3.
\ begingroup美元

作为一个气候科学和气象学的新手,我正试图理解CO几乎对数的行为2辐射强迫

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

以及为什么由于CO的进一步增加而没有“饱和”2即使整个大气已经完全吸收了。

到目前为止,我了解到对向外辐射贡献最大的空气层位于从TOA测量的光学厚度约为1的地方。假设在未受干扰的大气中这个位置的高度是z=2(任意单位),然后是CO2加倍导致这层位移到z=3左右。在这里输入图像描述

由于较高层的温度通常较低,辐射的能量较少,因此,地球将变暖。

这在中也有一些详细的描述https://escholarship.mcgill.ca/downloads/db78th05j

另一方面,其他的解释,甚至在引用的出版物中提到,都是基于光谱效应,吸收带的翅膀在更高的CO时吸收更强2浓度:在这里输入图像描述

首先,我不明白为什么最后一个效应是CO2在大气中相当稀薄,这种效应不能归因于压力展宽。吸收更多CO的原因是什么2在侧翼,当浓度上升?

Q2:其次,这两种效应中哪一种更能解释观察到的日志行为?它们之间有任何联系吗?还是它们只是碰巧给出了相同的总体结果?

\ endgroup美元
7
  • 1
    \ begingroup美元 看一下谱线等效宽度的“增长曲线”:spiff.rit.edu/classes/phys440/lectures/curve/curve.html即使在较高的光学深度,“饱和”并不意味着吸收不再增加。相反,吸收开始依赖于对数,而不是线性吸收密度,因为线核心饱和,但线多普勒翼继续贡献。单线的论点直接转化为分子线森林,这就是为什么整体二氧化碳不透明度也遵循对数行为。 \ endgroup美元 2022年11月10日15:05
  • \ begingroup美元 这真的意味着特定分子(如二氧化碳)的吸收特性取决于这些分子的密度吗?无法想象,因为300ppm的二氧化碳分子非常罕见,它们不会以任何方式相互作用。一个CO2的大部分其他分子不是CO2,而是N2、O2……所以如果因为碰撞而发生了一些变化,大多数碰撞都来自其他类型的分子——而不是二氧化碳。所以我假设它依赖于总压强,而不是二氧化碳的分压。我们谈论的是同一件事吗? \ endgroup美元
    - - - - - -MichaelW
    2022年11月10日15:31
  • 1
    \ begingroup美元 当你接近热平衡时,压力变宽/碰撞变宽对碰撞伙伴没有影响(我们这里离电离层很远)。仔细研究我链接的文件,不会花很长时间。总吸收的对数(c)依赖于任何一条线受到的激发数乘以吸收器的数量,这只是编码光学深度和分压的另一种方式。 \ endgroup美元 2022年11月10日17:45
  • 1
    \ begingroup美元 我认为这是正确的。 \ endgroup美元 2022年11月15日20:44
  • 2
    \ begingroup美元 @ atmosphericprisoner escape似乎你的评论帮助回答了这个问题;介意把它写成答案吗? \ endgroup美元
    - - - - - -hichris123
    2022年11月21日5:36

2答案2

3.
\ begingroup美元

你的困惑,我认为,来自一个微妙的地方,我想我只能从一个天体物理学家的角度来回答这个问题。我们没有从“力”的角度思考,这个词汇对我来说仍然陌生(我还没有看到一个合理的、正式的对它的挑战)。但我会用一个相关的概念来回答。

在大气的光学厚度部分(即潜在具有温室效应的部分),我们知道从分析解决方案温度元新台币作为光学深度的函数\τ美元大约是$T^4=T^4_0(\frac{2}{3} + \tau)$,在那里T_0美元是一种测量光学薄辐射场能量含量的方法。

总光学深度\τ美元,本身简单地计算为所有不透明载流子贡献物种的总和年代美元,具有数密度n_s美元,不透明度函数\ kappa_s美元,和光线路径ds美元作为$$\tau = \sum_s \int ds \, n_s \, \kappa_s。$ $这已经回答了你关于分压依赖的部分问题:美元\τ\ propto n_s美元,无论不透明度是如何产生的(我交替使用恒定温度下的压力和数字密度,但对一阶来说是这样的n_s美元而不是p_s美元确定\τ美元).
碰撞诱导吸收,产生了宽的洛伦兹线翼,在大的光学深度上以对数增长,依赖于所有可用的碰撞伙伴,因此这就是总压力发挥作用的地方,通过$\kappa_{CO2} = \kappa_{CO2}(\sum_s n_s)$.在最后的和中二氧化碳美元贡献可以忽略不计,但是$ \ kappa_{二氧化碳}$仍然呈对数增长。

所以在我的理解中,我们宁愿有一些类似的东西$\tau \propto n_s \times log(f(\sum_s n_s))$

我仍然想更好地理解“强迫”是如何从这些量中来的,但它确实给了你一个答案,为什么系统想要达到的温度(上面提到的)T ^ 4美元)具有您所困惑的依赖关系。

\ endgroup美元
    1
    \ begingroup美元

    我想知道你上面的说法:“由于这层较高层通常温度较低,辐射的能量较少,因此,地球会变暖”。这听起来不太对。首先,任何一层的温度都不是一个被动变量:如果辐射(吸收和发射)发生在更高的水平,那么该水平的温度也应该上升。

    在我看来,“温室效应”并不是指地球变暖是因为辐射的能量变少了。仍然有大约总的辐射平衡,即,辐射出去的能量平衡吸收进来的能量。作为一个整体,地球的黑体温度保持不变——为了方便讨论,我们假设它是255K。正如上图所示,随着更多的二氧化碳,辐射从更高的高度离开,因此255K的表面也上升到更高的高度以保持辐射平衡。然而,低于255K水平的温度或多或少地继续遵循潮湿绝热递减率(在热带地区),甚至与以前的递减率相同,但现在温度沿着递减率上升了更大的垂直距离,因此表面温度升高了。(大气不仅处于辐射平衡,而且处于辐射-对流平衡)。最简单和最粗糙的图像是取一个从地表到平流层的典型温度剖面(即对流层顶的最低温度),然后简单地将其升高一点。现在,你必须将曲线的底部延伸一点,达到更高的表面温度,而平流层将变得更冷。

    由于云是良好的黑体(即红外吸收器和发射器),这也解释了为什么更多的高云(即~255k水平以上)会提高表面温度,而更多的低云会降低表面温度。

    这种较高的表面温度和较低的平流层是温室效应的特征,正如Manabe和Wetherald在1967年的经典JAS论文中所解释的那样(“给定相对湿度分布的大气热平衡”)。3 c0241: https://doi.org/10.1175/1520 - 0469 (1967) 024% TEOTAW % 3 e2.0.co; 2——这篇论文可能帮助马纳部在几年前获得了诺贝尔奖。

    新的因素
    恩达O ' brien是本网站的新贡献者。注意要求对方澄清、评论和回答。查看我们的行为准则
    \ endgroup美元
    1
    • \ begingroup美元 这并没有回答问题,这更像是一种咆哮。Otoh在OP的文章中冒犯的句子应该是“再辐射”而不是辐照,这将表明OP确实理解这篇文章中概述的物理,并使它变得不必要。 \ endgroup美元 2天前

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