在家附近
当年轻的卡尔Linneaus开始了他的旅程的植物发现拉在1732年,他在乌普萨拉从家里步行离开。他没有等到他到达目的地才开始观察,但发现有趣的东西去思考所有,即使在植物在他家门口。气候也是如此。raybet雷竞技最新
充分识别和好奇的观察者,往窗外看了一眼,在树林里散步或小镇,短的在海上航行,所有关于物理的气候带来深远的问题。raybet雷竞技最新即使没有温度计,我们感觉有“热”或“温度”通过检查问题的物理和化学转换。在夏天,冰淇淋融化在离开太阳,但钢炊具不。树和草不自发地冲进火焰每天下午,和一杯水在夏天户外不沸腾。从热带地区,它常常被寒冷的足够的水在冬天结冰,但很少足够冷酒精冻结。它加热地球是什么?真的是太阳,看来直观的从温暖的感觉在一个晴朗的日子吗?在这种情况下,是什么让地球从积累越来越多的能源来自太阳的每一天,加热直到融化吗?气温骤降,为什么不寒冷寒冷的值每天晚上,当太阳下山?同样,限制多冷,在冬天怎么办?
借助一个温度计,这样的问题可以定量表示。第一,还是最熟悉,种温度计是根据特定的可再生的和可测量的温度对物质的影响——物质的膨胀原理。因为生物主要由水组成,水提供了一种自然的状态建立温标的参考。摄氏温标分裂之间的冰点温度的范围纯水和沸点海平面到100年相同的步骤,零是冰点和沸点1 100 c。
通过观察火和锻造,连古人都知道条件可能更温度比正常温度范围的经验丰富的气候。raybet雷竞技最新然而,他们可能没有真正的意识多么冷的东西。,等待提供的理论见解热力学的发展在19世纪,紧随其后的是制冷的发明由卡尔·冯·林德之后不久。近的世纪,温度足够低液化空气已经实现。这还不如温度可以低。19世纪的理论和实验进展,巩固之前猜测,有一个绝对零度的温度,分子的随机运动停止,理想气体的体积将会崩溃为零;没有温度会低于绝对零度。摄氏温标,绝对零度发生在-273.15摄氏度。大部分的热力学和辐射物理可以表达更清洁如果温度相对于绝对零度,导致制定的开氏温标,它变化的零规模的大小,同时保持度摄氏温标的一样。开氏温标,绝对零度是0度,水的冰点是在273.15 k,和水的沸点海平面在373.15 k。 Viewed on the Kelvin scale, the temperature range of Earth's climate seems quite impressively narrow. It amounts to approximately a ±10% variation about a typical temperature of 285K. A 20% variation in the Earth's temperature (as viewed on the Kelvin scale) would be quite catastrophic for life as we know it. This remark can be encapsulated in a saying: "Physics may work in degrees Kelvin, but Earth life works in degrees Celsius,"
有更多的气候比raybet雷竞技最新温度。raybet雷竞技最新气候也表现为降水(降雨和降雪)的分布和数量,以及大气风和模式海洋洋流。然而,温度会开始。在本书中我们将讨论温度相当大的长度,和风险比较少到执政的沉淀量的因素。我们不会多说什么风的模式,但他们的一些对温度分布的影响将在第九章讨论。
如果你生活在热带,你会想知道为什么冬天比夏天还热,为什么夏季/冬季温度范围值,它(例如在芝加哥30度),为什么海洋的变化通常是低(如7 c在太平洋的中间,在同一纬度,芝加哥)。如果你与朋友交流生活在北极或南极地区,和其他朋友住在赤道附近,你会开始怀疑为什么,平均而言,它比在温暖的赤道附近极地地区,以及为什么温差值它(例如赤道周围的年平均40度区别与年平均在北极)。物理的季节性周期和北极
1规模是瑞典的天文学家命名的Anders摄氏度,他在1742年最初制定类似的温标。摄氏度的规模是逆转相对于现代,把100年冰点和沸点为零。摄氏摄氏温标有时被称为,但被认为是首选项。温标现在的官方定义基于更精确的标准和明确的比水的冰点和沸点。
来赤道的温度梯度是章节中讨论7和9。如果你爬山(甚至观察的白雪覆盖的山峰的谷底在炎热的夏天),或者如果你在一个热气球上,或坐飞机时,室外温度的通知您,您会注意到,空气变冷,一个更高的高度吗?为什么这是?这是一个行星大气层的一般特性,和背后的基本物理现象将在第二章讨论。
我们周围的空气本身就是一个感兴趣的问题。我们知道它存在,因为它有一个温度,施加压力,因为它是必要的,我们呼吸以保持活着。但空气是由什么组成的,为什么它有作文吗?我们可以看到水凝结的空气,但为什么其他组件不凝结的过程中自然的天气和气候变化?raybet雷竞技最新有多少空气吗?,它与当前的作文一直都存在,随着时间的推移它或改变?如果是这样,和多快多少?
我们知道我们的星球旅行通过硬的外层空间的真空地带,披着一层薄薄的毯子的空气——我们的气氛。人们很自然地想知道我们的大气层影响地球的气候。raybet雷竞技最新月球没有风的股票同一地球的轨道,在同一距离太阳,所以可以看月亮了解地球的气候将会怎么样,如果没有气氛。raybet雷竞技最新我们知道月亮是真空,因为相当厚的大气层会弯曲光线从太阳和星星,就像对象出现流离失所时透过表面的游泳池。但如何衡量它的温度吗?
当然,人们可以有一个温度计(这终于发生),但人们变得好奇月球条件之前似乎有可能有人会到达那里。但丁本人,在Paridiso写1308年至1321年,整整一百章致力于间的学习讨论自己和比阿特丽斯关于月球的光的来源和月球表面的稳定性。19世纪中叶的时候,科学的进展,可以制定更尖锐的问题,和对答案已经开始出现。与红外线的发现威廉·赫歇尔爵士在1800年,天文学打开一个新窗口进入行星和恒星的特性。在未来的几十年,人们渐渐明白,一切物体辐射温度根据他们。这被称为黑体辐射,并将在第3章中详细讨论。红外线从月球是被查尔斯·乔治史密斯1856年,和第一次尝试使用它来估计温度是第四厄尔1870年罗斯。当时可用的工具并不胜任这一任务。兰利在1878年发明了测辐射热计,使良好的月球红外观测成为可能。然而,尽管兰利首次精确的观测月球红外线,理论是不解释观测的任务。 These issues were largely sorted out by 1913, though Langley gave up on his earlier estimates rather reluctantly. By 1913 it was pretty clear that the daytime temperature of the Moon at the point where the Sun is directly overhead is well in excess of 373K (the sea-level temperature of boiling water on Earth). Night-time temperatures were harder to determine accurately, since the红外发射从寒冷的对象是弱;然而很明显,夜间气温下降了超过140 k相对于白天的峰值。佩蒂特和尼科尔森观察月球的温度在1927年的月食,使用太。威尔逊望远镜。他们发现更显著:在几个小时的eclipse,月球温度降至342 k的观察到175 k。现代测量显示,每日平均温度在月球赤道附近大约220 k,而平均温度在85 n纬度是130 k
似乎没有一个大气或海洋,地球将受到极端日夜之间的温度波动。地球月球的“天”是28天,因为它总显示相同的脸地球;在此基础上,可以想象,日夜极端是由于更长的夜晚提供更多的时间来冷却,但快速冷却期间一个eclipse揭穿这一想法。晚上给真空快速冷却的身体,很可能地球上的夏季/冬季温差会更极端缺乏一种氛围。进一步比较极的赤道在日常平均温度梯度与地球上表明,大气中显著温和派梯度,。它是什么对大气中或海洋具有抑制日夜或夏季/冬季温度的波动?这个问题将在第7章,我们还将学习为什么夏天比冬天温暖,两极是平均比赤道冷。如何一个大气或海洋温和的北极和赤道之间的温差?我们会学到一些东西,在第9章。
在最热的月亮比地球变得太热,在最寒冷的变得更冷。但如何月球的平均温度与地球?220 k均值赤道的温度月球比观察到很冷的意思热带的温度在地球上,在300 k的顺序。如果地球的平均温度低,月亮,海洋将是坚实的结冰。月球寒冷的平均温度不会发生,因为月亮反射更多的阳光比地球;月亮看起来银色但测量显示,它实际上反映了小于地球。为什么地球,平均而言,比月亮温暖吗?这是否与我们的大气层,或者是地球变暖的情况下一些吗内部热量源,月亮缺乏?
寻找答案的这个问题让我们回到1827年,当傅里叶发表了开创性的论述地球的温度。傅里叶可以不知道任何关于月球的温度,但他知道很多关于传热,实际上很大程度上发明了主题。使用他的新理论在固体热传导,傅里叶分析的数据速率平均温度增加如下下降一个深层地球表面;他还分析了日夜的衰减或夏季/冬季温度波动深度。(傅里叶的解决方案,后一个问题将在第7章中)。基于这些分析,傅里叶认为热流从地球内部向外相比是非常微不足道的来自太阳的热量。我们很快就会看到这种情况也适用于其他岩石行星:干燥的岩石是一个很好的绝缘体,并且不让内部热量很容易。
如果地球是不断地吸收太阳能,它还必须有办法摆脱它。否则能量积累了过去很久,导致熔融,白炽灯不适宜居住行星(看到问题? ?)——显然不是这样。傅里叶似乎已经知道有很少或没有物质的空间招摇撞骗轨道的行星,所以他提出行星失去热量几乎完全通过发射的红外辐射(称为“暗热”)。他也知道“暗热”的发射率随温度增加,提供的一种手段平衡温度要实现:一颗行星会加热,直到它辐射红外能量以同样的速度,因为它收到了来自太阳的能量。最后,傅里叶是指实验表明大气中发出红外辐射的东西向下向地面,也似乎已经意识到一个事实,在大气中吸收红外线。基于这些有些粗略的观察,傅里叶推断地球大气层阻碍红外发射的空间,允许它温暖要比无气。
傅里叶的论文明确的热发射红外线不仅用于天文观测——它实际上是行星气候的行动的一部分。raybet雷竞技最新
2傅里叶也指的是加热的重要性从他所称的“温度的空间。”It is unclear whether he thought there was some substance in space that could conduct heat to the atmosphere, or whether he was referring to some invisible radiation which pervades space. His inferences regarding the importance of this factor were erroneous — the only real error in an otherwise remarkable paper.
在傅里叶红外辐射发射的时间状态的理解是不够发达,允许他完成计算。尽管如此,他正确地制定地面温度的问题之一之间达到平衡的速度吸收太阳辐射和红外发射的速度。与这个伟大的洞察力,现代研究的时代行星的温度开始了。然而,充实“细节”,要求基础物理的主要几个方面的进步。的基本原则行星能量平衡和氛围的方式增加行星温度,介绍了在第三章和第四章阐述了在前面的部分。
的很多细节需要解决的问题组件的气氛影响红外辐射的传输。1859年廷德尔发现,地球大气层的主要部件——氮气和氧气几乎透明的红外辐射。相反,他发现这是两个相对较小的成分-水蒸气和二氧化碳占大多数的红外吸收和发射地球的空气。这种气体,让太阳能通过几乎畅通,但是强烈阻碍红外辐射向外流失,被称为“温室气体”。Their warming effect on the lower portions of a planet's atmosphere, and on its surface (if it has one) is called the "greenhouse effect." The term was not coined by Fourier, and in some ways is misleading, since real greenhouses do not work by blocking infrared emission. However, the glass or plastic enclosure of a real greenhouse does warm the interior by reducing heat loss to the environment while allowing solar heating, and in that sense - viewed as a broader metaphor for the implications of energy balance - the analogy is apt. Besides CO2 and water vapor, we now know of a number of additional greenhouse gases, including CH4 (methane), which may have played a very important role on the Early Earth, and plays some role even today. In fact, it turns out that in some very dense atmospheres such as that of Titan, even nitrogen can become a greenhouse gas. What determines whether a molecule is or is not a good greenhouse gas, and how do we characterize the effects of individual gases, and thus the influence of atmospheric composition on climate? These questions will be taken up in the latter half of Chapter 4.
在思考温室气体的影响气候,raybet雷竞技最新重要的是要区分长期温室气体被慢慢地从大气中数千年或更多的时间尺度,和短暂的温室气体移除周年的时间尺度上通过冷凝或快速的化学反应。短暂的温室气体法主要是作为一个反馈机制。浓度迅速调整到其他气候的变化,为放大或抵消气候变化引起的其他因素,包括改变由于长期存在的温室气体。raybet雷竞技最新长寿的温室气体也可以参与反馈,但只有在时间尺度上的时间比他们的典型大气调整时间。温室气体是否长寿或短暂的取决于环境条件。在地球上,二氧化碳是一种长寿的温室气体但水蒸气是一个短暂的温室气体;然而,在火星上,凉了足够的二氧化碳浓缩,气体可以被认为是短暂的。
温室气体主要是无形的,但气氛还持有一个随时可见的组件,产生一个深远的影响——地球的能量平衡云。云地球上是由悬浮液滴的冷凝水,以液体的形式冰。云像水蒸气一样,作为一个短暂的温室气体影响的红外可以逃到空间。云的红外透明度通常用于气象卫星,因为这个属性让云模式从太空中可见甚至夜晚一侧的地球。但是,云影响能量平衡的另一边,因为云粒子有效地阳光反射回太空。云是单独的两个相互竞争的影响大,但部分相互抵消,所以,小错误在一个或另一项导致的净效应大错误云对气候。raybet雷竞技最新此外,云在能源预算的影响取决于所有错综复杂的物理决定粒子的大小和多少冷凝水仍然悬挂。出于这个原因,云对气候的理解构成非常严重的挑战。raybet雷竞技最新这样不仅对地球,但对于任何行星大气。云的物理基础影响两岸的辐射平衡将4和5章讨论
继续阅读:到最深的微弱的年轻太阳和地球的适居性
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