Разве форсирование CO2CO2CO_2 не должно зависеть от температуры поверхности?

Когда я читаю о радиационном воздействии из-за CO2, он говорит:

«Радиационное воздействие — это мера влияния фактора на изменение баланса поступающей и исходящей энергии в системе Земля-атмосфера и показатель важности фактора как потенциального механизма изменения климата. В этом отчете значения радиационного воздействия приведены для изменений относительно доиндустриальных условий, определенных в 1750 году, и выражены в ваттах на квадратный метр (Вт/м2)».

Затем он дает уравнение воздействия как функцию только концентрации и некоторой константы:

$\Delta F = 5.35 \times \ln {C \over C_0}~\mathrm{W}~\mathrm{m}^{-2} \,$

И читая о парниковом эффекте, Википедия говорит :

Парниковые газы поглощают и излучают часть исходящей энергии, излучаемой с поверхности Земли, в результате чего это тепло сохраняется в нижних слоях атмосферы.[38]

Если CO2 отражает обратно ИК-излучение, испускаемое поверхностью (количество которого, очевидно, зависит от температуры), не должно ли воздействие зависеть от температуры поверхности? То есть на экваторе она должна быть выше, чем у полюсов?

Чтобы использовать крайний пример, я бы ожидал, что воздействие CO2 для планеты при 0 K также будет равно 0 Вт/м ^ 2, поскольку поверхность не будет излучать ИК-излучение, которое она могла бы поглотить.

Если это так, есть ли какие-либо документы о воздействии парниковых газов в зависимости от температуры/широты? Я имею в виду не из-за зависимости концентрации CO2 от широты, а только из-за температуры поверхности.

РЕДАКТИРОВАТЬ:

Я провел дополнительные исследования и нашел некоторые данные, которые показывают, что ИК-излучение Земли по широте колеблется от 94 до 276 Вт/м^2 . Таким образом, если воздействие считается постоянным, даже только для нашей планеты (не учитывая остальную часть Солнечной системы или экзопланеты), это эквивалентно предположению, что данная концентрация CO2 излучает обратно такое же количество энергии за ~3-кратное разница в подводимой энергии.

Редактировать 2:

Я задал это в комментарии и думаю, что это может быть более прямой вопрос, чем оригинал:

Если атмосфера с содержанием CO2 0,2% получает 300 Вт/м^2 инфракрасного излучения от поверхности, будет ли она излучать обратно к поверхности такое же количество, как атмосфера с содержанием CO2 0,2%, которая получает 100 Вт/м^2 инфракрасного излучения с поверхности?

Редактировать 3:

Я нашел вывод для этого значения 5,35. Судя по всему, это :$F = f_a*f*F_{g►a}*(1 - T_d) = 0.6*0.4256*390*0.05371 = 5.35$

где:

• $F$это$CO_2$плотность теплового потока в$W/m^2$($F_{a►g}$)

• $f_a$часть потока, возвращаемого вниз на Землю, поглощаемого или повторно излучаемого$CO_2$

• $f$Планковская доля черного тела (доля теплового излучения Земли в спектральном интервале, в котором$CO_2$поглощение значительное)

• $F_{g►a}$- полная плотность потока, излучаемого поверхностью Земли ($\sigma T^4$)

• $T_d$диффузное пропускание

• $(1-T_d)$фракционное поглощение

В этом случае процентная ставка будет равна:$F_{g►a} = \sigma T^4 = 390\,Wm^{-2}$

Мы знаем, что постоянная Стефана-Больцмана равна$\sigma = 5.67 x 10^{-8}\,Wm^{-2}K^{-4}$. Таким образом, чтобы получить значение$390\,Wm^{-2}$они должны были использовать$T = 288\,K$, что имеет смысл, поскольку это широко цитируемое значение средней температуры земли.

Установлено, что температура на Земле колеблется в пределах $183.95-367.05\,K$, что соответствует значениям$F_{g►a}$между$65-1029\,Wm^{-2}$. Затем форсирование будет варьироваться между:

$\Delta F = 0.89 \times \ln {C \over C_0}~\mathrm{W}~\mathrm{m}^{-2} \,$

$\Delta F = 14.11 \times \ln {C \over C_0}~\mathrm{W}~\mathrm{m}^{-2} \,$

Таким образом, это примерно 16-кратная разница в воздействии из-за разной температуры поверхности. Правильный?

Редактировать 4:

Я также должен отметить, что форсирование из-за средней температуры не равно среднему форсированию нескольких температур:

Вы можете легко убедиться в этом сами, подставив две температуры 298 и 278 К, которые в среднем составляют 288 К.$LHS \approx 393$и$RHS \approx 390$. Может ли кто-нибудь процитировать что-то, что говорит нам, какой расчет используется в GCM?

Редактировать 5:

По крайней мере, в модели GISS E v2.1.1 GCM везде применяется одинаковое форсирование, основанное на средней температуре 288 К. Из модели/RAD_DRV.f:

#ifdef HEALY_LM_DIAGS
      FCO2=FULGAS(2)*CO2R
      FN2O=FULGAS(6)*N2OR
      FCH4=FULGAS(7)*CH4R
c
c      write(6,*) 'RJH: GHG: CONC=',
c     * FCO2,FN2O,FCH4
      ghg_totforc=5.35d0*log(FCO2/CO2I)
     *  +0.036d0*(sqrt(FCH4)-sqrt(CH4I))
     *  -(Fe(FCH4,N2OI)-Fe(CH4I,N2OI))
     *  + 0.12d0*(sqrt(FN2O)-sqrt(N2OI))
     *  -(Fe(CH4I,FN2O)-Fe(CH4I,N2OI))
c      write(6,*) 'RJH: GHG: FORC=',ghg_totforc
#endif

Обратите внимание 5.35d0*log(FCO2/CO2I)на строку 2156. Я не знаю фортрана, поэтому, возможно, этот код делает что-то еще.

Редактировать 6:

Глядя дальше на модель E2.1.1 GISS, кажется, что я ответил на вопрос заголовка. Ниже приводится выдержка из того, что они делают для расчета воздействия CO2 на нисходящий солнечный поток в заданном спектральном интервале для одного слоя атмосферы при заданном солнечном зенитном угле:

C In model/RADIATION.f
C ULGAS  = Array of gas concentrations by layer (CO2 is column 2)
C N      = Atmospheric layer
C TLN    = Temperature at the middle of layer N
C PLN    = Pressure at the middle of layer N
C ULN    = Concentration of CO2 in layer N
C TAU    = Spectral Optical Thickness 
C K      = Spectral Interval (eg, K = 1 corresponds to 3000-3400 nm)
C DKSO   = Fraction of solar flux in interval K (eg, .01 for K = 1)
C S0COSZ = Solar constant (defined as 1366 W/m^2) times cosine of the solar zenith angle
C DKS0X  = Solar flux in spectral interval K at zenith angle Z
C NL     = Top atmospheric layer
C SRDFLB = Vector of total solar downward flux at bottom edge of each layer

C Line 5586:
 DKS0X=DKS0(K)*S0COSZ


C Line 5605:
C     Select parameterized k-distribution gas absorption by H2O, O2, CO2

C Line 5678:
      CASE (9)
C--------K=4-------CO2       DS0=.002
      ULN=ULGAS(N,2)
      TERMA=(50.73-.03155*TLN-PLN*(.5543+.00091*TLN))*(1.-.1004*PLN)
      TERMB=(1.+.006468*ULN)*(1.+PLN*(49.51+.8285*PLN))
      TAU  =(TERMA/TERMB)*ULN
      IF(PLN < 175.0) TAU=(.00018*PLN+0.00001)*ULN

      CASE (10)
C--------K=3-------CO2       DS0=.003
      ULN=ULGAS(N,2)
      TERMA=(1.+.01319*TLN)*(PLN*(.008001*ULN+.4589E-03)-.8396*ULN)
      TERMB=ULN*(PLN+295.7+1.967*ULN)+.15126*PLN
      TAU  =(TERMA/TERMB)*ULN

      CASE (11)
C--------K=2-------CO2       DS0=.003
      ULN=ULGAS(N,2)
      TERMA=(1.+.02257*TLN)*(PLN*(.002295*ULN-.5489E-04)-.7571*ULN)
      TERMB=ULN*(PLN+803.9+2.477*ULN)-.09899*PLN
      TAU  =(TERMA/TERMB)*ULN

C Line 5823:
 XANX   = EXP(-TAU*SECZ)
 DX     = 0

C Line 5844:
 SRDFLB(NL)=SRDFLB(NL)+DKS0X*(XANX+DX)

Глядя на то, как они используют TLN (температура слоя N) для определения TAU (оптическая толщина), мы видим, что ответ заключается в том, что воздействие CO2 является функцией температуры этого атмосферного слоя (которая будет функцией поверхностного слоя). температура). Это также функция давления и концентрации газа в этом слое.

Мне не ясно, что означают все эти магические числа в расчете TAU и что они делают с XANX = EXP(-TAU*SECZ), но определенно вижу, что форсирование является функцией температуры.

«Упрощенный» расчет воздействия CO2 кажется более чем бесполезным... это даже не правильное среднее значение. Так что я не знаю, что это делало в их коде, надеюсь, это не использовалось для настройки модели.