热惯性mixedlayer海洋
的概念热惰性也说明了考虑蓄热混合层的海洋。考虑一层不可压缩流体密度p和比热cp,由湍流混合深度h . well-mixedness意味着任何加热或冷却的假设应用于表面是整个混合层深度分布的瞬间,他的温度从而保持统一。让S (t)太阳能通量加热混合层,并假设的冷却混合层(通过红外辐射或其他方式)可以写为温度的函数,我们将称之为F (t)。例如,如果上面的大气海洋没有温室效应并没有远离热表面湍流运输,辐射冷却的冷却是F (T) = < rT4。混合层的能量平衡方程然后dtpcpHT = S (t) - F (t) (7.11)
锻炼7.4.1考虑行星与50米深海洋混合层水(cp = 4218 J /公斤,p = 1000公斤/立方米)。假设大气中由于某种原因没有影响任何表面能量预算。(为什么这种情况很难安排,即使对于一个纯粹的N2气氛吗?)因此F (T) = aT4。假设的温度极地海洋是300 k当太阳集和漫长的极夜开始。7.11情商找到一个解决方案。这种情况,并使用它来确定需要多长时间海洋降至冰点(约271 k盐水)?
我们可以定义一个热惯性系数y = pcpH海洋混合层。如果一个能量AE中添加或删除列的海洋有一个平方米的横截面,相应的温度变化是AE / y。50米海洋混合层水,y = 2.1×108 J / (m2K),这样一个能量通量的100 w / m2的表面会导致冷却速度100 / y = 4.74•10-7K / s = .04K /天。显然,一个浅层的-混合水可以缓冲相当表面通量不平衡。地球的海洋是几公里深,但是只有上几十米,混合在短时间尺度;50米实际上是一个合理的近似整个地球上混合层深度的海洋,尽管存在着地域差异。大多数其他液体会以及水储存热量。它主要是混合深度决定地球海洋的热缓冲效果。
大气也有热惯性,这可以被认为是在一个时尚类似于混合层。整个对流层是混合的质量,这通常是最大规模的大气。的摊位和大气温度曲线可以在任何方便的固定汇率水平与温度(通常是地面),我们需要确定需要多少能量改变这一指数temeprature一度k .这就是潮湿或干燥的静态能量的概念,介绍了在第二章,自己进入。为简单起见,让我们考虑一个不能凝固的气氛,在这种情况下,静态干燥能源(每单位质量)cpT + gz对流层内的高度无关。因此,通过评估其价值在z = 0,干燥的静态能量单位质量可以书面cpTsa, Tsa是近地表的空气温度。大气的单位面积上的质量是ps / g,所以所需要的能量改变表面空气温度1 k,同时保持干燥的静态能量混合在垂直只是p = cpp / g。当大气中可冷凝的组件时,需要考虑潜热存储。探索这方面的问题将被降级到工作簿本章部分。下面的讨论对于不能凝固的大气压是最有效的,但还是会约适用于可冷凝的大气层发生波动的潜热存储并没有改变太多。
方便表达p的水混合层深度的海洋,Heq将具有相同的热惯性系数。为地球大气Heq = 2.4米,混合层相比微不足道海洋的深度。因此,一个希望地球大气层进入平衡比海洋更迅速。目前6 mb火星大气二氧化碳Heq = .03m,而金星的大规模的大气Heq超过155米。火星和金星都没有缓冲季节性周期的海洋,但金星大气就可以将有相当大的缓和作用,而现在的火星应表现出或多或少像地球的每一个点是在瞬时平衡。火星早期(大约40亿年前)可能有2条二氧化碳气氛,这将转化为一个10米混合层。这是明显大于地球大气层,但仍不足以缓和作用,针对这一事实火星大约只要地球的两倍。泰坦表面大多N2气氛压力仅略超过地球,但其弱重力加速度为1.35 m / s2意味着这种压力转化为更大的大气质量每平方米的行星表面。因此,土卫六大气的当量混合层深度约24米。鉴于泰坦的低温,和由此产生的低能量损失的红外发射,这个值预计收益率非常可观的缓冲效果泰坦的季节性周期,无论是否有表面的一个液态的海洋。例如,基于典型的表面温度90 k,黑体发射的速度只会酷地球地球1 k每300天左右,如果日晒完全关闭。
锻炼7.4.2液态甲烷的比热是3450 J / K。多深将摊位和甲烷海洋泰坦上必须要有热惯性可比土卫六大气层吗?
我们现在应当考虑一些简单的解决混合层模型,记住,这个模型适用于大气和海洋,选择一个合适的当量混合层深度。在这一点上我们假设pcpH是常数,虽然模型时变混合层深度是有可能的。没有任何损失的通用性我们可能写日晒和温度在表单中
所以,在哪里的时间意味着S和T和偏差零时间的意思。现在,假设T ' < <无论什么原因;这需要不需要年代< <因为温度波动可能小的系统的响应时间慢。由于温度波动小,表面冷却可以扩展和近似线性函数:
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