26 просмотров

Атмосфера и планетарная температура

Скалистые внутренние планеты нашей Солнечной системы различаются по размеру, атмосфере и температуре. Меркурий, самый маленький и ближайший к Солнцу, не имеет атмосферы и экстремальных температур, которые в среднем примерно соответствуют предсказаниям наших простых модель черного тела. Марс, следующий по величине и самый удаленный от Солнца, имеет очень разреженную атмосферу, состоящую в основном из CO.2 и средняя температура близка или чуть выше той, что предсказывает простая модель черного тела. Венера по размеру ближе всего к Земле, но ее атмосфера намного плотнее земной. Венера постоянно окутана облаками, которые делают невозможным наблюдение за ее поверхностью в видимом диапазоне длин волн из-за пределов атмосферы и ответственны за очень высокую температуру планеты. альбедо. В этой таблице приводится сравнение наблюдаемых и прогнозируемых температур поверхности планет и составов их атмосфер.

Предоставлено: Американское химическое общество.

В таблице представлены доказательства того, что атмосфера оказывает заметное влияние на температуру на поверхности планеты, заставляя ее быть теплее, чем предсказывает простая модель черного тела. Венера с толстой атмосферой имеет температуру поверхности примерно на 500 К выше предсказанной. Земля с более тонкой атмосферой имеет умеренное потепление на 33 К. Однако это нагревание Земли выше точки замерзания воды (273 К) имеет глубокие последствия, потому что жизнь, какой мы ее знаем, была бы невозможна на планете, где вода постоянно замерзает — Земля-снежок вместо « голубой мрамор», показанный на рисунке.

Статья в тему:  Почему люди считают парниковый эффект обманом

Тогда22/Ar состав атмосферы Земли для сухого воздуха. Над теплыми тропическими водами может быть значительный процент воды, ~ 4%, в то время как над холодным арктическим ледяным покровом этот процент очень низок.

Распространенной, но вводящей в заблуждение аналогией эффекта атмосферного потепления является теплица. Прозрачные стеклянные или пластиковые стены и крыша теплицы позволяют лучистой энергии Солнца в видимой части спектра проникать и нагревать поверхности внутри ограждения. Обогреваемые поверхности нагревают воздух внутри теплицы за счет теплопроводности и конвекции. Теплый воздух достигает холодных стен и крыши, теряет лишнюю энергию и рециркулирует к теплым поверхностям, создавая таким образом устойчивое состояние захваченного теплого воздуха, при котором поверхность почвы и растений и средняя температура воздуха выше, чем температура воздуха. температура снаружи.

Аналогия атмосферы с теплицей вводит в заблуждение. Планетарное потепление атмосферы зависит в основном от как взаимодействует инфракрасное излучение с молекулами в атмосфере называется парниковые газы, а не на попавший теплый воздух.Хотя простая модель черного тела не совсем адекватна для объяснения температуры планет с атмосферой, основная идея о том, что энергия, поглощаемая планетой, должна равняться энергии, которую она излучает, остается в силе даже с учетом эффекта потепления атмосферы. На этом рисунке показано, как сбалансирован энергетический баланс Земли с учетом эффекта потепления атмосферы из-за парниковых газов.

Теплица получила свое название потому, что в ней могут расти растения (зелень), когда на улице для них слишком холодно.

Статья в тему:  Как работает парниковый эффект на коротких волнах

Поступающая солнечная энергия, 341 Вт·м -2 , это то, что мы рассчитано на основе излучения черного тела Солнца. Отраженное излучение, 102 Вт·м -2 , показанное слева, составляет Альбедо Земли, 0,30. Из оставшейся неотраженной лучистой энергии в ближнем ультрафиолетовом, видимом и коротковолновом инфракрасном диапазоне около 30% (78 Вт·м-2 из 239 Вт·м-2) поглощается газами атмосферы (в основном O3, О2, ч2О и СО2) а также согревает атмосферу. Оставшаяся лучистая энергия, 161 Вт·м -2 , достигает поверхности и нагревает ее.

В середине диаграммы «термики» представляют собой воздух, нагретый при контакте с теплой поверхностью. Воздух расширяется и поднимается в атмосферу, где он отдает энергию более прохладным местам на больших высотах. Точно так же энергия, поглощаемая водой при ее испарении или выделении в виде газа в результате транспирации растений, переносится в атмосферу в виде газа, где она высвобождает энергию в окружающую среду, когда конденсируется с образованием облаков.

Основные участники энергетического баланса показаны в правой части диаграммы, где представлены излучение и поглощение энергии в виде инфракрасного излучения. Поверхностная радиационная эмиссия, 396 Вт·м –2 , представляет собой поток энергии, рассчитанный по уравнению Стефана-Больцмана для черного тела при температуре 288 К, наблюдаемой средней температуре поверхности Земли.Небольшая часть этой энергии теряется непосредственно в космосе, но большая часть поглощается газами и облаками в атмосфере и повторно излучается во всех направлениях, в том числе вниз к поверхности, нагревая поверхность на 333 Вт·м-2. крайняя правая часть схемы. Результатом является больший нагрев поверхности, чем только приходящая солнечная радиация.

Статья в тему:  Как создать парниковый эффект для растений

Округленные значения в верхней части рисунка показывают суммарный приходящий поток солнечной радиации, 341 Вт·м –2 , равный полному выходящему потоку, сумме отраженного коротковолнового излучения, 102 Вт·м –2 . и длинноволновое излучение 239 Вт·м –2 ,

(входящий) 341 Вт·м –2 = 102 Вт·м –2 + 239 Вт·м –2 (исходящий)

Поток уходящего инфракрасного излучения, 239 Вт·м-2, от атмосферы, облаков и небольшого количества от поверхности, по существу, равен рассчитанному по уравнению Стефана-Больцмана для черного тела при температуре 255 К, предсказанный температуры Земли при отсутствии атмосферного потепления.

Заметим, однако, что более точные значения входящего и исходящего потоков энергии не совсем уравновешиваются.

(входящий) 341,3 Вт·м–2 > 101,9 Вт·м–2 + 238,5 Вт·м–2 = 340,4 Вт·м–2 (исходящий)

Земля нагревается и единственный способ, которым это может произойти, состоит в том, чтобы приходящая энергия превышала исходящую энергию. Этот анализ показывает, что нагревающаяся планета сохраняет эквивалент 0,9 Вт·м –2 (самая нижняя часть рисунка). Чтобы узнать больше об эффекте потепления атмосферы на молекулярном уровне, см. Как работает атмосферное потепление, а чтобы узнать о последствиях добавления в атмосферу большего количества парниковых газов, см. Парниковые газы.

Рисунок взят из Тренберта, К. Э., Фасулло, Дж. Т., и Киля, Дж. Т., «Глобальный энергетический бюджет Земли». Бык. амер. Метеор. соц., 2009, 90, 311-323.Данные, используемые в анализе, включают спутниковые измерения входящей и исходящей радиации за пределы атмосферы, наземные измерения радиации, достигающей поверхности, и модели взаимодействия радиации с атмосферными частицами. Эта статья и рисунок являются обновлениями Kiehl, J.T. и Trenberth, K.E., «Earth's Annual Global Mean Energy Budget», Бык. амер. Метеор. соц., 1997, 78, 197-208.

голоса
Рейтинг статьи
Статья в тему:  Где возникает парниковый эффект на какой планете х
Ссылка на основную публикацию
0
Оставьте комментарий! Напишите, что думаете по поводу статьи.x