Hacer los gases de reflejar la radiación IR?

Question

La definición habitual dada de un gas de efecto invernadero es la que absorbe la radiación infrarroja. Por supuesto, luego el gas emite su propia radiación térmica, y lo hace sin preferencia por la dirección (suponiendo homogeneidad).

Yo estaba mirando el efecto invernadero balance de calor y notó un mayor flujo hacia abajo de la atmósfera de hacia arriba.

Se me ocurren dos maneras en las que podría explicar esto:

• la parte superior de la atmósfera es más frío que la parte inferior
• la atmósfera refleja IR desde la superficie

Mientras que el primer punto es trivialmente cierto, que no descarta IR a la reflexión. Esto no es completamente inútil distinción. Dado que la atmósfera es más frío que la superficie, la temperatura de la venida de radiación IR sería mayor si se reflexiona pasando.

Entonces, ¿hay alguna reflexión? O es el flujo descendente de la radiación infrarroja de la atmósfera completamente de la absorción y la remisión?

Answer 1

Este tipo de imágenes es a menudo engañosa. Cuando una paradoja parece, el sentido común nos dice que es muy probable que algo anda mal con los supuestos. Aquí la mala suposición es mostrar toda la atmósfera como una caja única que lo lleva a una aparente paradoja.

En realidad, la densidad varía con la altitud y esto tiene por consecuencia que el camino libre medio de los fotones varía con la altitud. Las variaciones de todos los radiativo de los parámetros de altitud seguir.

Para ver la diferencia con una imagen donde la atmósfera está representado por N capas, tomemos un ejemplo para N=2. Suponemos que una sólida superficie S está irradiando F (W/m2) en una atmósfera constituida de 2 capas L1 y L2 y el sistema está en estado estacionario. Vamos a suponer más que L1 absorbe toda la radiación procedente de S.

L1 debe reemit toda la radiación absorbida (estado estacionario) y debido a la isotropía, F/2 es reemitted y F/2 es reemitted abajo. Una parte P de la upgoing F/2 será absorbida por la capa superior de L2 y, por supuesto, de nuevo reemitted P/2 hacia arriba y hacia fuera del sistema y P/2 abajo. Como este downgoing P/2 será absorbido por L1 y otra vez reemitted P/4 hacia abajo y P/4, está demostrado que el flujo que va desde la atmósfera a la superficie S es F/2 + P/4 + ... > F/2. así que realmente no es una paradoja que el downgoing flujo es más de la mitad del flujo emitido por la superficie. Los valores dependen de la detallada propiedades de radiación de las capas.

Por supuesto, N=2, todavía no es lo suficientemente realista y he omitido el álgebra que se puede hacer por cualquier lector interesado, pero el propósito era mostrar que un N de la capa de la atmósfera no se comportan como un 1 capa de la atmósfera. Entre otros, he omitido la fuente de energía que es necesario hacer la diferencia entre F que emite y F/2 + ... etc que absorbe de la atmósfera.

Se refiere a la reflexión, no hay ninguno en este caso en particular. La radiación infrarroja emitida por la superficie de entre 0°C y 30°C es principalmente absorbido por el espectro de vibración de las moléculas de H20 (en parte por el CO2). Así que esta radiación es de hecho absorbe y exactamente reemitted con la excepción de una pequeña ventana que va directamente al espacio. Obviamente siempre hay algo de dispersión (las nubes), pero los procesos en la densa y cálida atmósfera inferior están dominados por la absorción y de emisión en el espectro IR.

Answer 2

La reflexión es un fenómeno colectivo en una interfaz entre dos medios (http://en.wikipedia.org/wiki/Reflection_(física)) y no es una propiedad de las moléculas individuales en el medio, a diferencia de la absorción y dispersión.

La interfaz está definida por un cambio en el coeficiente de refracción.

En este caso, el coeficiente de refracción de la atmósfera cambia con la altitud (debido a que la densidad es menor a mayor altitud), lo que es plausible que una cierta cantidad de la IR irradiada por la tierra es reflejada por la atmósfera y se incluyen en el hacia abajo flecha blanca en el gráfico.

Sin embargo, la diferencia en la densidad y el coeficiente de refracción) existiría independientemente de la presencia de los gases de efecto invernadero, debido a que sus concentraciones (390 ppm para $\mathbf{CO_2}$) son demasiado pequeñas como para afectar el coeficiente de refracción. Así que si sólo (o principalmente) a la reflexión, no habría problema del cambio climático debido a los provocados por el hombre $\mathbf{CO_2}$ y otros gases de efecto invernadero, ya que no iba a aumentar el efecto invernadero.

El artículo de la wikipedia sobre el efecto invernadero (http://en.wikipedia.org/wiki/Greenhouse_effect) parece indicar que el mecanismo de la baja de flujo de calor es, de hecho, re-emisión de absorción de radiación IR.

Me doy cuenta de que esto aún no responde a su pregunta de por qué la tendencia a la baja de flujo de calor es mayor que el de arriba en el espacio, pero se me ocurren dos razones por las que podría ser el caso de:

1. Densidad mayor a menor altitud

   Si más de la atmósfera de la masa está cerca de la tierra, lo mismo es cierto para su contenido de calor, haciendo que la emisión a la tierra más probable.

2. La fuente de calor está en la parte inferior

   Como se explica en el efecto invernadero artículo de wiki, ya que el entrante la radiación viene (en gran parte), desde abajo, la mayor parte de la radiación que recibe absorbido absorberá en las partes bajas de la atmósfera, y por lo tanto habrá más probabilidades de obtener re-emiten de nuevo a la tierra.

El hecho de que la temperatura a nivel del mar es mayor que en el borde del espacio no creo, tienen alguna relevancia a esta pregunta. Cada uno de los que el calor fluye en el gráfico tiene una distribución de temperatura (que es su fuente de radiador), pero el gráfico sólo se ocupa de las magnitudes de los flujos del calor, no de su temperatura.

El razonamiento de que el flujo de calor a la tierra es mayor debido a la temperatura más alta a baja altura es incorrecta, porque la úsqueda de sí mismo es en esa misma temperatura (aproximadamente), por lo que no habrá neto flujo de calor debido a la diferencia de temperatura solo.

Además, si la distribución de la temperatura del flujo de calor fue el factor decisivo, el sol de la contribución enano de todos los demás, como su temperatura (y por lo tanto la temperatura de la radiación) es mucho mayor que cualquiera de las otras temperaturas en este sistema. En realidad es la magnitud (en Vatios) de la que el calor fluye que importa, y dado que el Sol está tan lejos, su contribución no dominan.