真实气体的大气对流层顶高度

的辐射平衡在前一节中所讨论的解决方案都是不稳定的地面附近。混合对流集,它将不稳定层和替换它的绝热线;混合地区对流层。低温度曲线的变化,然而,将改变向上辐射加热平流层,因此导致温度变化达到甚至高于层直接通过对流。当所有这类本身,对流层有多深?这是是对流层顶高度的问题,我们已经为灰色简要提到的气体。在这里,我们将提供的真实气体的几个最重要的方面的行为,并奠定物质基础读者将与更全面的模型需要进一步探索。在本节中,我们将假定,如all-troposphere模型,湍流通量几个地面紧密的上方的空气,没有间断。这个假设也会放宽章节6。

灰色气体,找到对流层顶高度是相对简单的问题。由于辐射平衡剖面只取决于OLR,只能通过一个简单的公式——开始所需的OLR的辐射平衡剖面,选一个猜对对流层顶的压力,然后替换之间的温度和地面的绝热线气体在考虑。一个然后计算实际OLR结果概要,并通常会发现,一般不同的OLR的假定在计算辐射平衡。解决方案一致,然后调整一个直至对流层顶高度计算OLR包括对流层是一样的目标OLR在一些预期的准确性。root-finding这是一个简单的问题,一个变量的函数(对流层顶的压力),并且可以通过任意数量的解决手段,牛顿法和二分是最常见的。

真实气体,在高层大气辐射平衡取决于红外的光谱上升流从下面,所以我们不再有奢侈的假设平流层温度曲线仍然固定在我们不同的估计对流层顶高度。相反,一个人必须同时解决对流层顶高度和相应的平衡剖面在空中。这是最容易做的修改我们采用时域方法计算纯辐射平衡的解决方案。在这种情况下,它有点尴尬的选择一个OLR,找到相应的地面温度Tg。相反,我们修复Tg,并计算出相应的OLR。这个可以做一系列的地面温度,然后与任何指定的地面温度均衡太阳能吸收可以确定。我们回到熟悉的业务计算OLR (Tg)曲线,我们all-troposphere模型,但这一次考虑自洽平流层的OLR的效果。

代表对流在气候模型的普遍问题是一个非常具有挑战性的,整个卷写。raybet雷竞技最新(见第2章的进一步阅读部分。)手头的问题,有很多简化的假设,让我们避免一些更微妙的方面的话题。首先,我们将假设对流瞬间重置配置文件内容绝热概要文件。接下来,考虑到不稳定发生在纯红外辐射平衡的概要文件,它是安全的假设对流发生在一层扩展从地面到对流层顶高度,没有任何可能性的多个交叉对流和辐射平衡层内部。此外,我们只会寻求一个平衡的解决方案,而不能准确地代表试图平衡方法。最后,我们进行计算,Tg固定,让其余的气氛放松相应的平衡。在这种情况下,消除不稳定层的对流混合可以通过以下简单的修改进行了纯辐射平衡时域算法:一个计算绝热线泰德(p)对应于地面温度Tg和表面压强p。然后在每个步伐,无论T (p) <泰德(p),泰德的温度瞬间重置。这样做的理由是,对流是比辐射弛豫过程快得多,只要温度低于绝热温度,空气包裹从地面开始有足够的浮力达到这一水平,一路上混合空气。的过程还假设湍流耦合地面的上方的空气是如此的强烈,地面和空气温度保持本质上是相同的。绝热线的调整与表面温度Tg一般来说增加了静态能量的潮湿或干燥,适当调整层的空气。这不是一件令人担忧的事,如果我们只使用时域找到平衡态;如果我们试图代表实际的方法来平衡时间进程,更复杂的调整方法保存静态能量需要。保守的调整将垂直运输热冷却的同时降低变暖上水平。

结果一个类似地球的空气/二氧化碳气氛如图4.45所示。对流达到380 mb,温度大约是200 k;以上,大气辐射平衡,它定义了平流层。请注意,上面的温度继续下降甚至达成的最大高度对流,由于红外辐射平衡剖面也有降低温度,只要光谱光学厚的一部分。是这种情况也为地球的真正的平流层,虽然臭氧加热最终导致平流层上层温度转身开始增加。因此,一个不应该的签名对流温度下降,和情况大气加热平流层上层温度增加温度最低的原因通常会高于对流层的顶部。

所有三个计算相似的OLR: 296.4 W / m2 radiative-convective模型对295 W / m2的纯辐射平衡和296.6 W / m2 all-troposphere模型。因此,如果大气中由295 W / m2吸收太阳辐射,通过对流形成对流层和平流层的形成由上层辐射加热表面温度有很大影响,但对大气剖面的影响是相当大的。

-Radiative-Convective

——干绝热线

-Radiative-Convective

——干绝热线

~ l-i-i-i - | -i-i-i - | -i-i-i-1 ~对流层顶

120 160

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图4.45:Radiative-convective类似地球的平衡干燥的空气300 ppmv二氧化碳。左边的面板显示温度曲线相比,纯辐射平衡和干绝热线。右边的面板显示了radiative-convective解决方案的辐射加热率和all-troposphere模型。在所有情况下,地面温度为280 k。

加热速度概要文件显示在右面板的图4.45阐明了基本机制维持对流在对流层。整个对流层辐射冷却。这个特性是保证建设的解决方案,因为任何积极的加热会使大气变暖,使其超过了绝热温度和关闭对流。假设对流刚刚发生,复位温度绝热线。然后,在下一个小间隔时间,辐射冷却会导致温度低于绝热线,再次触发对流,增加回热损失由辐射冷却和恢复绝热线。提供的热量包裹从地上捡起热的空气,成为活跃,并把热量向上水平需要的地方。之间的对流层中热平衡辐射冷却和对流供暖。的对流层大气太阳能吸收没有影响对流层温度或对流层顶高度,只要它不把各级净辐射冷却变成净辐射加热。短的,对流层太阳能吸收的唯一影响是减少对流加热,因此对流的频率或活力。然而,由于红外冷却弱在对流层顶的太阳能吸收对流层顶附近的水平可以轻松对流层顶向下移动。

使用图4.45我们可以比较两个简单的对流层顶高度的估算与实际价值。看,这个绝热线跟纯辐射平衡,我们发现估计205 mb。这有点太高的高度,因为对流层的形成改变了向上的通量和温暖平流层。估计对流层顶高度的另一种方法是看加热剖面计算干绝热线,右边面板的图所示。认识到该地区的辐射加热与平流层收益率估计325 mb,更接近于真实值,但在高度仍然过高。周围的讨论在图4.2中,我们可以说,真正的气氛表现,而像pressure-broadenedgrey-gas气氛与光学深度大于团结。

我们如何计算对流层顶高度与地球的实际对流层顶?我们已经定义了对流层顶高度达到通过对流,在比较与大气调查需要记得,甚至高于对流区域,温度继续降低高度,因为温度随高度下降甚至在纯粹的红外辐射平衡;在地球的大气层,最终温度开始随高度增加,因为大气太阳能吸收的影响。因此,地球温度最低的试探,有时松散对流层顶,总是有些上面定义的对流对流层顶(看到问题? ?)。不过,如果我们把温度最低的位置在热带调查估计,我们注意到对流层顶在前面的估计计算相当低海拔(高压力)比100 m6的观测值。是什么让热带对流层顶那么高得多?

管理对流层顶高度的主要因素是递减率。如果递减率弱,那就去高海拔以交叉辐射平衡配置文件。在温暖的热带地区,潮湿的绝热线大大弱梯度比干绝热线。事实上,radiative-convective计算基于空气干燥的二氧化碳/大气的辐射效应,但在温度剖面,采用湿润绝热线收益率对流层顶高度的130 mb时表面温度为300 k。这非常符合观察tropopical对流层顶高度。这表明,水分递减率的影响比对流层的辐射效应更重要水分提升热带对流层顶。换句话说,地球目前的热带对流层顶的主要原因是高海拔比观测对流层顶是热带递减率弱,由于更大的类似地球热带温度湿度的影响。额外的光学厚度由于额外的水蒸气在热带地区最多扮演一个次要角色。冷表面温度、潮湿的绝热线背离少干绝热线,所以对流层顶高度计算方法中的海拔较低的干燥。例如,表面温度为280 k,计算适应潮湿的绝热线产量250 mb的对流层顶的压力。 This reasoning suggests that the tropopause height should be lower in the midlatitudes, and indeed observations show this to be the case. Optical thickness can indeed affect the tropopause height, but it is not the main player on Earth. The calculations referred to here are carried out in Problem ??

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