Парниковый эффект

Атмосферное явление, вызывающее планетарное потепление

Парниковые газы позволяют солнечному свету проходить через атмосферу и нагревать планету, но затем поглощают и перенаправляют часть длинноволнового излучения (тепла), которое излучает планета.

Энергия течет вниз от Солнца и вверх от Земли и ее атмосферы. Когда парниковые газы перехватывают излучение, испускаемое поверхностью Земли, они предотвращают выход этого излучения в космос, вызывая повышение температуры поверхности примерно на 33 °C (59 °F).

Парниковый эффект возникает, когда парниковые газы в атмосфере планеты задерживают часть тепла, излучаемого поверхностью планеты, повышая ее температуру. Этот процесс происходит потому, что звезды излучают коротковолновое излучение , которое проходит через парниковые газы, а планеты излучают длинноволновое излучение , которое частично поглощается парниковыми газами. Эта разница снижает скорость, с которой планета может остывать в ответ на нагревание от своей родительской звезды. Добавление парниковых газов еще больше снижает интенсивность излучения планеты в космос, повышая среднюю температуру ее поверхности.

Средняя температура поверхности Земли составила бы около -18 ° C (-0,4 ° F) без парникового эффекта, ^{[1] [2]} по сравнению со средней температурой Земли в 20-м веке, составлявшей около 14 ° C (57 ° F), или более поздним показателем. в среднем около 15 ° C (59 ° F). ^{[3] [4]} Помимо присутствующих в природе парниковых газов, сжигание ископаемого топлива привело к увеличению количества углекислого газа и метана в атмосфере. ^{[5] [6]} В результате со времени промышленной революции произошло глобальное потепление примерно на 1,2 °C (2,2 °F) , ^[7] при этом глобальная средняя приземная температура увеличивалась со скоростью 0,18 °C (0,32 °F). ) за десятилетие с 1981 г. ^[8]

Длины волн излучения, испускаемого Солнцем и Землей, различаются, поскольку температура их поверхности различна. Температура поверхности Солнца составляет 5500 °C (9900 °F), поэтому большую часть своей энергии оно излучает в виде коротковолнового излучения в ближнем инфракрасном и видимом диапазоне волн (как солнечный свет ). Напротив, поверхность Земли имеет гораздо более низкую температуру, поэтому она излучает длинноволновое излучение в среднем и дальнем инфракрасном диапазоне (иногда называемое тепловым излучением или излучаемым теплом). ^[6] Газ является парниковым , если он поглощает длинноволновое излучение . Атмосфера Земли поглощает лишь 23% приходящей коротковолновой радиации, но поглощает 90% длинноволновой радиации, испускаемой поверхностью ^[9] , накапливая таким образом энергию и нагревая поверхность Земли.

Существование парникового эффекта, хотя и не названное так, было предположено еще в 1824 году Жозефом Фурье . ^[10] Аргумент и доказательства были дополнительно подкреплены Клодом Пуйе в 1827 и 1838 годах. В 1856 году Юнис Ньютон Фут продемонстрировала, что согревающий эффект Солнца сильнее для воздуха с водяным паром, чем для сухого воздуха, и эффект даже больше. с углекислым газом. ^{[11] [12]} Термин «парниковый» впервые был применен к этому явлению Нильсом Густавом Экхольмом в 1901 году. ^{[13] [14]}

Определение

Парниковый эффект на Земле определяется как: «Инфракрасное радиационное воздействие всех поглощающих инфракрасное излучение компонентов в атмосфере. Парниковые газы (ПГ), облака и некоторые аэрозоли поглощают земное излучение, испускаемое поверхностью Земли и другими частями атмосферы». ^{[15] : 2232}

Усиленный парниковый эффект описывает тот факт, что при увеличении концентрации парниковых газов в атмосфере (из-за деятельности человека) естественный парниковый эффект увеличивается. ^{[15] : 2232}

Терминология

Термин «парниковый эффект» происходит от аналогии с парниками . И теплицы, и парниковый эффект работают, сохраняя тепло солнечного света, но способы сохранения тепла у них разные. Теплицы сохраняют тепло главным образом за счет блокировки конвекции (движения воздуха). ^{[16] [17]} Напротив, парниковый эффект удерживает тепло, ограничивая перенос излучения через воздух и уменьшая скорость, с которой тепло уходит в космос. ^[5]

История открытия и исследования

Существование парникового эффекта, хотя и не названное так, было предположено еще в 1824 году Жозефом Фурье . ^[19] Аргумент и доказательства были дополнительно подкреплены Клодом Пуйе в 1827 и 1838 годах. В 1856 году Юнис Ньютон Фут продемонстрировала, что согревающий эффект Солнца сильнее для воздуха с водяным паром, чем для сухого воздуха, и эффект даже больше. с углекислым газом. Она пришла к выводу, что «атмосфера этого газа придаст нашей Земле высокую температуру…» ^{[20] [21]}

Джон Тиндалл был первым, кто измерил поглощение и излучение инфракрасного излучения различных газов и паров. Начиная с 1859 года, он показал, что эффект был обусловлен очень небольшой долей атмосферы, при этом основные газы не оказывали никакого влияния, и в основном был обусловлен водяным паром, хотя небольшой процент углеводородов и углекислого газа имел значительный эффект. ^[22] Более полно этот эффект был определен количественно Сванте Аррениусом в 1896 году, который сделал первое количественное предсказание глобального потепления из-за гипотетического удвоения содержания углекислого газа в атмосфере. ^[23] Термин «парниковый» впервые был применен к этому явлению Нильсом Густавом Экхольмом в 1901 году. ^{[24] [25]}

В 1896 году Сванте Аррениус использовал наблюдения Лэнгли об увеличении поглощения инфракрасного излучения, когда лунные лучи проходят через атмосферу под малым углом, встречая больше углекислого газа (CO ₂ ), чтобы оценить эффект охлаждения атмосферы от будущего уменьшения содержания CO ₂ . Он понял, что более холодная атмосфера будет содержать меньше водяного пара (еще одного парникового газа ), и рассчитал дополнительный охлаждающий эффект. Он также понял, что похолодание приведет к увеличению снежного и ледяного покрова в высоких широтах, заставив планету отражать больше солнечного света и, таким образом, еще больше охладить, как предположил Джеймс Кролл . В целом Аррениус подсчитал, что сокращения выбросов CO ₂ вдвое будет достаточно, чтобы вызвать ледниковый период. Далее он подсчитал, что удвоение содержания CO ₂ в атмосфере приведет к общему потеплению на 5–6 градусов Цельсия. ^[26]

Измерение

Как CO ₂ вызывает парниковый эффект.

Материя излучает тепловое излучение в количестве, прямо пропорциональном четвертой степени ее температуры . Часть радиации, испускаемой поверхностью Земли, поглощается парниковыми газами и облаками. Без этого поглощения средняя температура поверхности Земли составляла бы -18 ° C (-0,4 ° F). Однако из-за того, что часть излучения поглощается, средняя температура поверхности Земли составляет около 15 ° C (59 ° F). Таким образом, парниковый эффект Земли можно измерить как изменение температуры на 33 ° C (59 ° F).

Тепловое излучение характеризуется тем, сколько энергии оно несет, обычно в ваттах на квадратный метр (Вт/м ² ). Ученые также измеряют парниковый эффект, основываясь на том, насколько больше длинноволнового теплового излучения покидает поверхность Земли, чем достигает космоса. ^{[27] : 968  [27] : 934  [28] [29] [30]} В настоящее время длинноволновое излучение покидает поверхность со средней скоростью 398 Вт/м ² , но лишь 239 Вт/м ² достигает космоса. Таким образом, парниковый эффект Земли также можно измерить как изменение потока энергии на 159 Вт/м ² . ^{[27] : 968  [27] : 934} Парниковый эффект можно выразить как долю (0,40) или процент (40%) длинноволнового теплового излучения, которое покидает поверхность Земли, но не достигает космоса. ^{[27] : 968  [28] [31]}

Независимо от того, выражается ли парниковый эффект в изменении температуры или в изменении длинноволнового теплового излучения, измеряется один и тот же эффект. ^[28]

Роль в изменении климата

Скорость нагрева Земли (график) является результатом факторов, в том числе усиленного парникового эффекта. ^[32]

Усиление парникового эффекта за счет дополнительных парниковых газов в результате деятельности человека известно как усиленный парниковый эффект . ^{[15] : 2232} Это увеличение радиационного воздействия в результате деятельности человека наблюдалось не только в результате измерений ARGO , CERES и других инструментов на протяжении 21 века, ^{[33] : 7–17  , [34] [35]} и обусловлено главным образом повышением уровня углекислого газа в атмосфере. ^[36]

Кривая Килинга содержания CO ₂ в атмосфере .

CO ₂ образуется в результате сжигания ископаемого топлива и других видов деятельности, таких как производство цемента и вырубка тропических лесов . ^[37] Измерения CO ₂ обсерваторией Мауна-Лоа показывают, что концентрации увеличились примерно с 313 частей на миллион (ppm) ^[38] в 1960 году, преодолев отметку в 400 ppm в 2013 году. ^[39] Текущее наблюдаемое количество CO ₂ превышает максимумы геологических записей (≈300 ppm) по данным ледяных кернов. ^[40]

За последние 800 000 лет ^{[41] данные} ледяных кернов показывают, что содержание углекислого газа варьировалось от значений всего в 180 частей на миллион до доиндустриального уровня в 270 частей на миллион. ^[42] Палеоклиматологи считают, что изменения концентрации углекислого газа являются фундаментальным фактором, влияющим на изменения климата в этом временном масштабе. ^{[43] [44]}

Энергетический баланс и температура

Приходящее коротковолновое излучение

Спектр солнечного излучения для прямого света как в верхних слоях атмосферы Земли, так и на уровне моря.

Более горячая материя излучает более короткие волны излучения. В результате Солнце излучает коротковолновое излучение в виде солнечного света, а Земля и ее атмосфера излучают длинноволновое излучение . Солнечный свет включает ультрафиолетовое , видимое и ближнее инфракрасное излучение. ^{[15] : 2251}

Солнечный свет отражается и поглощается Землей и ее атмосферой. Атмосфера и облака отражают около 23% и поглощают 23%. Поверхность отражает 7% и поглощает 48%. ^[9] В целом Земля отражает около 30% поступающего солнечного света, ^{[45] [46]} и поглощает остальную часть (240 Вт/м ² ). ^{[27] : 934}

Исходящая длинноволновая радиация

Парниковый эффект — это уменьшение потока уходящей длинноволновой радиации, что влияет на радиационный баланс планеты. Спектр исходящей радиации показывает воздействие различных парниковых газов.

Земля и ее атмосфера излучают длинноволновое излучение , также известное как тепловое инфракрасное или земное излучение . ^{[15] : 2251} Неофициально длинноволновое излучение иногда называют тепловым излучением . Исходящая длинноволновая радиация (OLR) — это излучение Земли и ее атмосферы, которое проходит через атмосферу в космос.

Парниковый эффект можно непосредственно увидеть на графиках зависимости исходящего от Земли длинноволнового излучения от частоты (или длины волны). Площадь между кривой длинноволнового излучения, испускаемого поверхностью Земли, и кривой уходящего длинноволнового излучения указывает на величину парникового эффекта. ^[30]

Разные вещества отвечают за уменьшение энергии излучения, достигающего космоса на разных частотах; для некоторых частот роль играют несколько веществ. ^[29] Предполагается, что углекислый газ ответственен за падение уходящей радиации (и связанное с этим усиление парникового эффекта) на уровне около 667 см ^-1 (что эквивалентно длине волны 15 микрон). ^[47]

Каждый слой атмосферы, содержащий парниковые газы, поглощает часть длинноволновой радиации, излучаемой вверх из нижних слоев. Он также излучает длинноволновое излучение во всех направлениях, как вверх, так и вниз, в равновесии с количеством, которое оно поглотило. Это приводит к меньшим радиационным потерям тепла и большему количеству тепла внизу. Увеличение концентрации газов увеличивает количество поглощения и выбросов и, таким образом, приводит к сохранению большего количества тепла на поверхности и в нижних слоях. ^[48]

Эффективная температура

Температура, необходимая для испускания заданного количества теплового излучения.

Мощность уходящего длинноволнового излучения, испускаемого планетой, соответствует эффективной температуре планеты. Эффективная температура — это температура, которую должна иметь планета, излучающая однородную температуру ( черное тело ), ​​чтобы излучать такое же количество энергии.

Эту концепцию можно использовать для сравнения количества длинноволнового излучения, излучаемого в космос, и количества длинноволнового излучения, излучаемого поверхностью:

• Выбросы в космос: исходя из выбросов длинноволнового излучения в космос, общая эффективная температура Земли составляет -18 ° C (0 ° F). ^{[49] [48]}
• Выбросы с поверхности: Судя по тепловым выбросам с поверхности, эффективная температура поверхности Земли составляет около 16 °C (61 °F), ^{[27] : 934} , что на 34 °C (61 °F) теплее, чем общая эффективная температура Земли.

Температура поверхности Земли часто выражается как средняя температура приземного воздуха. Это около 15 °C (59 °F), ^{[4] [50]} немного ниже эффективной температуры поверхности. Это значение на 33 ° C (59 ° F) теплее, чем общая эффективная температура Земли.

Поток энергии

Поток энергии – это скорость потока энергии на единицу площади. Поток энергии выражается в единицах Вт/м ² , что представляет собой количество джоулей энергии, проходящих через квадратный метр каждую секунду. Большинство потоков, упоминаемых в обсуждениях климата на высоком уровне, являются глобальными величинами, что означает, что они представляют собой общий поток энергии по всему земному шару, разделенный на площадь поверхности Земли, 5,1 × 10 ¹⁴  м ² (5,1 × 10 ⁸  км ² ; 2,0 × 10 ⁸  квадратных миль). ^[51]

Потоки радиации, поступающие на Землю и покидающие Землю, важны, поскольку перенос излучения — единственный процесс, способный обмениваться энергией между Землей и остальной частью Вселенной. ^{[52] : 145}

Радиационный баланс

Температура планеты зависит от баланса между приходящей и исходящей радиацией. Если приходящая радиация превышает исходящую, планета нагреется. Если исходящая радиация превышает входящую, планета остынет. Планета будет стремиться к состоянию радиационного равновесия , при котором мощность исходящей радиации равна мощности поглощенной приходящей радиации. ^[53]

Энергетический дисбаланс Земли — это величина, на которую мощность приходящего солнечного света, поглощаемого поверхностью или атмосферой Земли, превышает мощность исходящего длинноволнового излучения, излучаемого в космос. Энергетический дисбаланс — это фундаментальное измерение, которое определяет температуру поверхности. ^[54] В презентации ООН говорится: «Индекс EEI является наиболее важным показателем, определяющим перспективы дальнейшего глобального потепления и изменения климата». ^[55] В одном исследовании утверждается: «Абсолютное значение EEI представляет собой наиболее фундаментальный показатель, определяющий состояние глобального изменения климата». ^[56]

Примерно в 2015 году энергетический дисбаланс Земли (EEI) составлял около 0,7 Вт/м ² , что указывает на то, что Земля в целом накапливает тепловую энергию и находится в процессе нагревания. ^{[27] : 934}

Более 90% сохраняемой энергии уходит на потепление океанов, гораздо меньшие количества идут на нагрев суши, атмосферы и льда. ^[57]

Сравнение восходящего потока длинноволновой радиации Земли в реальности и в гипотетическом сценарии, в котором парниковые газы и облака удаляются или теряют способность поглощать длинноволновое излучение - без изменения альбедо Земли (т.е. отражения/поглощения солнечного света). Вверху показан баланс между нагревом и охлаждением Земли, измеренный в верхних слоях атмосферы (TOA). На панели (а) показана реальная ситуация с активным парниковым эффектом. ^[58] На панели (b) показана ситуация сразу после прекращения поглощения; вся длинноволновая радиация, испускаемая поверхностью, достигнет космоса; будет больше охлаждения (за счет длинноволнового излучения, излучаемого в космос), чем потепления (от солнечного света). Этот дисбаланс приведет к быстрому падению температуры. На панели (c) показано окончательное стабильное устойчивое состояние после того, как поверхность достаточно остынет, чтобы излучать длинноволновое излучение, достаточное для соответствия потоку энергии от поглощенного солнечного света. ^[58]

Дневной и ночной цикл

Простая картина предполагает устойчивое состояние, но в реальном мире дневной/ночной ( суточный ) цикл, а также сезонный цикл и погодные возмущения усложняют ситуацию. Солнечное отопление применяется только в дневное время. Ночью атмосфера несколько охлаждается, но не сильно, поскольку тепловая инерция климатической системы сопротивляется изменениям как днем, так и ночью, а также в течение более длительных периодов времени. ^[59] Суточные изменения температуры уменьшаются с высотой в атмосфере.

Влияние скорости отклонения

Скорость отклонения

В нижней части атмосферы, тропосфере , температура воздуха снижается (или «падает») с увеличением высоты. Скорость изменения температуры с высотой называется градиентом . ^[60]

На Земле температура воздуха снижается в среднем примерно на 6,5°C/км (3,6°F на 1000 футов), хотя эта цифра варьируется. ^[60]

Понижение температуры вызвано конвекцией . Воздух, нагретый поверхностью, поднимается вверх. Поднимаясь вверх, воздух расширяется и охлаждается . Одновременно с этим опускается другой воздух, сжимается и нагревается. Этот процесс создает вертикальный градиент температуры в атмосфере. ^[60]

Этот вертикальный градиент температуры важен для парникового эффекта. Если бы градиент был равен нулю (так что температура атмосферы не менялась с высотой и была такой же, как температура поверхности), то парникового эффекта не было бы (т. е. его значение было бы равно нулю). ^[61]

Температура выбросов и высота над уровнем моря

Температуру, при которой испускалось тепловое излучение, можно определить путем сравнения интенсивности при определенном волновом числе с интенсивностью кривой излучения черного тела . На графике температуры выбросов находятся в диапазоне от T _min до T _s . «Волновое число» — это частота, деленная на скорость света).

Парниковые газы делают атмосферу вблизи поверхности Земли практически непрозрачной для длинноволновой радиации. Атмосфера становится прозрачной для длинноволнового излучения только на больших высотах, где воздух менее плотный, меньше водяного пара, а расширение линий поглощения под давлением ограничивает длины волн, которые могут поглощать молекулы газа. ^{[62] [52]}

Для любой заданной длины волны длинноволновое излучение, достигающее космоса, излучается определенным излучающим слоем атмосферы. Интенсивность испускаемого излучения определяется средневзвешенной температурой воздуха внутри этого слоя. Таким образом, для любой заданной длины волны излучения, испускаемого в космос, существует соответствующая эффективная температура излучения (или яркостная температура ). ^{[63] [52]}

Можно также сказать, что данная длина волны излучения имеет эффективную высоту излучения , которая представляет собой средневзвешенное значение высот внутри излучающего слоя.

Эффективная температура излучения и высота зависят от длины волны (или частоты). Это явление можно увидеть, исследуя графики излучения, испускаемого в космос. ^[63]

Парниковые газы и скорость падения

Парниковые газы (ПГ) в плотном воздухе у поверхности перехватывают большую часть длинноволнового излучения, испускаемого теплой поверхностью. Парниковые газы в разреженном воздухе на больших высотах (более прохладные из-за скорости падения температуры в окружающей среде ) излучают длинноволновую радиацию в космос с меньшей скоростью, чем выбросы с поверхности.

Поверхность Земли излучает длинноволновое излучение с длинами волн в диапазоне 4–100 микрон. ^[64] Парниковые газы, которые были в значительной степени прозрачны для поступающей солнечной радиации, более поглощают некоторые длины волн в этом диапазоне. ^[64]

Атмосфера у поверхности Земли в значительной степени непрозрачна для длинноволновой радиации, и большая часть потерь тепла с поверхности происходит за счет испарения и конвекции . Однако радиационные потери энергии становятся все более важными в атмосфере, в основном из-за снижения концентрации водяного пара, важного парникового газа.

Вместо того, чтобы думать о длинноволновом излучении, направляющемся в космос, как о исходящем с самой поверхности, более реалистично думать об этом исходящем излучении как об излучении слоя в средней тропосфере , который эффективно связан с поверхностью за счет градиента . Разница в температуре между этими двумя местами объясняет разницу между приземными выбросами и выбросами в космос, т. е. объясняет парниковый эффект. ^{[65] [66]}

Компоненты атмосферы, поглощающие инфракрасное излучение

Парниковые газы

Парниковый газ (ПГ) — это газ, который способствует улавливанию тепла, препятствуя потоку длинноволнового излучения из атмосферы планеты. Парниковые газы составляют большую часть парникового эффекта в энергетическом бюджете Земли . ^[15]

Инфракрасные активные газы

Газы, которые могут поглощать и излучать длинноволновое излучение, считаются активными в инфракрасном диапазоне ^[67] и действуют как парниковые газы.

Большинство газов, молекулы которых имеют два разных атома (например, окись углерода CO ), а также все газы с тремя или более атомами (включая H ₂ O и CO ₂ ), активны в инфракрасном диапазоне и действуют как парниковые газы. (Технически это происходит потому, что когда эти молекулы вибрируют , эти вибрации изменяют молекулярный дипольный момент или асимметрию в распределении электрического заряда. См. Инфракрасную спектроскопию .) ^[15]

Газы только с одним атомом (например, аргон, Ar) или с двумя одинаковыми атомами (например, азот, N
₂, и кислород, O
₂) не являются инфракрасными активными. Они прозрачны для длинноволнового излучения и для практических целей не поглощают и не излучают длинноволновое излучение. (Это потому, что их молекулы симметричны и поэтому не имеют дипольного момента.) Такие газы составляют более 99% сухой атмосферы. ^[15]

Поглощение и эмиссия

Длинноволновые коэффициенты поглощения водяного пара и углекислого газа. Для длин волн около 15 микрон (15 мкм в верхнем масштабе), когда поверхность Земли излучает сильно, CO ₂ является гораздо более сильным поглотителем, чем водяной пар.

Парниковые газы поглощают и излучают длинноволновое излучение в определенных диапазонах длин волн (организованных в виде спектральных линий или полос ). ^[15]

Когда парниковые газы поглощают радиацию, они передают полученную энергию окружающему воздуху в виде тепловой энергии (т. е. кинетической энергии молекул газа). Энергия передается от молекул парниковых газов к другим молекулам посредством молекулярных столкновений . ^[68]

Вопреки тому, что иногда говорят, парниковые газы не «переизлучают» фотоны после их поглощения. Поскольку каждая молекула испытывает миллиарды столкновений в секунду, любая энергия, которую молекула парникового газа получает в результате поглощения фотона, будет перераспределена между другими молекулами, прежде чем появится шанс испустить новый фотон. ^[68]

В ходе отдельного процесса парниковые газы испускают длинноволновую радиацию, скорость которой определяется температурой воздуха. Эта тепловая энергия либо поглощается другими молекулами парниковых газов, либо покидает атмосферу, охлаждая ее. ^[68]

Радиационное воздействие

Воздействие на воздух: воздух нагревается за счет скрытого тепла ( плавучий водяной пар конденсируется в капли воды и выделяет тепло), термальных источников (теплый воздух поднимается снизу) и солнечного света, поглощаемого атмосферой. ^[6] Воздух охлаждается радиационно за счет парниковых газов и облаков, испускающих длинноволновое тепловое излучение. В тропосфере парниковые газы обычно оказывают охлаждающее воздействие на воздух, излучая больше теплового излучения, чем поглощая. Потепление и охлаждение воздуха в среднем хорошо сбалансированы, так что атмосфера поддерживает примерно стабильную среднюю температуру. ^{[52] : 139  [69]}

Влияние на охлаждение поверхности: Длинноволновое излучение распространяется как вверх, так и вниз за счет поглощения и излучения в атмосфере. Эти компенсирующие потоки энергии уменьшают радиационное охлаждение поверхности (чистый восходящий поток радиационной энергии). Перенос скрытого тепла и термические процессы обеспечивают безызлучательное охлаждение поверхности, которое частично компенсирует это снижение, но чистое снижение охлаждения поверхности все равно происходит для данной температуры поверхности. ^{[52] : 139  [69]}

Влияние на энергетический баланс TOA: Парниковые газы влияют на энергетический баланс верхней части атмосферы (TOA), уменьшая поток длинноволнового излучения, испускаемого в космос, при заданной температуре поверхности. Таким образом, парниковые газы изменяют энергетический баланс ТОА. Это означает, что температура поверхности должна быть выше (чем эффективная температура планеты , т. е. температура, связанная с выбросами в космос), чтобы исходящая энергия, излучаемая в космос, уравновешивала поступающую энергию солнечного света. ^{[52] : 139  [69]} При рассуждениях о согревающем эффекте парниковых газов важно сосредоточиться на энергетическом балансе верхней части атмосферы (TOA) (а не на балансе приземной энергии). ^{[70] : 414}

Поток тепла в атмосфере Земли, показывающий (а) восходящий радиационный тепловой поток и восходящие/нисходящие потоки радиации, (б) восходящий нерадиационный тепловой поток ( скрытое тепло и термики ), (в) баланс между нагревом и охлаждением атмосферы в каждом высота и (d) температурный профиль атмосферы.

Облака и аэрозоли

Облака и аэрозоли обладают как охлаждающим эффектом, связанным с отражением солнечного света обратно в космос, так и согревающим эффектом, связанным с улавливанием теплового излучения.

В среднем облака оказывают сильный охлаждающий эффект. Однако сочетание эффектов охлаждения и потепления варьируется в зависимости от подробных характеристик конкретных облаков (включая их тип, высоту и оптические свойства). ^[71] Тонкие перистые облака могут привести к общему потеплению. Облака могут поглощать и излучать инфракрасное излучение и, таким образом, влиять на радиационные свойства атмосферы. ^[72]

Атмосферные аэрозоли влияют на климат Земли, изменяя количество приходящей солнечной радиации и исходящей земной длинноволновой радиации, сохраняемой в земной системе. Это происходит посредством нескольких различных механизмов, которые делятся на прямое, косвенное ^{[73] [74]} и полупрямое аэрозольное воздействие. Аэрозольные климатические эффекты являются крупнейшим источником неопределенности в будущих прогнозах климата. ^[75] Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК), Третий оценочный доклад, говорит: ^[76]

Хотя радиационное воздействие, вызванное парниковыми газами, может быть определено с достаточно высокой степенью точности... неопределенности, связанные с радиационным воздействием аэрозолей, остаются значительными и в значительной степени зависят от оценок глобальных исследований моделирования, которые трудно проверить на начальном этапе. настоящее время.

Основные формулы

Эффективная температура

Данный поток теплового излучения имеет связанную с ним эффективную температуру излучения или эффективную температуру . Эффективная температура — это температура, при которой черное тело (идеальный поглотитель/излучатель) должно излучать такое большое количество теплового излучения. ^[77] Таким образом, общая эффективная температура планеты определяется выражением

${\displaystyle T_{\mathrm {eff} }=(\mathrm {OLR} /\sigma )^{1/4}}$

где OLR — средний поток (мощность на единицу площади) уходящего длинноволнового излучения, испускаемого в космос, и — постоянная Стефана-Больцмана . Аналогично, эффективная температура поверхности определяется выражением ${\displaystyle \sigma }$

${\displaystyle T_{\mathrm {surface,eff} }=(\mathrm {SLR} /\sigma )^{1/4}}$

где SLR — средний поток длинноволнового излучения, испускаемого поверхностью. (OLR — общепринятая аббревиатура. SLR здесь используется для обозначения потока длинноволнового излучения, испускаемого поверхностью, хотя стандартной аббревиатуры для этого не существует.) ^[78]

Метрики парникового эффекта

Увеличение парникового эффекта Земли (2000-2022 гг.) по данным спутника NASA CERES.

По данным МГЭИК , парниковый эффект G составляет 159 Вт/м2 ^, где G — поток длинноволнового теплового излучения, покидающего поверхность, за вычетом потока уходящего длинноволнового излучения, достигающего космоса: ^{[27] : 968  [28] [ 30] [29]}

${\displaystyle G=\mathrm {SLR} -\mathrm {OLR} \;.}$

В качестве альтернативы парниковый эффект можно описать с помощью нормализованного парникового эффекта g̃ , определяемого как

${\displaystyle {\tilde {g}}=G/\mathrm {SLR} =1-\mathrm {OLR} /\mathrm {SLR} \;.}$

Нормализованный парниковый эффект — это доля теплового излучения, испускаемого поверхностью, которая не достигает космоса . Судя по данным МГЭИК, g̃ = 0,40. Другими словами, в космос достигает на 40 процентов меньше теплового излучения, чем то, что покидает поверхность. ^{[27] : 968  [28] [31]}

Иногда парниковый эффект выражается количественно как разница температур. Эта разница температур тесно связана с указанными выше величинами.

Когда парниковый эффект выражается как разница температур, это относится к эффективной температуре, связанной с выбросами теплового излучения с поверхности, минус эффективная температура, связанная с выбросами в космос: ${\displaystyle \Delta T_{\mathrm {GHE} }}$

${\displaystyle \Delta T_{\mathrm {GHE} }=T_{\mathrm {surface,eff} }-T_{\mathrm {eff} }}$

${\displaystyle \Delta T_{\mathrm {GHE} }=\left(\mathrm {SLR} /\sigma \right)^{1/4}-\left(\mathrm {OLR} /\sigma \right)^{1/4}}$

В неофициальных дискуссиях о парниковом эффекте реальную температуру поверхности часто сравнивают с температурой, которая была бы на планете, если бы не было парниковых газов. Однако в официальных технических дискуссиях, когда размер парникового эффекта количественно выражается как температура, это обычно делается с использованием приведенной выше формулы. Формула относится к эффективной температуре поверхности, а не к фактической температуре поверхности, и сравнивает поверхность с верхней частью атмосферы, а не сравнивает реальность с гипотетической ситуацией. ^[78]

Разница температур показывает, насколько теплее поверхность планеты, чем общая эффективная температура планеты. ${\displaystyle \Delta T_{\mathrm {GHE} }}$

Радиационный баланс

Парниковый эффект можно понимать как снижение эффективности планетарного охлаждения. Парниковый эффект количественно выражается как часть потока радиации, испускаемой поверхностью за вычетом той части, которая не достигает космоса, т.е. 40% или 159 Вт/м ² . Некоторая излучаемая радиация эффективно нейтрализуется нисходящей радиацией и поэтому не передает тепло . Испарение и конвекция частично компенсируют это снижение охлаждения поверхности. Низкие температуры на больших высотах ограничивают скорость тепловых выбросов в космос.

Энергетический дисбаланс (EEI) верхней части атмосферы Земли (TOA ) - это величина, на которую мощность приходящего излучения превышает мощность исходящего излучения: ^[55]

${\displaystyle \mathrm {EEI} =\mathrm {ASR} -\mathrm {OLR} }$

где ASR — средний поток поглощенной солнечной радиации. ASR может быть расширен как

${\displaystyle \mathrm {ASR} =(1-A)\,\mathrm {MSI} }$

где — альбедо (отражательная способность) планеты, а MSI — среднее солнечное излучение , падающее в верхнюю часть атмосферы. ${\displaystyle A}$

Температуру радиационного равновесия планеты можно выразить как

${\displaystyle T_{\mathrm {radeq} }=(\mathrm {ASR} /\sigma )^{1/4}=\left[(1-A)\,\mathrm {MSI} /\sigma \right]^{1/4}\;.}$

Температура планеты будет иметь тенденцию смещаться к состоянию радиационного равновесия, в котором энергетический дисбаланс TOA равен нулю, т.е. Когда планета находится в радиационном равновесии, общая эффективная температура планеты определяется выражением ${\displaystyle \mathrm {EEI} =0}$

${\displaystyle T_{\mathrm {eff} }=T_{\mathrm {radeq} }\;.}$

Таким образом, концепция радиационного равновесия важна, поскольку она указывает, к какой эффективной температуре будет стремиться планета. ^{[79] [58]}

Если, помимо знания эффективной температуры, мы знаем величину парникового эффекта, то мы знаем среднюю (среднюю) температуру поверхности планеты. ${\displaystyle T_{\mathrm {eff} }}$

Вот почему важна величина, известная как парниковый эффект: это одна из немногих величин, которые влияют на определение средней температуры поверхности планеты.

Парниковый эффект и температура

Как правило, планета близка к радиационному равновесию, при этом скорости поступающей и исходящей энергии хорошо сбалансированы. В таких условиях равновесная температура планеты определяется средней солнечной радиацией и планетарным альбедо (сколько солнечного света отражается обратно в космос, а не поглощается).

Парниковый эффект измеряет, насколько теплее поверхность, чем общая эффективная температура планеты. Итак, эффективная температура поверхности , используя определение , равна ${\displaystyle T_{\mathrm {surface,eff} }}$ ${\displaystyle \Delta T_{\mathrm {GHE} }}$

${\displaystyle T_{\mathrm {surface,eff} }=T_{\mathrm {eff} }+\Delta T_{\mathrm {GHE} }\;.}$

Можно также выразить связь между G или g̃ и использовать их . ${\displaystyle T_{\mathrm {surface,eff} }}$ ${\displaystyle T_{\mathrm {eff} }}$

Итак, принцип, согласно которому больший парниковый эффект соответствует более высокой температуре поверхности, если все остальное (т. е. факторы, определяющие ) остаются неизменными, верен по определению. ${\displaystyle T_{\mathrm {eff} }}$

Обратите внимание, что парниковый эффект влияет на температуру планеты в целом, наряду с тенденцией планеты двигаться к радиационному равновесию. ^[80]

Заблуждения

Общий тепловой поток Земли. Тепло (чистая энергия) всегда течет от более теплого к более холодному , соблюдая Второй закон термодинамики . ^[81] (Эта диаграмма теплового потока эквивалентна диаграмме энергетического баланса Земли НАСА . Данные за 2009 год.)

Иногда возникают недоразумения относительно того, как действует парниковый эффект и приводит к повышению температуры.

Поверхностное бюджетное заблуждение – распространенная ошибка мышления. ^{[70] : 413} Это предполагает представление о том, что увеличение концентрации CO ₂ может вызвать потепление только за счет увеличения нисходящего теплового излучения к поверхности, в результате чего атмосфера станет лучшим излучателем. Если атмосфера у поверхности уже почти непрозрачна для теплового излучения, это будет означать, что увеличение содержания CO ₂ не может привести к повышению температуры. Однако было бы ошибкой сосредотачиваться на энергетическом балансе поверхности, а не на энергетическом балансе верхних слоев атмосферы. Независимо от того, что происходит на поверхности, увеличение концентрации CO ₂ имеет тенденцию уменьшать тепловое излучение, достигающее космоса (OLR), что приводит к энергетическому дисбалансу TOA, что приводит к потеплению. Более ранние исследователи, такие как Каллендар (1938) и Пласс (1959), сосредоточились на балансе энергии на поверхности, но работа Манабе в 1960-х годах прояснила важность баланса энергии в верхних слоях атмосферы. ^{[70] : 414}

Среди тех, кто не верит в парниковый эффект, бытует заблуждение, что парниковый эффект предполагает, что парниковые газы передают тепло из прохладной атмосферы на теплую поверхность планеты, что нарушает Второй закон термодинамики . ^{[81] [82]} Однако эта идея отражает недоразумение. Радиационный тепловой поток представляет собой чистый поток энергии после учета потоков излучения в обоих направлениях. ^[80] Радиационный тепловой поток происходит в направлении от поверхности к атмосфере и космосу, ^[6] как и следовало ожидать , учитывая, что поверхность теплее, чем атмосфера и космос. Хотя парниковые газы испускают тепловое излучение вниз к поверхности, это часть нормального процесса радиационной теплопередачи . ^[83] Нисходящее тепловое излучение просто уменьшает поток чистой энергии восходящего теплового излучения (радиационный тепловой поток), т.е. оно уменьшает охлаждение. ^[68]

Упрощенные модели

Энергия течет между космосом, атмосферой и поверхностью Земли, при этом парниковые газы в атмосфере поглощают и излучают лучистое тепло, влияя на энергетический баланс Земли . Данные по состоянию на 2007 год.

Упрощенные модели иногда используются для понимания того, как возникает парниковый эффект и как он влияет на температуру поверхности.

Модели атмосферного слоя

Парниковый эффект можно увидеть в упрощенной модели , в которой воздух рассматривается как единый однородный слой, обменивающийся излучением с землей и космосом. ^[84] Чуть более сложные модели добавляют дополнительные слои или вводят конвекцию. ^[85]

Эквивалентная высота выброса

Одним из упрощений является рассмотрение всей исходящей длинноволновой радиации как исходящей с высоты, где температура воздуха равна общей эффективной температуре планетарных излучений . ^[86] Некоторые авторы называют эту высоту эффективным уровнем излучения (ERL) и предполагают, что по мере увеличения концентрации CO ₂ ERL должен повышаться, чтобы поддерживать ту же массу CO ₂ выше этого уровня. ^[87] ${\displaystyle T_{\mathrm {eff} }}$

Этот подход менее точен, чем учет изменения длины волны излучения в зависимости от высоты излучения. Однако это может быть полезно для упрощенного понимания парникового эффекта. ^[86] Например, его можно использовать для объяснения того, как парниковый эффект усиливается по мере увеличения концентрации парниковых газов. ^{[88] [87] [66]}

Общая эквивалентная высота выбросов Земли увеличивается с тенденцией на 23 м (75 футов)/десятилетие, что, как утверждается, соответствует глобальному среднему приземному потеплению на 0,12 °C (0,22 °F)/десятилетие за период 1979–2011 гг. . ^[86]

Сопутствующие эффекты на Земле

Отрицательный парниковый эффект

Ученые заметили, что временами над некоторыми частями Антарктиды возникает отрицательный парниковый эффект. ^{[89] [90]} В местах, где наблюдается сильная инверсия температуры, так что воздух теплее, чем поверхность, парниковый эффект может быть обращен вспять, так что присутствие парниковых газов увеличивает скорость радиационного излучения. охлаждение в космос. В этом случае скорость излучения теплового излучения в космос превышает скорость излучения теплового излучения поверхностью. Таким образом, локальное значение парникового эффекта отрицательно.

Безудержный парниковый эффект

Большинство ученых считают, что безудержный парниковый эффект неизбежен в долгосрочной перспективе, поскольку Солнце постепенно становится более ярким по мере старения и будет означать конец всей жизни на Земле. Поскольку примерно через миллиард лет Солнце станет на 10% ярче, температура поверхности Земли достигнет 47 ° C (117 ° F) (если Альбедо не увеличится достаточно), что приведет к быстрому повышению температуры Земли и кипению ее океанов. далеко, пока не превратится в тепличную планету, подобную сегодняшней Венере.

Тела, отличные от Земли

В Солнечной системе, помимо Земли, парниковый эффект имеют еще как минимум две планеты и Луна.

Венера

Парниковый эффект на Венере особенно велик: температура поверхности достигает 735 К (462 ° C; 863 ° F). Это связано с очень плотной атмосферой, которая на 97% состоит из углекислого газа. ^[92]

Хотя Венера примерно на 30% ближе к Солнцу, она поглощает (и нагревается) меньше солнечного света , чем Земля, поскольку Венера отражает 77% падающего солнечного света, а Земля отражает около 30%. В отсутствие парникового эффекта можно было бы ожидать, что температура поверхности Венеры составит 232 К (-41 ° C; -42 ° F). Таким образом, вопреки распространенному мнению, близость к Солнцу не является причиной того, что Венера теплее Земли. ^{[94] [95] [96]}

Из-за высокого давления CO ₂ в атмосфере Венеры демонстрирует непрерывное поглощение (поглощение в широком диапазоне длин волн) и не ограничивается поглощением в полосах, соответствующих его поглощению на Земле. ^[63]

В течение многих лет предполагалось, что на Венере произошел безудержный парниковый эффект с участием углекислого газа и водяного пара ; ^[97] эта идея до сих пор широко принята. ^[98] На планете Венера произошел безудержный парниковый эффект, в результате чего атмосфера на 96% состоит из углекислого газа , а атмосферное давление на поверхности примерно такое же, как на глубине 900 м (3000 футов) под водой на Земле. На Венере могли быть водные океаны, но они выкипели, когда средняя температура поверхности выросла до нынешних 735 К (462 ° C; 863 ° F). ^{[99] [100] [101]}

Марс

На Марсе примерно в 70 раз больше углекислого газа, чем на Земле, ^[102] но на нем наблюдается лишь небольшой парниковый эффект, около 6 К (11 °F). ^[91] Парниковый эффект невелик из-за отсутствия водяного пара и общей разреженности атмосферы. ^[103]

Те же расчеты переноса излучения, которые предсказывают потепление на Земле, точно объясняют температуру на Марсе, учитывая состав его атмосферы. ^{[104] [105] [78]}

Титан

Спутник Сатурна Титан обладает как парниковым, так и антипарниковым эффектом . Присутствие азота ( N 2 ), метана ( CH 4 ) и водорода ( H 2 ) в атмосфере способствует парниковому эффекту, повышая температуру поверхности на 21 K (38 °F) по сравнению с ожидаемой температурой тела без эти газы. ^{[92] [106]}

Хотя газы N ₂ и H ₂ обычно не поглощают инфракрасное излучение, эти газы поглощают тепловое излучение на Титане из-за столкновений, вызванных давлением, большой массы и толщины атмосферы, а также длинных волн теплового излучения от холодной поверхности. . ^{[63] [92] [106]}

Существование высотной дымки, которая поглощает длины волн солнечного излучения, но прозрачна для инфракрасного излучения, способствует антипарниковому эффекту примерно 9 К (16 ° F). ^{[92] [106]}

Конечным результатом этих двух эффектов является потепление на 21 К - 9 К = 12 К (22 ° F), поэтому температура поверхности Титана 94 К (-179 ° C; -290 ° F) на 12 К теплее, чем могла бы быть. было бы, если бы не было атмосферы. ^{[92] [106]}

Эффект давления

Невозможно предсказать относительные размеры парникового эффекта на различных телах, просто сравнивая количество парниковых газов в их атмосферах. Это связано с тем, что в определении размера парникового эффекта играют роль и другие факторы, помимо количества этих газов.

Общее атмосферное давление влияет на то, сколько теплового излучения может поглотить каждая молекула парникового газа. Высокое давление приводит к большему поглощению, а низкое давление – к меньшему. ^[63]

Это происходит из-за «давления» спектральных линий . Когда общее атмосферное давление выше, столкновения между молекулами происходят с большей скоростью. Столкновения расширяют ширину линий поглощения, позволяя парниковому газу поглощать тепловое излучение в более широком диапазоне длин волн. ^{[70] : 226}

Каждая молекула в воздухе у поверхности Земли испытывает около 7 миллиардов столкновений в секунду. Эта скорость ниже на больших высотах, где давление и температура ниже. ^[107] Это означает, что парниковые газы способны поглощать больше длин волн в нижних слоях атмосферы, чем в верхних слоях атмосферы. ^{[62] [52]}

На других планетах расширение давления означает, что каждая молекула парникового газа более эффективно улавливает тепловое излучение, если общее атмосферное давление высокое (как на Венере), и менее эффективно улавливает тепловое излучение, если атмосферное давление низкое (как на Венере). Марс). ^[63]

Антипарниковый эффект

Антипарниковый эффект — это процесс, который происходит, когда энергия солнца небесного объекта поглощается или рассеивается верхними слоями атмосферы объекта , не позволяя этой энергии достичь поверхности, что приводит к охлаждению поверхности — противоположности парниковому эффекту. В идеальном случае, когда верхние слои атмосферы поглощают весь солнечный свет и почти прозрачны для инфракрасной (тепловой) энергии от поверхности, температура поверхности снизится на 16%, что представляет собой значительное охлаждение. ^[108]

Смотрите также

• Портал глобального потепления
• Экологический портал

• Обратная связь по изменению климата
• Климатическая модель
• Глобальное затемнение
• Идеализированная модель теплицы
• Иллюстративная модель парникового эффекта на изменение климата
• Управление солнечной радиацией

Рекомендации

1. «Солнечная радиация и энергетический баланс Земли». Климатическая система – EESC 2100, весна 2007 г. Колумбийский университет. Архивировано из оригинала 4 ноября 2004 года . Проверено 15 октября 2010 г.
2. Ле Тройт Х, Сомервилль Р, Кубаш Ю, Дин Ю, Мауритцен С , Мокссит А, Петерсон Т, Пратер М (2007). «Исторический обзор науки об изменении климата» (PDF) . Соломон С., Цинь Д., Мэннинг М., Чен З., Маркиз М., Аверит К.Б., Тиньор М., Миллер Х.Л. (ред.). Изменение климата 2007: Основы физической науки. Вклад Рабочей группы I в Четвертый оценочный доклад Межправительственной группы экспертов по изменению климата . Кембридж, Великобритания и Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Издательство Кембриджского университета. п. 97. Архивировано из оригинала (PDF) 26 ноября 2018 года . Проверено 25 марта 2014 г.
3. «Неуловимая абсолютная температура приземного воздуха (SAT)» . Годдардский институт космических исследований . НОАА . Архивировано из оригинала 5 сентября 2015 года . Проверено 3 сентября 2008 г.
4. «Среднегодовая температура». Трекер изменения климата .
5. Краткое описание парникового эффекта дано в четвертом оценочном отчете Межправительственной группы экспертов по изменению климата «Что такое парниковый эффект?» Часто задаваемые вопросы 1.3 - AR4 WGI, глава 1: Исторический обзор науки об изменении климата. Архивировано 5 августа 2019 года в Wayback Machine , Четвертый оценочный отчет IIPCC, глава 1, стр. 115: «Чтобы сбалансировать поглощаемую поступающую [солнечную] энергию, Земля должна, В среднем излучают такое же количество энергии обратно в космос. Поскольку Земля намного холоднее Солнца, она излучает на гораздо более длинных волнах, в основном в инфракрасной части спектра (см. рисунок 1). Большая часть этого теплового излучения испускается земля и океан поглощаются атмосферой, включая облака, и переизлучаются обратно на Землю. Это называется парниковым эффектом». Шнайдер, Стивен Х. (2001). «Глобальное изменение климата с человеческой точки зрения». В Бенгтссоне, Леннарт О.; Хаммер, Клаус У. (ред.). Геосферно-биосферные взаимодействия и климат . Издательство Кембриджского университета. стр. 90–91. ISBN
    978-0-521-78238-8. Архивировано из оригинала 2 августа 2020 года . Проверено 31 мая 2018 г.
   Клауссен, Э.; Кокран, Вирджиния; Дэвис, ДП, ред. (2001). «Глобальные климатические данные». Изменение климата: наука, стратегии и решения . Университет Мичигана. п. 373. ИСБН 978-9004120242. Архивировано из оригинала 18 мая 2020 года . Проверено 1 июня 2018 г.
   Аллаби, А.; Аллаби, М. (1999). Словарь наук о Земле . Издательство Оксфордского университета. п. 244. ИСБН 978-0-19-280079-4.
6. Ребекка, Линдси (14 января 2009 г.). «Климат и энергетический бюджет Земли: тематические статьи». Earthobservatory.nasa.gov . Архивировано из оригинала 21 января 2021 года . Проверено 14 декабря 2020 г.
7. Фокс, Алекс. «Углекислый газ в атмосфере достиг нового максимума, несмотря на сокращение выбросов в результате пандемии». Смитсоновский журнал . Архивировано из оригинала 10 июня 2021 года . Проверено 22 июня 2021 г.
8. Линдси, Ребекка; Дальман, Луанн. «Изменение климата: глобальная температура». NOAA Climate.gov .
9. «Каков энергетический бюджет Земли? Пять вопросов парню, который знает». НАСА.gov . 10 апреля 2017 года . Проверено 24 апреля 2023 г.
10. Фурье, Дж. (1824). «Общие замечания по температуре Земли на планете и планетарных пространствах». Annales de Chimie et de Physique (на французском языке). 27 : 136–167. Архивировано из оригинала 2 августа 2020 года . Проверено 8 июня 2020 г.
11. Фут, Юнис (ноябрь 1856 г.). Обстоятельства, влияющие на тепло солнечных лучей. Том. 22. С. 382–383. Архивировано из оригинала 30 сентября 2020 года . Проверено 31 января 2016 г. {{cite book}}: |work=игнорируется ( помощь )
12. Хаддлстон, Амара (17 июля 2019 г.). «Поздравляю Юнис Фут с 200-летием, пионера науки о скрытом климате». NOAA Climate.gov . Архивировано из оригинала 30 сентября 2020 года . Проверено 8 октября 2019 г.
13. Истербрук, Стив (18 августа 2015 г.). «Кто первым ввел термин «парниковый эффект»?». Серендипность . Архивировано из оригинала 13 ноября 2015 года . Проверено 11 ноября 2015 г.
14. Экхольм Н (1901). «Об изменениях климата геологического и исторического прошлого и их причинах». Ежеквартальный журнал Королевского метеорологического общества . 27 (117): 1–62. Бибкод : 1901QJRMS..27....1E. дои : 10.1002/qj.49702711702.
15. IPCC, 2021: Приложение VII: Глоссарий [Мэттьюз, Дж.Б.Р., В. Мёллер, Р. ван Димен, Дж. С. Фуглеведт, В. Массон-Дельмотт, К. Мендес, С. Семенов, А. Райзингер (ред.)]. Изменение климата в 2021 году: физические научные основы. Вклад Рабочей группы I в шестой оценочный доклад Межправительственной группы экспертов по изменению климата [Массон-Дельмотт, В., П. Чжай, А. Пирани, С.Л. Коннорс, К. Пеан, С. Бергер, Н. Код, Ю. Чен, Л. Гольдфарб, М. И. Гомис, М. Хуанг, К. Лейтцелл, Э. Лонной, Дж. Б. Р. Мэтьюз, Т. К. Мэйкок, Т. Уотерфилд, О. Елекчи, Р. Ю и Б. Чжоу (ред.)]. Издательство Кембриджского университета, Кембридж, Великобритания и Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США, стр. 2215–2256, doi: 10.1017/9781009157896.022.
16. Уорли, Джон. «Теплицы: отопление, охлаждение и вентиляция». Расширение Университета Джорджии . Архивировано из оригинала 12 марта 2023 года . Проверено 12 марта 2023 г.
17. Вклад Рабочей группы I в Четвертый оценочный отчет Межправительственной группы экспертов по изменению климата, 2007 г., Глава 1. Издательство Кембриджского университета, Кембридж, Великобритания и Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США. п. 115 . Проверено 24 марта 2023 г. Стеклянные стены в теплице уменьшают приток воздуха и повышают температуру воздуха внутри. Аналогично, но посредством другого физического процесса, парниковый эффект Земли нагревает поверхность планеты.
18. Фут, Юнис, 1856. Обстоятельства, влияющие на тепло солнечных лучей»: статья XXXI, Американский журнал науки и искусств, 2-я серия, т. XXII / № LXVI, ноябрь 1856 г., стр. 382-383.
19. Фурье, Дж. (1824). «Общие замечания по температуре Земли на планете и планетарных пространствах». Annales de Chimie et de Physique (на французском языке). 27 : 136–167. Архивировано из оригинала 2 августа 2020 года . Проверено 8 июня 2020 г.
20. Фут, Юнис (ноябрь 1856 г.). Обстоятельства, влияющие на тепло солнечных лучей. Том. 22. С. 382–383. Архивировано из оригинала 30 сентября 2020 года . Проверено 31 января 2016 г. {{cite book}}: |work=игнорируется ( помощь )
21. Хаддлстон, Амара (17 июля 2019 г.). «Поздравляю Юнис Фут с 200-летием, пионера науки о скрытом климате». NOAA Climate.gov . Архивировано из оригинала 30 сентября 2020 года . Проверено 8 октября 2019 г.
22. Джон Тиндалл, Тепло рассматривается как способ движения (500 страниц; 1863, 1873 годы)
23. Хелд, Исаак М.; Соден, Брайан Дж. (ноябрь 2000 г.). «Обратная связь с водяным паром и глобальное потепление». Ежегодный обзор энергетики и окружающей среды . 25 : 441–475. CiteSeerX 10.1.1.22.9397 . дои : 10.1146/annurev.energy.25.1.441 . 
24. Истербрук, Стив (18 августа 2015 г.). «Кто первым ввел термин «парниковый эффект»?». Серендипность . Архивировано из оригинала 13 ноября 2015 года . Проверено 11 ноября 2015 г.
25. Экхольм Н (1901). «Об изменениях климата геологического и исторического прошлого и их причинах». Ежеквартальный журнал Королевского метеорологического общества . 27 (117): 1–62. Бибкод : 1901QJRMS..27....1E. дои : 10.1002/qj.49702711702.
26. Сванте Аррениус (1896). «О влиянии углекислоты воздуха на температуру земли». Философский журнал и научный журнал . 41 (251): 237–276. дои : 10.1080/14786449608620846.
27. «Глава 7: Энергетический бюджет Земли, климатические обратные связи и чувствительность климата». Изменение климата 2021: Физические научные основы (PDF) . МГЭИК. 2021 . Проверено 24 апреля 2023 г.
28. Раваль, А.; Раманатан, В. (1989). «Наблюдательное определение парникового эффекта». Природа . 342 (6251): 758–761. Бибкод : 1989Natur.342..758R. дои : 10.1038/342758a0. S2CID  4326910.
29. Шмидт, Джорджия; Руди, РА; Миллер, РЛ; Лацис, А.А. (2010). «Атрибуция современного общего парникового эффекта» (PDF) . Журнал геофизических исследований . 115 (Д20). Бибкод : 2010JGRD..11520106S. дои : 10.1029/2010JD014287 . Проверено 14 июня 2023 г.
30. Гэвин Шмидт (1 октября 2010 г.). «Измерение парникового эффекта». Институт космических исследований имени Годдарда НАСА - Научные обзоры. Архивировано из оригинала 21 апреля 2021 года . Проверено 13 января 2022 г.
31. Раваль, А.; Раманатан, В. (1990). «Наблюдательное определение парникового эффекта». Глобальные климатические обратные связи: материалы семинара Брукхейвенской национальной лаборатории : 5–16 . Проверено 24 апреля 2023 г.
32. Джозеф Аткинсон (22 июня 2021 г.). «Земля имеет значение: радиационный баланс Земли разбалансирован». Земная обсерватория НАСА. Архивировано из оригинала 10 апреля 2022 года . Проверено 1 марта 2022 г.
33. «IPCC AR6 WG1» (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 9 августа 2021 года.
34. Роберт МакСвини (25 февраля 2015 г.). «Новое исследование напрямую измеряет парниковый эффект на поверхности Земли». Углеродное резюме. Архивировано из оригинала 18 апреля 2021 года . Проверено 18 апреля 2021 г.
35. «Прямые наблюдения подтверждают, что люди выводят из баланса энергетический бюджет Земли» . физ.орг . Science X. 26 марта 2021 г. Архивировано из оригинала 18 апреля 2021 г. Проверено 18 апреля 2021 г.
36. «Усиленный парниковый эффект». Ace.mmu.ac.uk. Архивировано из оригинала 24 октября 2010 года . Проверено 15 октября 2010 г.
37. Четвертый оценочный отчет МГЭИК, отчет Рабочей группы I «Физико-научные основы». Архивировано 15 марта 2011 г. в Wayback Machine, глава 7.
38. «Атмосферный углекислый газ - Мауна-Лоа». НОАА . Архивировано из оригинала 20 мая 2019 года . Проверено 8 декабря 2008 г.
39. «Климатическая веха: уровень CO2 на Земле превышает 400 частей на миллион» . Национальная география . 12 мая 2013 г. Архивировано из оригинала 15 декабря 2013 г. . Проверено 10 декабря 2017 г.
40. Хансен Дж. (февраль 2005 г.). «Скользкий путь: насколько глобальное потепление представляет собой «опасное антропогенное вмешательство»?». Климатические изменения . 68 (333): 269–279. Бибкод : 2005ClCh...68..269H. дои : 10.1007/s10584-005-4135-0. S2CID  153165132. Архивировано из оригинала 1 августа 2020 года . Проверено 8 июня 2020 г.
41. «Глубокий лед рассказывает долгую климатическую историю» . Новости BBC . 4 сентября 2006 г. Архивировано из оригинала 23 января 2013 г. . Проверено 4 мая 2010 г.
42. Хилеман Б (28 ноября 2005 г.). «Рекорд ледяного ядра продлен». Новости химии и техники . 83 (48): 7. doi :10.1021/cen-v083n048.p007. Архивировано из оригинала 15 мая 2019 года . Проверено 6 сентября 2006 г.
43. Боуэн, Марк (2006). Тонкий лед: раскрываем тайны климата в самых высоких горах мира. Книги совы. ISBN 978-1429932707. Архивировано из оригинала 2 августа 2020 года . Проверено 1 июня 2018 г.
44. Изменение температуры и изменение углекислого газа. Архивировано 18 января 2017 года в Wayback Machine , Национальное управление океанических и атмосферных исследований США.
45. "Информационный бюллетень НАСА о Земле" . Nssdc.gsfc.nasa.gov. Архивировано из оригинала 25 декабря 2015 года . Проверено 15 октября 2010 г.
46. Джейкоб, Дэниел Дж. (1999). «7. Парниковый эффект». Введение в химию атмосферы . Издательство Принстонского университета. ISBN 978-1400841547. Архивировано из оригинала 3 октября 2010 года . Проверено 9 декабря 2009 г.
47. ван Вейнгаарден, Вашингтон; Хаппер, В. (2020). «Зависимость теплового излучения Земли от пяти наиболее распространенных парниковых газов» (PDF) . Физика атмосферы и океана . arXiv: 2006.03098. arXiv : 2006.03098 .
48. Четвертый оценочный отчет Межправительственной группы экспертов по изменению климата. Глава 1: Исторический обзор науки об изменении климата. Архивировано 26 ноября 2018 г. в Wayback Machine ^{: 97.}
49. «Солнечная радиация и энергетический баланс Земли». Eesc.columbia.edu. Архивировано из оригинала 17 июля 2012 года . Проверено 15 октября 2010 г.
50. Неуловимая «абсолютная температура приземного воздуха», см. обсуждение GISS. Архивировано 5 сентября 2015 г. на Wayback Machine.
51. «Какова площадь поверхности Земли?». Вселенная сегодня . 11 февраля 2017 года . Проверено 1 июня 2023 г.
52. Уоллес, Дж. М.; Хоббс, П.В. (2006). Наука об атмосфере (2-е изд.). Академическая пресса. ISBN 978-0-12-732951-2.
53. «Радиационный баланс Земли». CIMSS: Университет Висконсина . Проверено 25 апреля 2023 г.
54. «Не беспокойтесь о CO2, беспокойтесь об« энергетическом балансе Земли »» . Научный американец . Проверено 2 июня 2023 г.
55. «Энергетический дисбаланс Земли: куда уходит энергия?» (PDF) . Изменение климата ООН . Проверено 14 июня 2023 г.
56. фон Шукманн, К.; Палмер, М.; Тренберт, К.; Казенав, А.; Чемберс, Д.; Шампольон, Н.; Хансен, Дж.; Джози, ЮАР; Леб, Н.; Мэтью, ПП; Мейсиньяк, Б.; Уайлд, М. (2016). «Необходимо следить за энергетическим дисбалансом Земли» (PDF) . Природа Изменение климата . 6 (2): 138–144. Бибкод : 2016NatCC...6..138В. дои : 10.1038/nclimate2876.
57. Хокинс, Эд (27 января 2016 г.). «Энергетический дисбаланс Земли». Книга «Климатическая лаборатория» . Проверено 16 июля 2023 г.
58. «Энергетический бюджет Земли RRTM». Чикагский университет . Проверено 9 июня 2023 г.
59. Мишон Скотт (24 апреля 2006 г.). «Большое тепловое ведро Земли - плохие новости, хорошие новости». Земная обсерватория НАСА. Архивировано из оригинала 4 декабря 2022 года . Проверено 4 декабря 2022 г.
60. Ньюджент, Элисон; ДеКу, Дэвид. «АТМОСФЕРНЫЕ ПРОЦЕССЫ И ЯВЛЕНИЯ: Глава 5: Устойчивость атмосферы» . Проверено 31 мая 2023 г.
61. Томас, Гэри Э.; Стамнес, Кнут (1999). Перенос радиации в атмосфере и океане . Издательство Кембриджского университета. ISBN 0-521-40124-0.
62. Стронг, Дж.; Пласс, Г.Н. (1950). «Влияние расширения спектральных линий под давлением на температуру атмосферы». Астрофизический журнал . 112 : 365. Бибкод : 1950ApJ...112..365S. дои : 10.1086/145352.
63. Пьерумберт, RT (январь 2011 г.). «Инфракрасное излучение и планетарная температура» (PDF) . Физика сегодня . Американский институт физики. стр. 33–38.
64. Митчелл, Джон Ф.Б. (1989). «Парниковый эффект и изменение климата» (PDF) . Обзоры геофизики . 27 (1): 115–139. Бибкод : 1989RvGeo..27..115M. CiteSeerX 10.1.1.459.471 . дои : 10.1029/RG027i001p00115. Архивировано (PDF) из оригинала 15 июня 2011 года . Проверено 23 марта 2008 г. 
65. Манн, Майкл; Годе, Брайан. «METEO 469: От метеорологии к смягчению последствий - Понимание глобального потепления - Урок 5 - Моделирование климатической системы - Однослойная модель энергетического баланса». Государственный колледж минералов и наук о Земле Пенсильвании - факультет метеорологии и атмосферных наук. Архивировано из оригинала 31 октября 2022 года . Проверено 4 ноября 2022 г.
66. Циперман, Эли (2022). Наука о глобальном потеплении . Издательство Принстонского университета. ISBN 9780691228808.
67. Арчер, Дэвид (2011). Глобальное потепление: понимание прогноза, Глава 4: Парниковые газы (PDF) (2-е изд.). Уайли. ISBN 978-0470943410. Проверено 14 июня 2023 г.
68. «Энергетический бюджет Земли II - излучаемая Землей радиация, парниковый эффект и общий энергетический баланс». Университет Аризоны, гидрология и атмосферные науки. 2017 . Проверено 28 мая 2023 г.
69. Манабе, С.; Стриклер, РФ (1964). «Тепловое равновесие атмосферы с конвективной поправкой». Дж. Атмос. Наука . 21 (4): 361–385. Бибкод : 1964JAtS...21..361M. doi : 10.1175/1520-0469(1964)021<0361:TEOTAW>2.0.CO;2 .
70. Пьерумберт, Раймонд Т. (2010). Принципы планетарного климата . Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-0-521-86556-2.
71. «Радиационный эффект облаков». Лаборатория геофизической гидродинамики NOAA . Проверено 15 июня 2023 г.
72. Лиу, Куо-Нан (1 июня 1986 г.). «Влияние перистых облаков на погодные и климатические процессы: глобальная перспектива». Ежемесячный обзор погоды . 114 (6): 1167–1199. Бибкод : 1986MWRv..114.1167L. doi : 10.1175/1520-0493(1986)114<1167:IOCCOW>2.0.CO;2 . ISSN  1520-0493.
73. Хейвуд, Джеймс; Буше, Оливье (ноябрь 2000 г.). «Оценки прямого и косвенного радиационного воздействия, вызванного тропосферными аэрозолями: обзор». Обзоры геофизики . 38 (4): 513–543. Бибкод : 2000RvGeo..38..513H. дои : 10.1029/1999RG000078. S2CID  129107853.
74. Туми С (1977). «Влияние загрязнения на коротковолновое альбедо облаков». Журнал атмосферных наук . 34 (7): 1149–1152. Бибкод : 1977JAtS...34.1149T. doi : 10.1175/1520-0469(1977)034<1149:TIOPOT>2.0.CO;2 .
75. Форстер П., Рамасвами В., Артаксо П., Бернтсен Т., Беттс Р., Фэйи Д.В., Хейвуд Дж. и др. (октябрь 2007 г.). «Вклад Рабочей группы I в Четвертый оценочный отчет Межправительственной группы экспертов по изменению климата в 2007 году: Физическая научная основа». Соломон С., Цинь Д., Мэннинг М., Чен З., Маркиз М., Аверит К.Б., Тиньор М., Миллер Х.Л. (ред.). Изменения в составе атмосферы и радиационном воздействии . Кембридж, Великобритания и Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США: Издательство Кембриджского университета. стр. 129–234.
76. «6.7.8 Обсуждение неопределенностей» . Третий оценочный доклад МГЭИК – Изменение климата, 2001 г. Архивировано из оригинала 28 февраля 2002 года . Проверено 14 июля 2012 г.
77. «Вставка 2: Солнечная и земная радиация и парниковый эффект (адаптировано из Mackenzie, 2003)» (PDF) . Академия Майрона Б. Томпсона . 2006.
78. Haberle, Роберт М. (2013). «Оценка силы парникового эффекта Марса». Икар . 223 (1): 619–620. Бибкод : 2013Icar..223..619H. дои : 10.1016/j.icarus.2012.12.022.
79. «Прогнозируемые планетарные температуры». Инструментарий ACS по климатологии . Американское химическое общество. Архивировано из оригинала 26 марта 2023 года . Проверено 14 июня 2023 г.
80. Модест, Майкл Ф. (2021). Радиационная теплопередача (4-е изд.). Академическая пресса. ISBN 978-0323984065.
81. «Глобальное потепление нарушает второй закон термодинамики: краткие ответы на заявления об отрицании изменения климата». Университет Мэриленда . Проверено 13 июня 2023 г.
82. Халперн, Дж.Б.; Клоуз, СМ; Хо-Стюарт, К.; Шор, Джей Ди; Смит, АП; Циммерманн, Дж. (2010). «Комментарий к теме «Фальсификация парниковых эффектов CO2 в атмосфере в рамках физики»". Международный журнал современной физики B. 24 ( 10): 1309–1332. doi : 10.1142/S021797921005555X.
83. Сигел, Р.; Хауэлл, младший (1971). «Теплоперенос теплового излучения» (PDF) . НАСА . Проверено 28 мая 2023 г.
84. «Набор инструментов ACS по науке о климате - Потепление атмосферы - однослойная модель атмосферы» . Американское химическое общество . Проверено 2 октября 2022 г.
85. «Набор инструментов ACS по климатологии - Потепление атмосферы - Многослойная модель атмосферы» . Американское химическое общество . Проверено 2 октября 2022 г.
86. Бенестад, RE (2017). «Ментальная картина парникового эффекта». Теория прикладного климата . 128 (3–4): 679–688. дои : 10.1007/s00704-016-1732-y . S2CID  123923155.
87. «Радиационный баланс системы Земля-атмосфера». Науки об атмосфере и океане . Университет Висконсина . Проверено 1 июня 2023 г. На основе отчета Хореля и Гейслера (1996) «Глобальные изменения окружающей среды: атмосферная перспектива».
88. Бенестад, RE (2016). «Как лучше всего описать парниковый эффект?». Реальный Климат . Проверено 1 июня 2023 г.
89. Шмитхюзен, Хольгер; Нотхолт, Юстус; Кениг-Лангло, Герт; Лемке, Питер; Юнг, Томас (16 декабря 2015 г.). «Как увеличение выбросов CO2 приводит к усилению отрицательного парникового эффекта в Антарктиде». Письма о геофизических исследованиях . 42 (23). дои : 10.1002/2015GL066749 . ISSN  0094-8276. S2CID  131351000.
90. Сехас, ЮАР; Тейлор, ПК; Цай, М. (2018). «Разоблачение отрицательного парникового эффекта над Антарктическим плато». npj Clim Atmos Sci . 1 (17): 17. Бибкод : 2018npjCA...1...17S. дои : 10.1038/s41612-018-0031-y. ПМЦ 7580794 . ПМИД  33102742. 
91. «Атмосферы и планетарные температуры». АКС . Проверено 29 мая 2023 г.
92. Маккей, CP; Поллак, Дж.Б.; Куртин, Р. (6 сентября 1991 г.). «Парниковый и антипарниковый эффекты на Титане» (PDF) . Наука . 253 (5024): 1118–1121. Бибкод : 1991Sci...253.1118M. дои : 10.1126/science.11538492. ISSN  0036-8075. PMID  11538492. S2CID 10384331 . Архивировано (PDF) из оригинала 29 июня 2023 года. 
93. "Титан". НАСА . Проверено 29 мая 2023 г.
94. «АТМ S - Климат и изменение климата». Университет Вашингтона. 10 октября 2001 года . Проверено 14 июня 2023 г.
95. "Информационный бюллетень о Венере" . Координированный архив данных НАСА по космическим наукам . Проверено 25 апреля 2023 г.
96. «5 странных фактов о Венере» . Британника . Проверено 25 апреля 2023 г.
97. Расул, И.; Де Берг, К. (июнь 1970 г.). «Сбежавшая теплица и накопление CO2 в атмосфере Венеры» (PDF) . Природа . 226 (5250): 1037–9. Бибкод : 1970Natur.226.1037R. дои : 10.1038/2261037a0. PMID  16057644. S2CID  4201521. Архивировано из оригинала (PDF) 21 октября 2011 года.
98. Маккарти, Майкл Кэббидж и Лесли. «Климатическое моделирование НАСА предполагает, что Венера могла быть обитаемой». Изменение климата: жизненно важные признаки планеты . Архивировано из оригинала 11 августа 2021 года . Проверено 11 августа 2021 г.
99. Хашимото, GL; Роос-Сероте, М.; Сугита, С.; Гилмор, MS; Камп, LW; Карлсон, RW; Бейнс, К.Х. (2008). «Кислотная горная кора на Венере, предложенная по данным картографического спектрометра ближнего инфракрасного диапазона Галилео». Журнал геофизических исследований: Планеты . 113 (Е9): E00B24. Бибкод : 2008JGRE..113.0B24H. дои : 10.1029/2008JE003134 . S2CID  45474562.
100. Дэвид Сига (10 октября 2007 г.). «Разве древние океаны Венеры были инкубаторами жизни?». Новый учёный . Архивировано из оригинала 24 марта 2009 года . Проверено 17 июля 2019 г.
101. Якоски, Брюс М. (1999). «Атмосферы планет земной группы». В Битти, Дж. Келли; Петерсен, Кэролин Коллинз; Чайкин, Андрей (ред.). Новая Солнечная система (4-е изд.). Бостон: Издательство Sky. стр. 175–200. ISBN 978-0-933346-86-4. ОСЛК  39464951.
102. Крисп, Д. (2012). «ПАРНИКОВЫЙ ЭФФЕКТ CO2 НА ВЕНЕРЕ, ЗЕМЛЕ И МАРСЕ» (PDF) . Лаборатория реактивного движения Калифорнийского технологического института . Проверено 28 мая 2023 г.
103. Бреннан, Джон (2017). «Есть ли на Марсе парниковый эффект?». Наука .
104. «Опровергает ли атмосфера Марса CO2 парниковое потепление?». метафакт . Проверено 28 мая 2023 г.
105. Уарт, Спенсер. «Открытие глобального потепления: Венера и Марс». Центр истории физики . Американский институт физики . Проверено 29 мая 2023 г.
106. «Титан: теплица и антитеплица». Журнал «Астробиология» . 3 ноября 2005 г. Архивировано из оригинала 27 сентября 2019 г. . Проверено 4 ноября 2019 г.{{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )
107. «Атмосфера». Университет Восточного Иллинойса . Проверено 30 мая 2023 г.
108. Кови, К.; Хаберле, РМ; Маккей, CP; Титов, Д.В. (2013), «Парниковый эффект и климатические обратные связи» (PDF) , Сравнительная климатология планет земной группы , University of Arizona Press, Bibcode : 2013cctp.book..163C, doi : 10.2458/azu_uapress_9780816530595-ch007, ISBN 978-0-8165-3059-5, OSTI  1240051 , получено 2 июня 2022 г.