间和水分子对大气的贡献，而是考虑整个水循环过程维护大气中水蒸气的数量来保证温室气体的持续回流，所以它只是一个连续的量相对于另一个。但如果你真的想把它看作是水蒸气产生温室效应的时间，与它的潜热传递相匹配，它看起来一定是这样的大概3天左右也就是它在大气中停留时间的四分之一，才能产生我们所看到的能量。

Answer 2

我自己也在计算这个问题。大气的递减率约为6.5K/1000m。绝热递减率为9.8K/1000，地球自然不稳定大气的干递减率甚至应该为10.8 K。因此，可以说，蒸汽从地表不断向大气输送潜热，使递减率降低了约4.3K/1000m。毫无疑问，如果没有蒸汽提供的潜热，GHE会大得多。

GHE本身是发射温度的函数，也是发射高度的函数。蒸汽增加了排放高度，这就是为什么它被认为是温室气体，实际上是最重要的温室气体。

我们需要问GHE有多大的尺寸(不是33 K，而是更少)，它在没有潜热和10.8 K的递减率的情况下有多大的尺寸，确定在这种情况下蒸汽的份额，并将其与潜热的(负)效应进行比较。水蒸气是温室气体还是反温室气体，这取决于哪个更大。从迄今为止的所有建模中，我肯定得到了后一种结果。