Климат антропогена

[Alexy]

Не совсем понял, почему разогрев всех слоев атмосферы увеличивает парниковый эффект по сравнению с тем, если бы конвекции не было, и всё тепло оставалось бы в приземнх слоях?

[langust]

Если мы накроем теплицу, то от нагретой почвы воздух, расширенный в объеме, будет подниматься вверх, а холодный - наоборот, опускаться вниз. Температура в теплице будет возрастать, еще более нагревая почву... . Лимитировать будет лишь утечка тепла через стенки и потолок парника через теплопроводность. В конце-концов, установится баланс с высокой температурой как почвы, так и воздуха в теплице. Конвекция резко замедлится и будет лишь поддерживать баланс.
На Земле происходят подобные процессы. Но в отличие от парника, давление по вертикали в тропосфере разное и уменьшается с высотой. Поэтому в процессе конвекции теплый воздух устремляется вверх и, расширяясь, охлаждается, отдавая тепло, а холодный, наоборот, опускается и  разогревается за счет внутреннего тепла при сжатии. Таким образом, слои воздуха, которые расположены чуть ниже всегда теплее тех, которые расположены выше. Это и есть адиабатический процесс. Поэтому приземная температура воздуха всегда максимальна (в усредненном смысле). Но как на Земле, так и на Венере с высотой и падением давления температура атмосферной смеси падает. И чем выше давление у поверхности, тем выше температура. Хотя на Венере баланс, похоже ближе к насыщенному "тепличному". Однако же конвекция все равно поддерживается и сохраняется в той или иной степени.

[langust]

Не совсем понял, почему разогрев всех слоев атмосферы увеличивает парниковый эффект по сравнению с тем, если бы конвекции не было, и всё тепло оставалось бы в приземнх слоях?

Чем больше нагревается вся атмосфера, тем больше нагревается ее приземный слой в соответствии с адиабатическим законом - там температура максимальная.
В стратосфере конвекции почти что нет и она нагревается посредством только лишь радиацией - там все наоборот: нижние слои более холодные, а верхние имеют максимальную температуру (см.графики выше).

[langust]

Таки и продолжим доказательства "от противника". Часто сторонники антропогенного глобального потепления приводят расчеты типа:

Конвекция составляет менее 97 Вт*м-2, в то время энергия переносимая излучением составляет 396 Вт*м-2 . Действительно с учетом энергии, которая излучается атмосферой обратно на землю, общий вклад ИК излучение в перенос энергии окажется равным 63 Вт*м-2= (396-333) Вт*м-2. Т.е. общий вклад ИК излучения в системе (net long wave radiation loss) будет меньше чем энергия переносимая конвекцией (63/97). Преобладание конвекции над абсолютным вкладом ИК излучения в 1.5 раза не дает основания для игнорирования радиационного переноса.

Хотя не все цифры корректны, но все же примем их такими. Никто и не оспаривает, что поверхность Земли излучает большое количество тепла, но ведь львиная его доля (333) уходит в космос. Нас же интересует передача тепла именно в тропосфере.
Далее, все же признается, что конвективный перенос тепла доминирует на радиационным (в полтора раза).
Что и требовалось доказать... .
Далее еще более интересный факт. Ведь 95% переизлучений все же приходится на водяной пар, который и вовсе не является антропогенным. То есть, на СО2 приходится совсем немного.
Что и требовалось доказать.
Тут как раз уместно воспользоваться обратной связью температура-альбедо за счет облаков и смело применять формулу Пуассона. То есть рассматривать адиабатическую составляющую как главный фактор формирования температурного градиента в толще тропосферы. А радиационную составляющую никто и не игнорирует - она входит важным параметром в показатель адиабаты.

[Alexy]

Не совсем понял, почему разогрев всех слоев атмосферы увеличивает парниковый эффект по сравнению с тем, если бы конвекции не было, и всё тепло оставалось бы в приземнх слоях?

Чем больше нагревается вся атмосфера, тем больше нагревается ее приземный слой в соответствии с адиабатическим законом - там температура максимальная

Но эта максимальная температура вовсе не обязательно больше той температуры, до которой мог бы разогреваться приземной воздух при отсутствии конвекции?

[langust]

Но эта максимальная температура вовсе не обязательно больше той температуры, до которой мог бы разогреваться приземной воздух при отсутствии конвекции?

Сначала определимся, что значит "отсутствие конвекции". Если в парнике ее практически  нет, то температура в нем постоянно-высокая на любой высоте и равна температуре почвы в стационарном случае. Если же предположить, что в тропосфере конвективная передача тепла ничтожна по сравнению с радиационной, то совсем другое дело. Тогда кто сказал, что более плотные слои приземной атмосферы легче нагреть до фиксированной температуры, нежели менее плотные на высоте при постоянной радиации? Во всяком случае, на это нужен более сильный радиационный поток... . И вообще, "на пальцах" рассуждения тут не проходят. Но если все же так рассуждать, то постоянная длинноволновая радиация, идущая от поверхности, нагревает  нижние слои не более, чем верхние. А обратные потоки от парниковых газов также нагревают всю толщу тропосферы и еще переизлучают друг другу. То есть, взаимные потоки излучения вверх-вниз все-таки более интенсивны где-то в середине тропосферы. И локальный максимум температуры  может также достигаться  не у поверхности, а где-то посередке. Поэтому то я и привел пример стратосферы, где нет конвекции, а газы максимально разогреты где-то в ее средней части.

[langust]

Таким образом, если предположить, что конвекции почти нет, то и дополнительный нагрев поверхности не будет происходить от достаточно холодного приземного воздуха. А это привело бы к тому, что парниковый эффект уменьшится: приземная температура в этом "теоретическом" случае имеет меньшую температуру, чем в реальных условиях  атмосферы Земли, когда на самом деле конвективная передача тепла является определяющей. 

[langust]

http://www.ng.ru/science/2009-12-02/15_poteplenie.html
В отличие от классического подхода необходимо учитывать, что у планет с плотной атмосферой (давлением больше 0,2 атм) основным механизмом выноса тепла с поверхности является конвективный массоперенос воздуха в тропосфере.
Судя по расчетам, вклад конвективной составляющей в передачу тепла приблизительно равен 66,5%, процессов конденсации влаги – 25%, а парниковых газов – всего 8,5%.

[Alexy]

Сначала определимся, что значит "отсутствие конвекции"

отсутствие конвекции - это когда молекулы воздуха остаются в пределах очень маленько й окрестности от своих первоначальных мест

Тогда кто сказал, что более плотные слои приземной атмосферы легче нагреть до фиксированной температуры, нежели менее плотные на высоте при постоянной радиации?

Теплопередачей от Земли, ведь земля несравнимо сильнее нагревается Солнечным излуче, чем атмосфера?

если предположить, что конвекции почти нет, то приземная температура в этом "теоретическом" случае меньше, чем в реальных условиях атмосферы Земли, когда на самом деле конвективная передача тепла является определяющей

По моему наоборот, больше?

А поглощение атмосферными газами дальнего инфракраса случайно не меняется с изменением температуры этих газов?

[langust]

Там же
Так, разработанная в Институте океанологии РАН физическая теория климата Земли показывает, что температура тропосферы (нижнего слоя земной атмосферы) и земной поверхности зависит не от одного, а от нескольких факторов.
Важно отметить, что разработанная теория является количественной и позволяет рассчитывать влияние на климат каждого из перечисленных факторов по отдельности и их суммарное влияние. При этом оказалось, что доминирующий процесс, управляющий выносом тепла и распределением температуры в тропосфере, – конвекция воздушных масс.
Более того, эта теория позволила определить и проверить по геологическим данным эволюцию земного климата на протяжении прошлых четырех миллиардов лет. Оказалось, что за это время на фоне возрастающей светимости Солнца происходило закономерное похолодание климата от архейской эпохи, с горячим климатом и температурами около +70оС, до наших дней со средней температурой земной поверхности около 15оС. Основным фактором такого похолодания было снижение атмосферного давления с 4–5 атмосфер в архее до 1 атмосферы сегодня. Продлится такое похолодание и в будущем.

Потепление климата за последние годы носит ярко выраженное природное происхождение. Так, например, в 2007 году группа американских ученых под руководством А.Робинсона опубликовала данные по корреляции солнечной активности и колебаний температуры в Арктике с кривой накопления в атмосфере антропогенного углекислого газа. Из этих наблюдений следует, что связь солнечной активности с колебаниями температуры на протяжении 120 лет оказалась достаточно сильной, тогда как с кривой накопления антропогенного углекислого газа такой корреляции практически не выявлено.

График зависимости средней температуры воздуха в Арктике от циклов солнечной активности.

[langust]

отсутствие конвекции - это когда молекулы воздуха остаются в пределах очень маленько й окрестности от своих первоначальных мест

Я имел в виду не определение ее отсутствия, а "легитимность" ее отмены в условиях земной атмосферы. И тогда было постулировано: "Если же предположить, что в тропосфере конвективная передача тепла ничтожна по сравнению с радиационной..."

По моему наоборот, больше?

Когда  рассуждают "на пальцах", тут есть приличный "люфт" в рассуждениях. Се ля ва такова... . И все же:

...постоянная длинноволновая радиация, идущая от поверхности, нагревает  нижние слои не более, чем верхние

[langust]

Теплопередачей от Земли, ведь земля несравнимо сильнее нагревается Солнечным излуче, чем атмосфера?

Вы же понимаете, что теплопроводность может только создать очень тонкий "пограничный" слой, ведь воздух хороший теплоизолятор. К раскаленной печке мы можем подойти на совсем уж небольшое расстояние, а поверхность земли вовсе не раскалена. А приземный слой можно "продолжить" на десятки и сотни метров - температура меняется всего то на градус каждые сто метров... .

[langust]

Я имел в виду не определение ее отсутствия, а "легитимность" ее отмены в условиях земной атмосферы. И тогда было постулировано: "Если же предположить, что в тропосфере конвективная передача тепла ничтожна по сравнению с радиационной..."

Желание "отменить" конвекцию периодически возникают у некоторых теоретиков... . Только это действительно смахивает на "отмену" законов физики и теоретические результаты часто не очень то предсказуемы. Если это предполагается в пределах нашей атмосферы, то сразу возникает вопрос о водяном паре - в этом случае он, конечно, будет диффузией распространяться в атмосфере, но очень медленно - во всяком случае его оборот в атмосфере будет происходить вовсе не за неделю, а за... много большее время. Если вообще будет... . Возникают проблемы конденсации... . Даже если проигнорировать воду, то все равно есть проблемы уже с нашей "десятипальцевой логикой". Оно бы хорошо (?) провести эксперимент и усилием воли все-таки ее отменить, или попросить "всемогущего" это сделать. Думается, что и он, не мудрствуя лукаво, "заровняет" температуру по всей толщи тропосферы и тогда конвекции точно не будет, но уже по законам физики. Слава богу, у нас такой возможности нет... . 
P.S. Есть, кстати, и такое мнение, что если бы правы были сторонники только лишь радиационного разогрева атмосферы, то градиента температуры не было бы и вовсе - вот вам  полная и вполне легитимная причина отмены конвекции... .

[langust]

Оказалось, что за это время на фоне возрастающей светимости Солнца происходило закономерное похолодание климата от архейской эпохи, с горячим климатом и температурами около +70оС, до наших дней со средней температурой земной поверхности около 15оС. Основным фактором такого похолодания было снижение атмосферного давления с 4–5 атмосфер в архее до 1 атмосферы сегодня. Продлится такое похолодание и в будущем.

2 Alexy
Я что-то слышал про гипотезу о более плотной атмосфере в глубокой "древности". Интересно, насколько доказательно это предположение... .

[Alexy]

По моему наоборот, больше?

Когда  рассуждают "на пальцах", тут есть приличный "люфт" в рассуждениях
И все же: "...постоянная длинноволновая радиация, идущая от поверхности, нагревает  нижние слои не более, чем верхние"

А за счет чего же тогда возникает конвекция (вод паром пренебрежём)?