Gleichungen für das Zwei-Ebenen-Modell des Treibhauseffekts

Ich versuche, dieses „Spielzeugmodell“ des Treibhauseffekts zu verstehen.

http://www.realclimate.org/index.php/archives/2007/04/learning-from-a-simple-model

Das Modell sagt die Oberflächentemperatur der Erde unter Berücksichtigung der Sonnenlichtintensität und des Emissionsvermögens der Atmosphäre voraus. λ . Dazu verwenden sie ein Zwei-Energien-Modell des Lichts. Es gibt Kurzwellenstrahlung von der Sonne und Wärmestrahlung von terrestrischen Quellen. So definieren sie S , die Strahlungsintensität der Sonne, ermöglicht es der Atmosphäre, etwas kurzwelliges Licht zurück in den Weltraum zu reflektieren, aber das Modell lässt nicht zu, dass die Atmosphäre kurzwelliges Licht absorbiert, was bedeutet, dass alle S macht es zu Boden. Dann wird der Boden als schwarzer Körper behandelt. Daraus folgt logischerweise, dass es Strahlung von Intensität aussendet G nach oben, davon λ G wird von der Atmosphäre absorbiert. Atmosphäre emittiert 1 / 2 λ G zurück an die Oberfläche, weil es auch ein schwarzer Körper ist.

Was ich nicht verstehe, ist die Komplexität, auf die sie sich zu berufen scheinen, um Gleichungen zu schreiben, die dies beschreiben. Sie verwenden Gleichungen für Oberfläche, Atmosphäre und Planeten.

S + λ A = G
λ G = 2 λ A
S = λ A + ( 1 − λ ) G

Das sind 3 Gleichungen, aber gibt es nicht nur 2 Unbekannte?

Meine Frage: Wie ziehen Sie die notwendigen Systemgrenzen, um für dieses System einen Abschluss zu erhalten? Gibt es auch eine Anforderung an die Temperatur der Atmosphäre? Ich denke, die Quelle argumentierte, dass es kalt sein muss, damit es Isoliereigenschaften hat, aber ich glaube nicht, dass sich das in der Mathematik widerspiegelt, da wir (Einstrahlung) = (Ausstrahlung) benötigen. Das scheint zu implizieren, dass die Temperatur der Atmosphäre willkürlich ist.

Strahlung der Sonne wird in diesem Bereich üblicherweise als kurzwellige Strahlung oder Sonnenstrahlung bezeichnet , nicht als thermische , die nur für terrestrische Strahlung verwendet wird .
@gerrit Okay, nun, ich habe es so bearbeitet, dass ich nicht zwischen den Begriffen hin und her blättere, aber ob wir es thermisch nennen oder nicht, ich verstehe, dass die Strahlung von der Sonne thermisch ist, sie liegt bei etwa 3000 K.
Dein Verständnis ist korrekt. Atmosphärenwissenschaftler nennen es jedoch nicht so, daher kann dies zu Verwirrung führen.
offene Frage: Warum stimmt die zweite Gleichung? Sollte es nicht sein λ G = 2 A ? Verstößt die aktuelle Form nicht gegen die Energieerhaltung der Atmosphäre? Was passiert als λ geht auf null? A sollte auch auf Null gehen, aber hier nicht. Es scheint, als ob diese Gleichung falsch sein sollte.
A ist die Hälfte der Energie, die die Atmosphäre abgeben würde, wenn sie ein perfekter schwarzer Körper wäre, richtig? Wenn λ geht gegen null entkoppelt man die atmosphäre von allem anderen und bleibt nur übrig S = G . Dann ist es egal was A Ist.
@jkej Nein, wenn du ihre Gleichung verwendest, A ist ganz klar nicht die Hälfte der von der Atmosphäre abgegebenen Energie. Das wäre λ A , und das Diagramm im Link zeigt dies tatsächlich, indem es die Strahlen beschriftet, die Emissionen aus der Wolke nach oben und unten darstellen. Richtig, dass als λ auf null geht, koppeln Sie die Atmosphäre ab, und es spielt keine Rolle, was passiert A ist, aber es wäre wichtig, wenn A war die Wärmestrahlung aus dieser Atmosphäre, zum Glück ist sie es nicht, und λ A geht auf null. A wird nie verwendet und stellt physikalisch nichts dar. Deshalb ist es frustrierend.
@AlanSE Ich sagte: A ist die Hälfte der Energie, die die Atmosphäre abgeben würde, wenn sie ein perfekter schwarzer Körper wäre , richtig? Die Atmosphäre ist kein perfekter Schwarzkörper. Die Strahlung, die es tatsächlich aussendet, ist der Emissionsgrad, λ , mal, was es emittieren würde, wenn es ein perfekter schwarzer Körper wäre, A , das ist λ A .
@jkej Oh, tut mir leid, dass ich nicht gut gelesen habe. Deine Zusammenfassung trifft es auf den Punkt.
@AlanSE Ich bin froh, wenn ich helfen konnte.

Antworten (5)

Die dritte Gleichung ist nur eine Summe der beiden ersten:

S + λ A = G ⇒ S = − λ A + G λ G = 2 λ A ⇒ 0 = 2 λ A − λ G

Addiere sie und erhalte:

S = − λ A + 2 λ A + G − λ G = λ A + ( 1 − λ ) G

das ist die dritte Gleichung. Also immer noch nur zwei unabhängige Gleichungen und zwei Unbekannte.

Sie sind auf eine der vielen Ungereimtheiten der Treibhauseffekt-Theorie gestoßen. Eine andere (die anerkannt, aber sehr selten beschrieben wird) ist, dass, wenn die Sonne die Erde erwärmt, die Erde die Atmosphäre erwärmt, dann ein Teil (etwa 1/2) dieser neuen heißen Atmosphäre zurück zur Erde strahlt und diese aufheizt. . . .Wann hört dieser Prozess jemals auf, und was stoppt ihn – gibt es eine Art abnehmenden Ertrag? Niemand redet wirklich gerne darüber.

Um Ihre Frage jedoch etwas zu beleuchten - Sie gehen davon aus (und werden nur als gelesen angesehen), dass diese Strahlungsflüsse hinzugefügt werden können. Siehe das Diagramm unten (Washington State, glaube ich):Erklärung zum Klima im US-Bundesstaat Washington

So seltsam es auch scheinen mag, Flussmittel können überhaupt nicht hinzugefügt werden. Es ist dasselbe wie die Temperatur - Sie können sie auch nicht hinzufügen. In der natürlichen Welt gibt es keine Beispiele für das Addieren von Flussmitteln - keine. Die Flux-Add-Idee widerspricht dem 2. Hauptsatz der Thermodynamik.

Für ein kurzes Experiment zu Hause und etwas Theorie - gehen Sie hier: Experimente mit Flussmitteln können nicht hinzugefügt werden. Alles, worum ich Sie bitte, ist, dass Sie, wenn Sie ein ähnliches Experiment durchführen, Ihre Ergebnisse für alle sichtbar posten oder sie mir andernfalls per PDF-E-Mail senden .

John Murphy behauptet einfach, dass "Flussmittel nicht hinzugefügt werden können". Er erklärt nicht, warum, wenn man zwei Energiequellen hat, sie nicht beide Energie abgeben. Es genügt zu sagen, dass der Treibhauseffekt im wirklichen Leben nicht gegen den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik verstößt und dass man seine Wissenschaft von Wissenschaftlern und nicht von Internet-Spinnern beziehen sollte.

https://bartonlevenson.com/SecondLaw.html

Die Sonne erwärmt das Erdsystem. Es sendet Infrarotstrahlung aus. Dadurch wird die Oberfläche gekühlt. Es ist weniger warm. Treibhausgase absorbieren einen Teil davon und emittieren – ignorieren Sie Kollisionen vorerst – Infrarotstrahlung in alle Richtungen. Man ist zurück an der Oberfläche. Die Oberfläche nimmt sie auf und ein Teil der verlorenen Wärme wird wiederhergestellt. Spülen und viele Male wiederholen. Dieser Prozess verlangsamt den Verlust von Infrarotstrahlung in den Weltraum auf der Strahlungsebene der Erde; dadurch erhöht sich der Wärmeinhalt des Erdsystems. (Bestätigt durch anhaltend steigenden Wärmegehalt der Ozeane, schmelzendes Eis, sich zurückziehende Frostlinien, steigender Meeresspiegel usw.). Das Hinzufügen von CO2 zur Atmosphäre, Emissionen, erhöht das Strahlungsniveau der Erde, so dass sich die Oberfläche erwärmen muss, um eine Energieeinstrahlung (Kurzwelle von der Sonne) gleich der Energieausstrahlung (Infrarotstrahlung, hauptsächlich von CO2 in der oberen Atmosphäre) zu erreichen. Es werden keine Gesetze verletzt. Treibhausgase sind keine zusätzliche Wärmequelle für die Sonne. Im Wesentlichen stammt die gesamte "in" -Energie von der Sonne. Die abgegebene Energie ist immer weniger das anfängliche Infrarot, das von einem absorbierten Sonnenphoton emittiert wird, und immer mehr recycelte Infrarotphotonen. Denken Sie daran, dass ohne Treibhausgase in der Atmosphäre fast die gesamte Strahlung in den Weltraum ein Photon wäre, das als direktes Ergebnis von absorbiertem Sonnenlicht emittiert wird. Kein Spülen und Wiederholen. Die Erde wäre größtenteils eisbedeckt, was auch die Strahlungsebene der Erde wäre. Fast die gesamte Strahlung in den Weltraum wäre ein Photon, das als direktes Ergebnis von absorbiertem Sonnenlicht emittiert wird. Kein Spülen und Wiederholen. Die Erde wäre größtenteils eisbedeckt, was auch die Strahlungsebene der Erde wäre. Fast die gesamte Strahlung in den Weltraum wäre ein Photon, das als direktes Ergebnis von absorbiertem Sonnenlicht emittiert wird. Kein Spülen und Wiederholen. Die Erde wäre größtenteils eisbedeckt, was auch die Strahlungsebene der Erde wäre.

John Murphys Behauptung, dass „Flussmittel nicht hinzugefügt werden können, ist zu 100 % richtig.

Unter Verwendung des Bildes über der Erdoberfläche wird die Erdoberfläche von der Sonne auf 255 K erhitzt - er hat das erste Bild von dieser Seite nicht geliefert, wo sie dies ausdrücklich angeben - Erde ohne Atmosphäre.

Die Erde emittiert also 239,7 W/m2 als Reaktion auf die Sonneneinstrahlung und die 239,7 W/m2 aus der Atmosphäre heizen die Oberfläche auf, wo sie 479,2 W/m2 bei 303 K emittiert.

Das ist einfach falsch und hier ist der Grund:-

Zeichnen Sie 3 Planck-Kurven mit einer Tabellenkalkulation -

  1. Eine Kurve mit T = 255 K, E = 239,7 W/m2.
  2. Eine Kurve, bei der Kurve 1 verdoppelt wird - dh E = 479,4 W/m2
  3. Eine Kurve mit T = 303 K, E = 479,4 W/m2.

Wenn die Behauptung, dass Sie Flüsse algebraisch addieren können, um Temperaturen zu berechnen, richtig ist (ist es nicht), dann MÜSSEN Kurve 2 und 3 aufgrund der Beziehung zwischen Plancks und den Stefan-Boltzmann-Gleichungen und den Rechenregeln identisch sein.

Die Stefan-Boltzmann-Gleichung ist gleich Pi mal dem Integral der Planck-Gleichung. Es gelten die Rechenregeln, sodass die Behauptung der Summe im obigen Bild von 239,7 + 239,7 = 479,4 W/m2 bei 303 K nicht gilt.

Wenn es gültig wäre, muss es durch Planck-Kurven verifiziert werden, die genau derselben Algebra folgen, ABER Kurve 2 und 3 in meiner Tabelle sind überhaupt nicht gleich.

Die Sonne der Flüsse

Gleichungen für das Zwei-Ebenen-Modell des Treibhauseffekts
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