Парниковый эффект
-
Парниковый эффект
- Парниковые газы в атмосфере защищают планету от потери тепла в космос.
- Нагрев поверхности происходит от внутреннего источника тепла или звезды-хозяина.
- Солнце испускает коротковолновое излучение, которое нагревает поверхность Земли.
- Поверхность Земли испускает длинноволновое излучение, которое поглощается парниковыми газами.
-
История открытия
- Существование парникового эффекта было предложено Жозефом Фурье в 1824 году.
- Клод Пуйе и Юнис Ньютон Фут подтвердили этот эффект в 1827 и 1856 годах.
- Нильс Густав Экхольм ввел термин «теплица» в 1901 году.
-
Измерение парникового эффекта
- Парниковый эффект измеряется как изменение температуры на 33 °C.
- Тепловое излучение характеризуется количеством энергии, переносимой в ваттах на квадратный метр.
- Парниковый эффект может быть выражен как доля или процент длинноволнового излучения, покидающего поверхность Земли.
-
Роль в изменении климата
- Усиление парникового эффекта связано с деятельностью человека.
- CO2 образуется в результате сжигания ископаемого топлива и других видов деятельности.
- Концентрация CO2 увеличилась с 313 частей на миллион в 1960 году до 400 частей на миллион в 2013 году.
-
Энергетический баланс и температура
- Солнце излучает коротковолновое излучение, Земля и ее атмосфера — длинноволновое.
- Атмосфера и облака отражают около 23% света, поверхность Земли — 7%.
- Земля отражает около 30% поступающего солнечного света, остальное поглощает.
- Парниковый эффект можно увидеть на графиках исходящего длинноволнового излучения.
- Углекислый газ ответственен за падение уровня исходящего излучения на 667 см−1.
- Увеличение концентрации газов увеличивает степень поглощения и выделения тепла.
-
Эффективная температура
- Мощность исходящего длинноволнового излучения соответствует эффективной температуре планеты.
- Эффективная температура Земли составляет -18 °C.
-
Выбросы с поверхности и температура
- Эффективная температура поверхности Земли составляет около 16 °C, что на 34 °C выше общей эффективной температуры Земли.
- Средняя приземная температура воздуха на 15 °C ниже эффективной температуры поверхности.
-
Поток энергии и радиационный баланс
- Поток энергии выражается в Вт/м2 и представляет собой количество джоулей энергии, проходящих через квадратный метр в секунду.
- Радиационный баланс зависит от баланса между входящим и исходящим излучением, при котором планета стремится к состоянию радиационного равновесия.
- Энергетический дисбаланс Земли (EEI) составляет около 0,7 Вт/м2, что указывает на потепление.
-
Дневной и ночной цикл
- Дневное отопление работает только в дневное время, ночью атмосфера немного охлаждается.
- Суточные изменения температуры уменьшаются с высотой в атмосфере.
-
Влияние частоты пропусков
- В нижних слоях атмосферы температура воздуха снижается с высотой.
- Вертикальный температурный градиент играет важную роль в парниковом эффекте.
-
Температура и высота выброса
- Парниковые газы делают атмосферу непроницаемой для длинноволнового излучения вблизи поверхности.
- Эффективная температура излучения и высота зависят от длины волны.
-
Парниковые газы и скорость их истечения
- Поверхность Земли излучает длинноволновое излучение, которое поглощается парниковыми газами.
- Парниковые газы вносят большую часть парникового эффекта в энергетический бюджет Земли.
-
Компоненты, поглощающие инфракрасное излучение
- Парниковые газы поглощают и испускают длинноволновое излучение в определенных диапазонах длин волн.
- Газы, содержащие два разных атома, активны в инфракрасном диапазоне и действуют как парниковые газы.
-
Радиационные эффекты
- Воздух нагревается за счет скрытого тепла, тепловых потоков и солнечного света.
- Парниковые газы охлаждают воздух, испуская больше теплового излучения, чем поглощая.
- Парниковые газы влияют на энергетический баланс верхних слоев атмосферы, уменьшая поток длинноволнового излучения в космос.
-
Эффективная температура и парниковый эффект
- Эффективная температура планеты определяется как температура, при которой абсолютно черное тело испускает такое же количество теплового излучения.
- Парниковый эффект измеряется как разница температур между эффективной температурой поверхности и общей эффективной температурой планеты.
-
Облака и аэрозоли
- Облака и аэрозоли могут как охлаждать, так и согревать атмосферу.
- Облака оказывают сильное охлаждающее действие, но их влияние варьируется в зависимости от характеристик.
-
Радиационный баланс
- Энергетический дисбаланс в верхних слоях атмосферы (TOA) указывает на превышение поступающей энергии над исходящей.
- Равновесная радиационная температура планеты определяется как температура, при которой энергетический дисбаланс равен нулю.
-
Парниковый эффект и температура
- Парниковый эффект измеряет, насколько поверхность теплее общей эффективной температуры планеты.
- Эффективная температура поверхности определяется как разница между эффективной температурой поверхности и общей эффективной температурой планеты.
-
Заблуждения и упрощенные модели
- Ошибочное представление о поверхностном бюджете: увеличение CO2 не вызывает потепление только за счет увеличения теплового излучения на поверхность.
- Упрощенные модели: воздух рассматривается как единый слой, обменивающийся излучением с землей и космосом.
- Эквивалентная высота выброса: все исходящее длинноволновое излучение рассматривается как исходящее с высоты, где температура воздуха равна общей эффективной температуре планеты.
-
Негативный парниковый эффект в Антарктиде
- В некоторых районах Антарктиды наблюдается негативный парниковый эффект.
- В местах с сильной температурной инверсией парниковый эффект может быть обращен вспять.
- Присутствие парниковых газов увеличивает скорость радиационного охлаждения космоса.
-
Парниковый эффект на Венере
- Венера обладает очень плотной атмосферой, состоящей на 97% из углекислого газа.
- Температура на поверхности Венеры достигает 735 К из-за парникового эффекта.
- Венера отражает 77% солнечного света, что делает её теплее Земли.
- Высокое давление CO2 в атмосфере Венеры способствует непрерывному поглощению.
-
Парниковый эффект на Марсе
- На Марсе в 70 раз больше углекислого газа, чем на Земле, но парниковый эффект невелик.
- Парниковый эффект невелик из-за отсутствия водяного пара и разреженности атмосферы.
- Расчеты переноса излучения точно объясняют температуру на Марсе.
-
Парниковый и антипарниковый эффект на Титане
- Титан обладает как парниковым, так и антипарниковым эффектом.
- Присутствие азота, метана и водорода способствует парниковому эффекту.
- Высокогорная дымка способствует антипарниковому эффекту.
- Конечный результат: температура поверхности Титана на 12 К выше, чем без атмосферы.
-
Влияние давления на парниковый эффект
- Общее атмосферное давление влияет на поглощение теплового излучения.
- Высокое давление увеличивает поглощение, низкое — уменьшает.
- На других планетах увеличение давления делает молекулы парниковых газов более эффективными.