Средняя температура поверхности Земли [дубликат]

На самом деле это очень легко рассмотреть. Нам не нужны никакие модели. мы благословлены значительным камнем ровно в 1 а.е. от Солнца, камнем без каких-либо следов атмосферы:

Луна (Источник: Wikimedia Commons )

Температура на Луне колеблется от 70К до 390К. Средние температуры, в зависимости от местоположения, варьируются от 130К на полюсах до 220К на экваторе (из Википедии ). Обратите внимание, что из-за нелинейности это не то же самое, что равновесная температура ( 255 К на Земле ). Действительно, как указывает Эдгат Боне в своем ответе , при одной и той же равновесной температуре средние температуры будут ниже, если тепловые амплитуды выше. И они не могут быть намного выше, чем на Луне с ее длинными днями и полным отсутствием атмосферы.

Итак, что -то другое между Землей и Луной делает Луну намного холоднее. Самое очевидное отличие — отсутствие атмосферы. В принципе, отсутствие океанов, облаков и деревьев тоже способствует, но поскольку ни одно из них не может существовать без атмосферы, ясно, что планета с атмосферой горячее, чем та же планета без — как за счет прямых, так и косвенных эффектов.

Обратите внимание, что отсутствие атмосферы — не единственное отличие Земли от Луны. Существует внутреннее тепловыделение, приливный нагрев и многие другие эффекты. Ни один из этих эффектов не приближается к влиянию атмосферы на нагрев Земли.

Простая теория излучения черного тела (адаптировано с http://www.atmos.washington.edu/2002Q4/211/notes_greenhouse.html ):

Земля получает от Солнца определенное количество тепла на единицу площади – это количество составляет около 1370 Вт/м.$^2$для частей земли, обращенных к солнцу, когда нет атмосферы. Но земля представляет собой «диск» площадью$\pi R^2$солнцу, хотя на самом деле это сфера площадью$4\pi R^2$. Это означает, что в среднем мощность, полученная на единицу площади за 24 часа, составляет 1/4 от этой, или около 340 Вт.

Сейчас часть солнечной энергии отражается землей - около 30%. Мощность, от которой осталось избавиться «излучением серого тела», составляет около 240 Вт/м.$^2$.

Используя Стефана-Больтмана, снова с коэффициентом излучения 0,7, мы находим «эквивалентную» температуру Земли:

Если пренебречь коэффициентом излучения, значение будет еще ниже - 255 К. Это намного ниже температуры Земли (среднее значение 288 К), что позволяет предположить, что атмосфера действительно помогает поддерживать температуру на высоком уровне. Влияние атмосферы на температуру поверхности гораздо сильнее на Венере (сотни градусов К), где слой углекислого газа очень толстый.

Конечно, все виды упрощающих предположений вошли в вышеизложенное. Например, полюса будут значительно холоднее, когда не будет атмосферной конвекции, приносящей тепло из более низких широт, а колебания температуры между днем ​​и ночью могут быть огромными. Более горячая поверхность в течение дня будет излучать относительно большую мощность (из-за этой 4-й степени), поэтому среднее значение будет ниже, чем «эффективная» температура, которую я вычислил выше. Так или иначе - атмосфера сильнее поглощает в ИК, чем в видимом, а это значит, что солнечному свету легче попасть внутрь, чем излучаемому тепловому излучению выйти наружу. Это помогает сохранять тепло на планете. Ваша школьная доска, в данном случае, дала правильный ответ.

Но суть в том, что атмосфера делает землю пригодной для жизни. Изменение состава изменит условия на Земле. Но баланс шаткий. Давайте не будем его беспокоить, если мы можем ему помочь.