OLR AaT好AaLR4494
~ ypV (ln (p * J \ f20gsJKo) \ 4 v;
p *的定义是和之前的订单统一常数取决于L / R考试的g依赖计算Kombayashi-Ingersoll限制在图4.37显示范围1 m / s2 < g < 100 / s2,数值计算可以适合几乎完全依赖这个公式如果我们采取一个“= .7344 ko = .055(假设po = 104 pa)。虽然吸收的压力依赖性导致限制OLR变化更慢比是常数k的情况下与g,真实气体的限制情况否则行为非常像一个等价的灰色的气体ko = .055。这是一个令人惊讶的结果,真实气体吸收光谱的复杂性。相当于吸收是类似描述2500 cm - 1连续表明限制OLR的控制主要是通过这个连续体。因此,这个连续体的行为是至关重要的失控的温室现象(见问题? ?)它不能排除其他连续可能影响OLR的温度提高到非常高的温度。例如,总黑体辐射波数大于5000 cm - 1仅1.14 w / m2在500 k,所以吸收属性是什么并不重要的光谱在500 k或冷却器。然而,当温度600 k的短波发射雷亚尔是15 w / m2的短波吸收开始;由
320 300
πeR 280
260 240
260 280 300 320 340 360 380 400表面温度(K)
图4.38:4.37无花果。但对水蒸汽的混合物在氮气饱和湿润绝热线。表面重力的计算进行了20米/ s2,表示值的氮气分压在地上。
时间T达到700 k的短波黑体发射106 w / m2,短波发射是潜在的重要属性。另一方面,在这样的温度有这么多大气中水蒸气,一个非常微弱的吸收足以消除OLR的贡献。
锻炼4.6.1验证短波黑体发射数字给定前款规定通过使用数值求积应用于普朗克函数。
4.6.2计算Kombayashi-Ingersoll极限运动水蒸气在火星上,g = 3.71米/ s2。计算泰坦的限制,g = 1.35米/ s2,和欧罗巴g = 1.31米/ s2。
现在让我们归纳计算,并引入不能凝固的背景气体红外是透明的;我们使用氮气在这个例子中,尽管结果是几乎相同的如果我们使用其他双原子分子。背景气体影响Kombayashi-Ingersol限制在两个方面:第一,扩大吸收增加的压力,这将降低极限。其次,背景气体转变递减率干绝热线,这比单组分饱和绝热线更陡峭。原则上递减率的增加可以提高温室效应,但是考虑到可冷凝的水蒸气的本质,实际上降低了温室效应,因为低温高空大幅减少水蒸气。如果背景气体本身一种温室气体,这种效应可能上演,而不同。在足够高的温度下,水蒸气将主导背景气体的限制OLR高温水蒸气将接近纯限制如图4.37所示。然而,对于中间温度,背景气体可以修改OLR曲线的形状。
结果不同数量的N2图4.38所示。像预期的那样。,在大温度限制OLR渐近线的值纯水蒸气气氛。尤其明显可以看到这种情况只有100 mb的N2气氛;N2,前一个已经去高温水蒸气完全主宰了OLR,但是
260 280 300 320 340 360 380 400表面温度(K)
图4.38:4.37无花果。但对水蒸汽的混合物在氮气饱和湿润绝热线。表面重力的计算进行了20米/ s2,表示值的氮气分压在地上。
趋势是明确的。一个非常重要的质变与纯水蒸汽情况是二元混合物的OLR曲线显示了不同的中间温度的最大值。这最大是因为外国扩大水蒸气吸收功能相对较弱,而不能凝固的背景气体的存在将趋于陡峭的递减率和减少水蒸气在空中。隆起的曲线意味着多个equlibria对于给定的表面温度的展品吸收太阳辐射。例如,使用100 mb的N2,如果吸收太阳辐射是320 w / m2有一个很酷的均衡与Tg = 288 k和热均衡与Tg = 360 k。后者是一种不稳定的平衡;取代酷方向的温度会导致水蒸气凝结和OLR减少,气候进一步冷却,直到系统分为凉爽的平衡。raybet雷竞技最新相反,取代温度稍微温暖的热的平衡将导致气候进入失控状态。raybet雷竞技最新这些大气参数,地球处于亚稳失控的状态。凉爽的气raybet雷竞技最新候将会持续non-runaway状态,除非一些瞬态事件使地球变暖的足够踢到失控的政权。只有当吸收太阳辐射增加到最大OLR的峰值(328 W / m2)失控变得不可避免。以备将来之用,我们将注意计算g = 10 m / s2和1块N2的OLR峰值为310 W / m2 Tg = 325 k,而相同的情况下重力和3块N2同样有一个峰值在310 W / m2但峰值的位置转移到360 k。对应的参数略低表面重力金星的不同从这些数字。 Both cases asymptote to the OLR for pure water vapor when the temperature is made much larger than the temperature at which the peak OLR occurs.
•失控的温室地球上:现在吸收太阳辐射(调整后净云影响)265 W / m2,地球目前远低于Kombayashi -英格索尔限制行星地球的重力。根据情商。1.1,太阳光度继续增加,地球将通过291 W / m2阈值,一个失控的在7亿年成为可能。在17亿年,它将通过310 w / m2阈值,一个失控的成为不可避免的与1酒吧氛围N2和温室气体排放水蒸气。
•金星:目前的高反照率的金星是由于硫酸云少,几乎肯定会缺席干燥的空气。如果我们假设一个类似地球反照率为30%,那么太阳系的早期历史上,吸收太阳辐射的金星将327 W / m2。这是刚刚超过310 w / m2的强制性失控的阈值一颗行星金星的表面重力,假设一个酒吧或两个大气中的N2和水蒸气以外的温室气体。因此,(云、半饱和被忽视的影响高反照率表面)可以让金星存在在炎热,潮湿的但是non-runaway状态与液体海洋。上层大气的水汽含量高还是会允许一个增强photo-dissociation和逃避的水空间。如果金星的确开始与海洋生活,然而,它是合理的,最终死于失控的状态,因为当前太阳常数的吸收太阳辐射没有硫酸云457 w / m2,远超过失控的阈值。
•格利泽581 c:现在我们可以改善我们的太阳系外行星早期估计的条件Gliese 581 c,具有吸收太阳辐射的583 W / m2假设岩石表面。这个通量远远高于阈值的334 w / m2强制性失控的行星与地球表面引力的两倍,即使2 N2的酒吧氛围。因此,如果格利泽581 c过海洋很可能已经处于失控状态;如果地球的组成包括大量的碳酸盐岩内部,随后脱气可能是把它变成了一颗行星,而像金星。然而,它仍然是评估的影响增加大气吸收由于大比例的红外M-dwarf恒星的输出。
•蒸发的冰在类似地球轨道卫星:有人建议,冰冷的卫星欧罗巴和土卫六可能成为宜居如果主机行星在轨道意味着太阳辐射与地球相似。低Kombayashi-Ingersoll限制较低的身体表面重力将严重限制这种可能性,然而。与反照率的冰,雪球等身体可能存在类似地球轨道,但如果表面融化,或未能冻结在上班的地方,相对应的吸收太阳辐射反射率20%是274 W / m2 -嗯失控的阈值以上的232 W / m2的身体表面重力1 m / s2。小冰卫星与地球相似轨道因此可能蒸发掉,除非他们被锁在雪球的状态。
撞击后才•一生的蒸汽气氛:假设在早期轰炸阶段后期,足够的小行星和彗星撞击地球蒸发10条价值的海洋,给地球大气10条组成的本质上是纯粹的水蒸气(表面温度超过440 k,据克劳修斯——克拉珀龙方程)。需要多长时间为蒸汽大气降雨和温度恢复正常吗?这个问题,我们假设大气仍然饱和当它冷却,并失去热量由Kombayashi-Ingersoll maximunm的速度限制为地球;我们还需要减去吸收太阳辐射的热量损失。早期地球环境的净热量损失约100 w / m2。另一方面,每平方米的潜热的地球表面与表面压力蒸汽气氛有限合伙人/ g ps,或2.5×1011 J / m2为规定的大气。删除这能量的速度100 w / m2需要2.5×109年代,或80年。降雨率在这段时间将是温暖而温柔:3.5 (kg / m2) /天,或仅3.5毫米/天的基础上水的密度1000公斤/立方米。这是平均降雨率受到辐射冷却的速率,但很可能在地方当地的降雨率数量级,由于提升和凝聚在风暴和其他大规模大气发行量。
•定额出局岩浆海洋的时间:在第一章,我们介绍了定额出局的问题早期地球的岩浆海洋的时候,估计时间假设一个透明的气氛问题? ?。需要多长时间的岩浆海洋冻结是否足够水份,是这个星球上大气是由本质上是纯粹的水蒸气饱和?一样的时间估计问题? ?除了热损失的速度再次被Kombayashi-Ingersoll限制给予最大的OLR之间的差异,吸收太阳能。早期的地球这将是约100 w / m2,远小于大气透明情况下,能量损失的近100000 w / m2基于< rT4熔融岩浆的温度2000 k。因此,定额出局时间(使用相同的假设问题? ?)增加到350万岁。
后两个估计的思路引入的诺曼睡眠斯坦福大学
大学,再次说明大想法来自简单模型的原则。
撞击后才锻炼4.6.3估计的生命周期的纯水蒸汽火星大气假设地球吸收太阳辐射的90 w / m2,单位表面积。估计降水率,在毫米每天液态水。
P4 J
图4.39:定性影响noncondensible温室气体的OLR的形状曲线。上面的曲线给出了OLR的大气组成的混合物饱和可冷凝的温室气体不能凝固的透明背景气体,在N2 / H2O案例图4.38所示,而较低的曲线展示了这些行为将机会如果大量noncondensible温室气体增加。中间曲线给出了单组份的OLR饱和大气的温室气体在图4.37。
表面温度
图4.39:定性影响noncondensible温室气体的OLR的形状曲线。上面的曲线给出了OLR的大气组成的混合物饱和可冷凝的温室气体不能凝固的透明背景气体,在N2 / H2O案例图4.38所示,而较低的曲线展示了这些行为将机会如果大量noncondensible温室气体增加。中间曲线给出了单组份的OLR饱和大气的温室气体在图4.37。
上述结果推测饱和,可冷凝的温室气体是唯一的温室气体在大气中。如果大气中还包含一个nonconden-sible温室气体,其总质量保持固定的表面temeprature增加?与地球相似或Venuslike条件,例如,一个通常需要考虑大气组成的混合物可冷凝的水蒸气的饱和,不能凝固的二氧化碳,或许一个透明的不能凝固的背景气体如氮气。可以增加二氧化碳在这种情况下引发失控的温室水蒸气独处时不支持失控?我们不会追求详细辐射计算这类,但一些简单的定性推理、总结了素描在图4.39中,可以在地图上标出的一般行为。基本观点是,在足够高的温度下,大气是完全由可冷凝的组件,其质量与温度呈指数增长。因此,Kombayashi-Ingersoll限制将受noncondensible温室气体的影响。然而,随着越来越多的noncondensible温室气体被添加到大气中,一个人必须去更高温度接近限制OLR之前。在较低温度中,添加大量的不能凝固的温室气体带来的OLR Kombayashi-Ingersoll极限以下。是否这触发一个失控的取决于情况的细节。 If the OLR curve without the noncondensible greenhouse gas is essentially monotonic in temperature, as in the one-component cases in Fig. 4.37, then the addition of the noncondensible greenhouse gas warms the planet, but does not trigger a runaway if the absorbed solar radiation is below the Kombayashi-Ingersoll limit. However, in a case like Fig 4.38, in which the OLR curve overshoots the limit and has a maximum, the addition of the noncondensible can eliminate the hump in the curve, eliminating the stable non-runaway state and forcing the system into a runaway. In the sketch, this situation is illustrated by the absorbed solar radiation line labeled "A". In that case, the addition of the noncondensing gas can indeed force the system into a runaway state. On the other hand, if the absorbed solar radiation is below the Kombayashi-Ingersoll limit, as in the line labeled "B", then the addition of the noncondensible greenhouse gas warms the equilibrium but does not trigger a runaway.
失控的温室和Kombayashi-Ingersoll极限的概念推广到气体以外的水蒸气。例如,考虑一个星球的水库表面压缩二氧化碳,二氧化碳冰川可能采取的形式或海洋二氧化碳,地球的温度。具体来说,如果表面温度高于216.5 k的三相点可冷凝的水库的af海洋二氧化碳;否则需要干燥的形式-冰冰川。如果大气处于平衡状态表面水库此外没有其他气体的二氧化碳从表面蒸发,然后可以使用自制程序代码来计算辐射的单组份绝热线的OLR曲线饱和CO2气氛,类似于水蒸气的结果显示在图4.37。结果,对各种表面重力,图4.40所示。一般的行为非常类似于我们看到水蒸气,但整个系统运行在一个较低的温度和OLR达到极限值在更低的温度比水蒸气。
表单上的二氧化碳失控的强加一些有趣的限制二氧化碳在火星上可能存在,不论是过去还是现在。火星表面重力,Kombayashi-Ingersoll限制二氧化碳有点超过63 w / m2。结果,当吸收太阳辐射超过这个值,一个永久的储层的压缩二氧化碳不能存在于地球的表面;它将升华或蒸发到大气中,并继续地球变暖,直到所有浓缩水库已经转化为气态。目前,全球平均太阳能吸收大约是110 W / m2,所以地球是远高于二氧化碳的失控的阈值。从这一点来看,我们可以得出这样的结论:火星上不能有明显的永久性水库的压缩二氧化碳交换与大气。但是请注意,这并不排除临时表面积聚的二氧化碳雪。这种存款可以形成冬天两极附近,但升华到大气中春天的方法。这种情况可以被认为是起源于这样一个事实:冬天极附近的地方吸收太阳辐射低于Kombayashi-Ingersoll限制二氧化碳。当地的推理适用,因为现在的火星的大气薄不能有效地传输热量从夏季半球。
即使没有反照率由于厚二氧化碳气氛,火星早期会有吸收太阳辐射的只有77 w / m2。这仍是有点Kombayashi-Ingersoll限额以上纯二氧化碳气氛,但允许大气的散射效应,也许还在大气中氮的影响,早期火星很可能持续永久二氧化碳冰川,足够供应的二氧化碳。因为地球是如此接近阈值,更详细的计算——可能涉及考虑大气的热量传输,需要解决的问题。
一个同样可以计算甲烷Kombayashi-Ingersoll限制,使用连续吸收属性描述4.4.8节。这个计算将决定身体能否有一个永久的甲烷海洋,沼泽或冰川的表面。
任何气体变得可冷凝的在足够低的温度或高压力,它实际上是Kombayashi-Ingersoll限制决定是否稳定温室气体脱气室内的地球大气中积累,或积累大量浓缩水库(可能是冰川或海洋)8。在后一种情况下,额外的脱气进入浓缩的水库,和留在大气中挥发性组分的气相中的是由地球的温度决定的。浓缩水库可以形成只有在吸收太阳辐射低于Kombayashi-Ingersoll气体的限制问题,甚至只有可用挥发物的总质量是足以让大气饱和的状态。作为后者约束的一个例子,让我们假设火星是一个
8还有其他地方可以排除大气可以;水可以进入矿物的水化,二氧化碳可以绑定为碳酸盐岩。
表面压力(酒吧)
表面压力(酒吧)
表面温度(K)
图4.40:OLR vs表面温度的饱和纯二氧化碳气氛。计算的值进行表面重力表示在每个曲线。顶部的规模给相对应的表面压力温度较低的规模。
表面温度(K)
图4.40:OLR vs表面温度的饱和纯二氧化碳气氛。计算的值进行表面重力表示在每个曲线。顶部的规模给相对应的表面压力温度较低的规模。
更遥远的轨道,吸收太阳辐射只有40 w / m2。然后,根据图4.40,平衡表面温度165 k在饱和,和相应的表面压力是5600 Pa。为了达到这个表面压力需要除气5600 / g或1509公斤的二氧化碳每平方米的地球表面。在地球上,可以排除水蒸气聚集在一个海洋,因为地球是水蒸气Kombayashi-Ingersoll以下限制。与目前太阳能光度金星(没有云)远高于极限,所以任何可以排除大气中的水蒸气会积累(除了泄漏空间)。二氧化碳,地球,火星和金星都高于Kombayashi-Ingersoll限制,所以可以排除二氧化碳在大气中积累(除了任何变得沉迷于矿物形式)。即使你拿走的水允许二氧化碳被绑定为碳酸盐岩,地球不会开发海洋二氧化碳;它将成为一个热的金星例如行星相反,浓密的大气二氧化碳。
在离别时,我们必须提及的两个严重限制我们的讨论失控的温室现象。首先,在计算Kombayashi-Ingersoll限制,假设大气饱和可冷凝的温室气体。然而,真正的大气可以大幅欠饱和,虽然动态确定欠饱和的程度是错综复杂的,难以捕捉的简化模型。欠饱和可能筹集所需的阈值太阳辐射引发失控的状态。第二个限制是晴空的计算进行了条件。云通过短波反照率,产生一个冷却的影响,变暖的影响通过他们影响OLR,再平衡是很难确定的任何理想化的计算。云是否有失控的温室的抑制作用是剩下的许多重大问题之一。
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