Климат антропогена

[langust]

Из курса физики известно, что адиабатические изменения температуры в сухом или во влажном ненасыщенном воздухе выражаются уравнением Пуассона

смысл которого состоит в следующем. Если давление сухого или ненасыщенного воздуха меняется от р₀ в начале до р в конце процесса, то температура в этой массе меняется от Т₀ в начале до Т в конце процесса.
При конденсации паров воды во влажной тропосфере и поглощении «парниковыми» газами инфракрасного излучения происходит выделение тепла это приводит к изменению показателя адиабаты. Например, среднее значение этого параметра для влажной, поглощающей ИК-излучение тропосферы Земли равно 0,1905, тогда как для сухого воздуха 0,2846.

[Alexy]

Хочу поблагодарить Лангуста за очень полезную информацию, выкладываемую в этой теме!

Ведь в том же огородном парнике конвекция вроде бы минимальная. Это потому, что там уже установился режим, при котором конвекция резко замедлилась. Но сам ее разогрев произошел по "вине" именно конвекции, а не за счет радиации. И высокая температура там поддерживается именно по причине конвекции

То есть, если за ночь, например, температура снизится, то утром, под действием солнечных лучей почва разогревается и конвективные потоки быстро нагревают всю теплицу

"Парнико́вый эффе́кт — повышение температуры нижних слоёв атмосферы планеты по сравнению с эффективной температурой, то есть температурой теплового излучения планеты, наблюдаемого из космоса" - если уж брать как аналог теплицу, то "нижними слоями атмосферы" будут скорее первые сантиметры от земли в теплице
И если мы, "отменив конвекцию" (запретив молекулам сдвигаться со своих мест более чем на величины порядка их диаметра), сохраним существующую зависимость радиации от температуры излучающего тела, то эти первые сантиметры над почвой будут явно теплее

Кстати я сильно сомневаюся, что конвекция ослабевает после прогрева воздуха всей теплицы - ведь стекло или полиэтилен на потолке теплицы продолжают (также как и ночью) охлаждать сверху внутренний воздух

[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?

Не так. Не если бы не было конвекции, а если бы в тропосфере преобладал радиационный перенос тепла
...
Поверхность нагревается под лучами солнца и теплый  воздух нагревает атмосферу по всей толще. Причем, по адиабатическому закону, когда самые теплые слои находятся именно внизу. Они то и создают парниковый эффект. Это будет происходить, даже если в тропосфере не было бы так называемых парниковых газов вообще
То есть сам парниковый эффект создается той же конвекцией и поэтому она никак не может снижать его. То есть часть тепла от нагретой поверхности без конвекции улетело бы в космос, а посредством переноса части этого тепла в тропосферу, она и нагревается

По последнему предложению возникает вопрос
Так всё-таки 1) "без конвекции" или 2) "если бы в тропосфере преобладал радиационный перенос тепла"? как Вы сами написали в первом предложении?
Если (2), то не совем понятно, при чем тут конвекция?

[langust]

"Парнико́вый эффе́кт — повышение температуры нижних слоёв атмосферы планеты по сравнению с эффективной температурой, то есть температурой теплового излучения планеты, наблюдаемого из космоса" - если уж брать как аналог теплицу, то "нижними слоями атмосферы" будут скорее первые сантиметры от земли в теплице
И если мы, "отменив конвекцию" (запретив молекулам сдвигаться со своих мест более чем на величины порядка их диаметра), сохраним существующую зависимость радиации от температуры излучающего тела, то эти первые сантиметры над почвой будут явно теплее

Сразу внесем ясность. Эти самые "несколько сантиметров" приземного воздуха никак нельзя считать "атмосферой". Это и есть как бы "поверхность планеты" и здесь идет интенсивный теплообмен посредством теплопроводности. Никакого отношения ни к радиационному, ни к конвективному способам передачи тепла она не имеет.
Теперь, если бы конвекции не было, практически все тепло, которое поступает на поверхность, излучается в космос. И лишь часть нагревает верхние слои тропосферы посредством радиации. Причем, именно за счет поглощения этого тепла парниковыми газами. То есть, нагревается не нижняя часть тропосферы, а как раз верхняя. А так как внизу холоднее, то и сама поверхность имеет низкую температуру. В случае же наличия конвекции распределение температур соответствует  уравнению Пуассона и внизу теплее всего. Этим и поддерживается высокая температура на поверхности и бОльший парниковый эффект.
Например, сейчас средняя температура поверхности Земли составляет 15 град.С. и "парниковый" эффект равен разности температур: 15-(-18)=33 градуса. Причем,  на высоте 5 км температура равна -35.  А если "отменить" конвекцию, тогда, предположим на высоте 5 км будет +20 град, а на поверхности только +5. То есть обратное распределение (как в стратосфере). Для нашего "эффекта" в общем то все равно, если на высоте большая температура и он равен всего 5-(-18)=23 градуса. И в этом случае поверхностная температура никак не может подняться выше 5 градусов и парниковый эффект ниже на 10 градусов. В случае равновесия она таковой и будет оставаться. То есть получается, что в первом случае внизу всегда поддерживается высокая температура, а во втором - тепло, которое должно пойти на поддержание этой высокой температуры, излучается в космос.

[langust]

То есть сам парниковый эффект создается той же конвекцией и поэтому она никак не может снижать его. То есть часть тепла от нагретой поверхности без конвекции улетело бы в космос, а посредством переноса части этого тепла в тропосферу, она и нагревается

По последнему предложению возникает вопрос
Так всё-таки 1) "без конвекции" или 2) "если бы в тропосфере преобладал радиационный перенос тепла"? как Вы сами написали в первом предложении?
Если (2), то не совем понятно, при чем тут конвекция?

На самом деле трудно представить как "отменить" конвекцию в нынешних условиях состояния земной атмосферы. Поэтому лучше сказать о приоритете радиационного переноса тепла, а не об отмене конвекции как таковой. Законы физики вообще трудно отменить.

Кстати я сильно сомневаюся, что конвекция ослабевает после прогрева воздуха всей теплицы - ведь стекло или полиэтилен на потолке теплицы продолжают (также как и ночью) охлаждать сверху внутренний воздух

Даже хорошо, что так - наглядно можно представить как посредством конвекции продолжается поддержание определенных температур в толще атмосферы. Правда в случае с огородным парником температура выстраивается по высоте почти что одинаковая.

[Alexy]

На самом деле трудно представить как "отменить" конвекцию в нынешних условиях состояния земной атмосферы. Поэтому лучше сказать о приоритете радиационного переноса тепла, а не об отмене конвекции как таковой. Законы физики вообще трудно отменить

Согласен, что законы физики трудно отменить, и именно поэтому счел, что проще запретить молекулам покидать окрестности точек, в которых они находятся, чем менять (как я подумал - не знаю, правильно или не правильно) более глубокие физические константы и параметры,  от которых зависит частота испускания фотонов молекулами
Хотя это в общем неважно

Теперь, если бы конвекции не было, практически все тепло, которое поступает на поверхность, излучается в космос. И лишь часть нагревает верхние слои тропосферы посредством радиации. Причем, именно за счет поглощения этого тепла парниковыми газами. То есть, нагревается не нижняя часть тропосферы, а как раз верхняя

Мне не понятно, почему часть того тепла, которое излучается поверхностью в космос, посредством радиации нагреваеть ИМЕННО ВЕРХНИЕ СЛОИ тропосферы?

[Alexy]

Правда в случае с огородным парником температура выстраивается по высоте почти что одинаковая

В НЕзакипевшей кастрюле она наверное тоже почти что одинаковая?(Хотя конвекция там имеет место, и именно из-за конвекции она и поддерживается почти одинаковой)

[langust]

Мне не понятно, почему часть того тепла, которое излучается поверхностью в космос, посредством радиации нагреваеть ИМЕННО ВЕРХНИЕ СЛОИ тропосферы?

Следует учесть, что в приповерхностном слое происходит передача тепла теплопроводностью, которая поддерживает температуру равновесия самой поверхности. А на высоте тепло накапливается вплоть до равновесия: парниковые газы нагреваются за счет длинноволновой радиации с поверхности и одновременно испускают тепло радиацией во все стороны - в том числе и в космос. Там же происходят процессы нагрева непарниковых газов через теплопроводность и они также имеют повышенную температуру. То есть как бы идет накопление тепла вплоть до равновесной температуры.

[langust]

Правда в случае с огородным парником температура выстраивается по высоте почти что одинаковая

В НЕзакипевшей кастрюле она наверное тоже почти что одинаковая?(Хотя конвекция там имеет место)

В общем то так. Однако все же вернемся на Землю и будем рассматривать атмосферный воздух безо всяких там фазовых превращений... .

[Alexy]

... Теперь, если бы конвекции не было, ... то ... нагревается не нижняя часть тропосферы, а как раз верхняя А так как внизу холоднее, то и сама поверхность имеет низкую температуру

Мне не понятно, почему часть того тепла, которое излучается поверхностью в космос, посредством радиации нагреваеть ИМЕННО ВЕРХНИЕ СЛОИ тропосферы?

Следует учесть, что в приповерхностном слое происходит передача тепла теплопроводностью, которая поддерживает температуру равновесия самой поверхности. А на высоте тепло накапливается вплоть до равновесия: парниковые газы нагреваются за счет длинноволновой радиации с поверхности и одновременно испускают тепло радиацией во все стороны - в том числе и в космос. Там же происходят процессы нагрева непарниковых газов через теплопроводность и они также имеют повышенную температуру. То есть как бы идет накопление тепла вплоть до равновесной температуры

Так всё таки "если бы конвекции не было", была бы нижняя часть атмосферы холоднее верхней, или нет?
И
разве концентрации парниковых газов с высотой растут?
(Иначе не понятно, почему именно НА ВЫСОТЕ "происходят процессы нагрева непарниковых газов через теплопроводность, и они также имеют повышенную температуру"?)

[langust]

Так всё таки "если бы конвекции не было", была бы нижняя часть атмосферы холоднее верхней, или нет?
И
разве концентрации парниковых газов с высотой растут?
(Иначе не понятно, почему именно НА ВЫСОТЕ "происходят процессы нагрева непарниковых газов через теплопроводность, и они также имеют повышенную температуру"?)

Процентные концентрации должны быть примерно одинаковы. Но на высоте отсутствует теплообмен с поверхностью и идет, как было уже сказано, накопление теплоты за счет дополнительного разогрева азота и кислорода посредством теплопроводности и передачи им тепла от разогретых радиацией парниковых газов - они не могут никоем образом отдать тепло куда-нибудь кроме как назад тем же парниковым газам. Есть аналоги этого процесса в стратосфере Земли. Или, например, несколько страниц назад рассматривался верхний слой атмосферы Титана, где радиационным путем разогревается как раз атмосфера на высоте и распределение температур обратное адиабатическому. Собственно говоря, это и обуславливает отсутствие конвекции. То есть ничего не надо придумывать, чтобы ее "запретить". Здесь мы приводим примеры этого эффекта и рассуждаем, хотя на самом деле все не так просто. Но все же процесс вполне поддается моделированию. Здесь, конечно, неприменимо решение краевой задачи теплопроводности напрямую - ведь по всей координате мы имеем как бы дополнительный источник тепла за счет захвата ИК-излучения, но такие модели наверняка существуют:

[Alexy]

Но на высоте отсутствует теплообмен с поверхностью и идет, как было уже сказано, накопление теплоты за счет дополнительного разогрева азота и кислорода посредством теплопроводности и передачи им тепла от разогретых радиацией парниковых газов - они не могут никоем образом отдать тепло куда-нибудь кроме как назад тем же парниковым газам

Так за счет чего парниковые газы разогреваются на высоте больше, чем внизу?

[langust]

Уже писал. За счет того, что разогретый воздух не имеет шанса передать тепло хотя бы поверхности и накапливается до уравнения баланса, когда теплопередача от парниковых газов и обратно к не парниковым посредством соударения молекул (теплопроводностью) достигнет равновесия. У поверхности все же происходит в какой-то мере теплопередача и температура приземного воздуха поддерживает повышенную над эффективной температуру поверхности. Частично это обусловлено и горизонтальными потоками воздуха. Хотя на самом деле это надо проверять на моделях, если нет доверия к факту подобного разогрева в стратосфере.
Что же касается моделей, то выше приведены мнения ученых, которые составляли компьютерные модели. Мне как-то приходилось рассчитывать распределение температур в полом шаре, что как раз соответствует атмосфере. Применялось обратное преобразование Лапласа и решения получались в виде ряда. Таким образом, получилось около 30 решений для различных комбинаций граничных условий. Для Земли на внутренней границе шара можно зафиксировать постоянную температуру, как граничное условие первого рода, как либо с теплопроводностью. А на верхней сфере - ГУ II рода - поток в космос. Но если попытаться учесть внутренний разогрев по радиусу, то решение усложняется и в аналитическом виде не решается. Поэтому и разрабатывают компьютерные модели. Они то и показывают, что в предположении приоритета радиации над конвекцией, больше нагревается верхняя часть.
По стратосфере я уже приводил график

[Макроассемблер]

Пишите в своей теме. - G.

[langust]

Поэтому меня так заинтересовала ссылка, представленная Гильгамешом выше по ветке
http://red-andr.livejournal.com/68534.html
Там четко указывается на радиационный разогрев верхних слоев атмосферы Титана  и распределение температур, обратное адиабатическому.