![[personal profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/user.png){kind=small}
imfromjasenevo2026Пару слов про парниковый эффект. Для тех, кто знает, что такое адиабата. Пишу, поскольку многие поверили статье Городницкого, который, судя по тексту статьи, с адиабатой не дружит и вообще не понимает, как работает парниковый эффект. Это будет в текущем ТрВ, выкладываю заранее, чтобы обкатать.
Атмосферный парниковый эффект на пальцах
Если бы атмосфера земли была прозрачна для всех длин волн, то равновесие между поглощением солнечного света и тепловым излучением Земли произошло бы при средней температуре -15С (по другим оценкам -18С) – все бы замерзло. На самом деле эта величина зависит от широты, но для ориентации оценка годится. Мы точно знаем, что Земля намного теплей. Причина в парниковом эффекте. Сразу отметим, что процесс в атмосфере происходит не совсем так, как в теплицах, но название закрепилось намертво.
Для начала, предположим, что облаков нет. Тогда солнечный свет беспрепятственно достигает поверхности и нагревает ее. Поверхность излучает на других длинах волн – в основном больше 5 микрон. Но в этом диапазоне у атмосферы есть широкие спектральные интервалы низкой прозрачности из-за парниковых газов (см. рис.1). Это, прежде всего водяной пар, и углекислый газ.
Но от равновесной температуры никуда не денешься: Земля обязана излучить всю энергию, которую она получила от Солнца. И сделать это она может только при эффективной температуре, близкой к равновесной. Так это и происходит: Земля излучает при эффективной температуре минус 15С (термин «эффективная» включает в себя правильное усреднение по широте, и спектру), но не с поверхности, а из высоких слоев тропосферы, где температура как раз такого порядка. Это соответствует эффективной глубине прозрачности для инфракрасных фотонов – оттуда они беспрепятственно улетают в космос. А на поверхности температура в то же время намного выше – это нам хорошо известно, и понятно, почему это так. Если есть вертикальная конвекция, то воздух, поднимаясь, охлаждается, и температурная кривая с высотой соответствует адиабатическому закону. Если нет конвекции, то в игру вступает диффузия фотонов при поглощении и излучении. Поскольку первичный источник тепловых фотонов – поверхность земли (переводит оптический фотон в несколько инфракрасных, которые потом переизлучаются в атмосфере лишь с небольшим изменением энергии и числа), то концентрация фотонов, а следовательно и температура должна убывать снизу вверх.
Чем больше концентрация парниковых газов, тем выше должны излучаться фотоны, чтобы они могли улететь в космос, значит, тем выше должен лежать слой с эффективной температурой -15С. А соотношение температур для разных высот остается тем же. Значит, у поверхности при росте концентрации парниковых газов потеплеет.
Облачность меняет картину, она становится более сложной, равновесная температура немного падает, но парниковый эффект в целом продолжает работать, иногда даже сильней – экстремальным примером такой ситуации является Венера.
Это объяснение, конечно, содержит сильные упрощения (в частности, основные вычислительные проблемы «сидят» в усреднении по спектру), но в целом ухватывает главные эффекты. Из него, в частности ясно, что атмосферная конвекция никак не ослабляет парниковый эффект.
![[identity profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/openid.png){kind=small}
no subject
Date: 2020-01-20 10:20 am (UTC)Если цель автора - объяснить явление читателям, физики не знающим, то она не достигнута - не знаю, достижима ли вообще.
no subject
Date: 2020-01-20 10:32 am (UTC)no subject
Date: 2020-01-20 11:09 am (UTC)no subject
Date: 2020-01-20 11:44 am (UTC)Баланс - тривиален и можно дать формулу для Земли. Известно, что мощность теплового излучения будет W~T^4 (температура в кельвинах)
А баланс с учетом телесного углов и поверхности земли можно сразу записать.
Q_излучение(Т_Земли,S_Земли)=Q_поглощения(Т_Солнца,Телесный_угол_Земли)
Из этого получим, что
T_Земли=T_Cолнца*sqrt(R_Орбита/R_Cолнца)*(3/4)^(1/4)
=5700*(0.6/150)^(1/4)*(1/4)^(1/4)=255К, т.е. примерно -18С
подробности, кстати тут есть
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D1%84%D1%84%D0%B5%D0%BA%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0%BF%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%82%D1%83%D1%80%D0%B0
no subject
Date: 2020-01-20 11:54 am (UTC)no subject
Date: 2020-01-20 12:49 pm (UTC)А так парниковый эффект, конечно, известен уже тысячелетия: летом в погребе всё равно холодно.
no subject
Date: 2020-01-20 01:43 pm (UTC)Тут дело не том, что погреб, а в том, что видимо, все эти моря океаны обеспечивают нам флуктуации и скорости релаксации температуры до средних значений,но саму среднюю температуру поверхности обеспечивают законы излучения + парниковый эффект.
Я догадывался про общий баланс, но не знал почему-то до этого поста, насколько ключевой эффект - обеспечивается парниковыми газами, думал просто какая-то поправка не очень важная.
no subject
Date: 2020-01-20 02:11 pm (UTC)Механизм теплопереноса от ядра Солнца до его излучающей поверхности не имеет ничего общего с парниковым эффектом, - это внутреннее дело Солнца (кое-что мы знаем, впрочем). Но он ещё более впечатляющий, чем в случае Земли.
no subject
Date: 2020-01-20 11:44 am (UTC)что есть парниковые газы и есть ли от них хоть какой-то эффект вопрос темный, по крайней мере в первой статье где появился это термин содержаться очевидные ошибки.
no subject
Date: 2020-01-20 12:42 pm (UTC)no subject
Date: 2020-01-20 01:08 pm (UTC)no subject
Date: 2020-01-20 01:09 pm (UTC)no subject
Date: 2020-01-20 09:02 pm (UTC)no subject
Date: 2020-01-20 02:04 pm (UTC)no subject
Date: 2020-01-20 02:11 pm (UTC)ох
Date: 2020-01-20 09:14 pm (UTC)...Отсюда видно, что парниковый эффект СО2 вносит весьма сущес
ственней вклад в климат. Согласно приводимым ниже данным,
в настоящее время наблюдается рост концентрации СО2 в атмо-
сфере (приписываемый сжиганию ископаемого топлива и своду
тропических лесов). Экстраполяция этого процесса приводит к уд-
воению концентрации СО2 в период 2000—2100 гг. и к дальней-
шему возможному росту этой концентрации еще в 2—4 раза (пока
не истощатся запасы ископаемого топлива). Соответствующий
рост парникового эффекта 8TS можно оценить по следующей фор-
муле...
...Здесь только надо учесть, что вследствие эффекта Форбса оптиче-
ская толщина СО2 растет не пропорционально массе, а заметно
медленнее — согласно лабораторным измерениям, удвоение совре-
менной концентрации СО2 приводит к приросту оптической тол-
щины только на бт = 0,024, чему по формуле (*) соответствует
dT= 0.7К....
Причем дальше говорят, что уточнения модели 1977 года говорят, что рост будет серьезней...
...Гораздо более детальные оценки эффекта удвоения концентра-
ции СО2 получили С. Манабе и Р. Везеролд A975) при помощи
трехмерной (девятиуровенной, с шагом по горизонтали около
500 км)....
... Эффект удвоения концентрации
в форме разности средних зональных распределений температуры
в этих двух экспериментах показан на рис. 6.1, из которого видно,
что вследствие роста парникового эффекта тропосфера и ниж-
няя стратосфера (до высоты 18—20 км) становятся теплее на 2—
3 К (нижняя половина тропосферы в полярной области — даже на
б—9 К, среднее потепление приземного воздуха около 3 К)...
Может результаты старые и не верные, но с 70ых концентрация выросла на 20%.
Re: ох
Date: 2020-01-20 09:30 pm (UTC)no subject
Date: 2020-01-20 03:39 pm (UTC)У нас же есть перед глазами тело без атмосферы, находящееся на том же расстоянии от Солнца, что и Земля. Луна называется. У нее гораздо выше температура на дневной стороне, гораздо ниже на ночной, и средняя даже на экваторе гораздо ниже "равновесной" земной. Частично это за счет альбедо, но все-таки гораздо больший вклад, мне кажется, получается именно из-за сильного прогрева дневной стороны.
Поверхностный слой на дневной стороне прогревается до 100 градусов, а энергия теплового излучения пропорциональна четвертой степени температуры, то есть то есть дневная сторона Луны излучает в три-четыре раза больше энергии с единицы площади, чем Земля.
На Земле поверхность почти нигде не прогревается до 100 градусов из-за короткого дня, высокой теплопроводности и/или атмосферной конвекции. Поэтому и баланс получаемой и излучаемой энергии надо совсем по-другому оценивать.
no subject
Date: 2020-01-21 08:41 am (UTC)no subject
Date: 2020-01-21 12:14 pm (UTC)no subject
Date: 2020-01-21 01:03 pm (UTC)no subject
Date: 2020-01-21 01:36 pm (UTC)no subject
Date: 2020-01-21 01:44 pm (UTC)Понятно, что черный металлический лист теплоизолированный со всех сторон кроме стороны, обращенной к Солнцу, можно нагреть до почти лунной температуры.
no subject
Date: 2020-01-20 08:10 pm (UTC)Адиабатический градиент (необходимое условие конвекции) для сухого воздуха составляет 9.8 градусов на километр. Однако, примесь водяного пара уменьшает эту величину вследствие экзотермической конденсации. Для так называемой стандартной атмосферы принят градиент 6.5 градусов на километр. Типичным значением для теплого влажного воздуха считаются 4-5 градусов на километр.
Для 100% влажности при 30 градусах (температура поверхности океана на экваторе) по формуле из Вики (https://en.wikipedia.org/wiki/Lapse_rate#Moist_adiabatic_lapse_rate) у меня получилось 3.5 градуса на километр. Океаны занимают 2/3 поверхности Земли. По мере роста температуры океанов, содержание влаги в воздухе тоже будет расти, а высотный градиент падать. Ну и плюс конденсат в воздухе рассеивает солнечный свет. Атмосферная конвекция переносит влагу тоже. То есть, у нас имеется отрицательная обратная связь. Так что, всё может быть не так уж и плохо.