有一个简单的模型之间的交互温室气体和红外辐射吗?

Question

我想(在最简单的模型),地球发出的N美元单位时间内光子,一些比例$ p $达到温室气体粒子,并将重新发射回地球的概率$ 0.5美元。因此温室气体粒子越多,大$ p $会,地球会更热。

对于一个改进的模型,我想大气的行为更像是一个连续介质的光子在粒子之间跳跃和加热。在这种情况下,有一个简单的类比或1维微分方程模型(如热流通过媒介)?并通过材料热扩散行为以类似的方式作为辐射通过大气中传播?

我感兴趣的是简单、容易理解,大致准确的模型对于了解温室气体。

Answer 1

我的回答是“简单、容易理解,大致准确的模型理解温室气体”。这是相同的模型用于评论你的问题。

最基本的模型,了解温室效应是基于辐射平衡。传入的太阳辐射是由外向(长波)辐射平衡。规定的能源:在大时间尺度即将离任的能量必须等于输入的能量。

单位广场面对太阳大气顶部的接收S_0 \大约1360美元$ {W} \ \文本文本{m} ^ {2} $,S_0美元是太阳常数。该地区受到太阳辐射是地球半径的圆盘r美元。因此,能源/时间地球接收E_I = S_0 \πr ^ 2美元。辐射反射(见的一小部分反照率收益率),$ E_I = S_0(1 -α)\ \πr ^ 2美元,\α美元反照率。地球反照率大约是\α= 0.3美元。

如果我们考虑地球是一个黑体我们可以使用没有气氛斯蒂芬玻尔兹曼定律估计即将离任的辐射能量$ E_O = \σT_s ^ 4 \ 4πr ^ 2美元,斯蒂芬玻尔兹曼常数美元\σ= 5.67 \ times10 ^ {8} $$ {W} \ \文本文本{m} ^{2} \文本{K} ^ {4} $和地球表面温度T_s美元。即将离任的辐射的因素4是因为我们需要考虑地球整个表面(我给一个解释为什么这是一个合理的假设)。

因为能源需求平衡我们可以等同E_I = E_O美元和解决T_s美元这将产生我们有关温室效应的严重程度。

{方程}T_s = \ \开始离开(\压裂{S_0(1 -α)\}{4σ\}\右)^{\压裂{1}{4}}\大约255 \ \文字{K} \大约-18°C{} \ \文本结束{方程}

我们观察到,估计温度比地球平均气温很冷,这是{C} $ $ 15°\文本或288.15美元\ \文本{K} $。这对应于一个大约的温室效应美元\σ(288 ^ 4 \文本{K} ^ 4 - 255 ^ 4 \文本{K} ^ 4) \大约150 \ \文字{Wm} ^ {2} $。这是地球的能量/时间/单位平方接收,因为气氛。

我们可以改进模型通过添加大气层问题,然而我认为这抓住了本质。