为什么依赖的辐射强迫在二氧化碳浓度对数?

Question

作为一个新手在气候科学和气象我试着去了解公司的几乎对数行为₂浓度辐射强迫

$ $ F (c) = A \ cdot \ ln \压裂{c} {c_0} $ $

为什么没有“饱和”由于公司的进一步增加₂即使整个气氛已经完全吸收。

到目前为止,我学会了这层空气最有助于即将离任的辐射被放置在光学厚度,从TOA测量,大约是1。假设在一个安静的氛围这个位置是一个身高z = 2(任意单位),然后是有限公司₂加倍导致转移这一层到z = 3。

因为这更高的层通常更低的温度,更少的能量辐射是一个,因此,地球将变暖。

这是描述也在一些细节https://escholarship.mcgill.ca/downloads/db78th05j。

另一方面,其他解释,即使所引用的出版物,是基于光谱的影响,吸收带的翅膀变得更加吸收高有限公司₂浓度:

Q1:首先,我不明白为什么这最后的效果,因为有限公司₂很稀的气氛,这种效果不能由于扩大的压力。吸收更多的公司的原因是什么₂当浓度上升的翅膀?

Q2:其次,这两个效果更相关的解释观察到的日志行为?他们相关的以任何方式还是他们只是碰巧给同样的总体结果吗?

Answer 1

你的困惑,我认为,来自一个微妙的,我想我只能回答从天体物理学的角度。我们不认为“推手”而言,词汇仍外星人对我(我还没有看到一个明智的,正式defition)。但我肯定回答的相关概念。

在光学厚的大气层(即潜在功能的温室效应),我们知道分析解决方案的温度元新台币作为光学深度的函数\τ美元大约是$ T ^ 4 = T ^ 4 _0(\压裂{2}{3}+ \τ)美元,在那里T_0美元是衡量能量的光学薄的辐射场。

总光学深度\τ美元,本身就是计算一笔都不透明载体造成的物种年代美元,数密度n_s美元,透明度功能\ kappa_s美元,和光学射线路径ds美元作为$ $ \τ= \ sum_s \ int ds \ \ kappa_s n_s \。$ $这已经回答了你的问题的一部分分压依赖性:美元\τ\ propto n_s美元,无论如何生成的不透明度(我使用压力和数量密度恒定温度下互换,但一阶n_s美元而不是p_s美元确定\τ美元)。
现在collision-induced吸收,产生了广泛的洛伦兹线翅膀,生长对数在大型光学深度,取决于所有可用的碰撞,因此这是总压强发挥作用的地方,通过$ \ kappa_{二氧化碳}= \ kappa_{二氧化碳}(\ sum_s n_s)美元。在过去,二氧化碳美元的贡献可以忽略不计,但是$ \ kappa_{二氧化碳}$仍然生长对数。

所以在我的理解我们想要的东西美元\τ\ propto n_s \ *日志(f (\ sum_s n_s)) $

我还想更好地了解“迫使”对来自这些量,但它给你一个答案,为什么系统想要的温度(上面T ^ 4美元)你是困惑的依赖关系。

Answer 2

上面只是想知道关于你的语句:“因为这更高的层通常更低的温度,更少的能量辐射是一个,因此,地球将热身”。这听起来不对。首先,在任何层温度不是一个被动的变量:如果辐射(吸收和发射)是发生在更高的层面,也应该上升的温度水平。

我的理解,“温室效应”,地球变暖,因为更少的能量辐射。还有大约总辐射平衡,即。,能量辐射平衡能量吸收进来。地球作为一个整体的黑体温度仍然是相同的——让说,为了论证,这是255 k。更多的二氧化碳,上面说明,即将离任的辐射叶子从高海拔,所以255 k表面上升到一个更高的高度保持辐射平衡。然而,温度低于255 k水平或多或少地继续遵循湿绝热递减率(热带),甚至是相同的递减率之前,但现在的温度上升,温度梯度大的垂直距离,所以表面温度。(大气中不仅仅是在辐射平衡,但在radiative-convective平衡)。最简单和最的照片,这是一个典型的温度剖面从表面到同温层(即。,至少在对流层顶),简单地提一下。你必须现在扩展曲线的底部有点更高的表面温度,在平流层会变得凉爽。

因为云是好黑体(即。,IR absorbers and emitters), this also explains why more high clouds (i.e., above the ~255k level) should raise surface temperatures, while more low clouds should lower them.

这个温暖的表面温度和冷却器(低)平流层是温室效应的特征作为解释经典Manabe & Wetherald雅从1967(“热平衡的大气相对湿度与给定分布”,3 c0241: https://doi.org/10.1175/1520 - 0469 (1967) 024% TEOTAW % 3 e2.0.co; 2)- - -一篇论文可能帮助Manabe赢得诺贝尔奖几年前。