科学家观察地球表面温度与外出热之间的关系

自20世纪50年代以来，科学家们观察到地球表面温度与其出越热之间的令人惊讶的直接，线性关系。

正如烤箱随着内部温度升起的那样，随着烤箱向周围的厨房提供更多的热量时，由于其表面升温，地球将更多的热量进入太空。自20世纪50年代以来，科学家们观察到地球表面温度与其出越热之间的令人惊讶的直接，线性关系。

但地球是一个令人难以置信的凌乱的系统，具有许多复杂的互动部分，可以影响这个过程。因此，科学家发现很难解释为什么表面温度和输出热之间这种关系如此简单和线性。寻找解释可以帮助气候科学家模拟气候变化的影响。

现在，来自麻省理工学院的地球部，大气和行星科学（EAP）的科学家已经找到了答案，以及这种线性关系将破裂的预测。

他们观察到地球从行星表面以及从大气中发出热量到空间。随着均匀，通过加入二氧化碳来说，空气持有更多的水蒸气，这反过来又是在大气中捕获更多的热量。这种强化地球的温室效应被称为水蒸气反馈。至关重要的是，该团队发现水蒸气反馈仅足以抵消较温暖大气发出更多热量进入空间的速率。

因此，地球发出的热量的总体变化仅取决于表面。反过来，从地球表面排放到空间的热量是温度的简单功能，导致观察到的线性关系。

他们今天出现在国家科学院的诉讼中，也可能有助于解释地球古代过去展开的最极端，温室气候。本文的共同作者是EAPS的Kerr-McGee职业发展助理教授的EAPS Postdoc Daniel Koll和Tim Cronin。

热量的窗口

在搜索解释中，团队建立了一个辐射代码 - 基本上，地球的模型以及它如何将热量或红外辐射发射到太空中。该代码将地球模拟为垂直柱，从地面开始，通过大气，最后进入太空。koll可以将表面温度输入到列中，并且代码计算通过整个列和空间逸出的辐射量。

然后，该团队可以向上和向下将温度旋钮转动，看看不同的表面温度如何影响输出热量。当他们绘制他们的数据时，他们观察到直线 - 表面温度和输出热之间的线性关系，符合许多以前的作品，以及60个开塞尔蛋白的范围，或108华氏度。

“所以辐射代码让我们实际上是什么，”Koll说。“然后我开始挖掘这个代码，这是一个物理砸在一起，看看哪些物理学实际上对这种关系负责。”

为此，团队在大气中编程到他们的代码各种效果，如对流和湿度，或水蒸气，并将这些旋钮上下转动，看看它们是如何影响地球的外出红外线辐射。

“我们需要将整个红外辐射分解为大约350,000个频谱间隔，因为并非所有红外线相等，”Koll说。

他解释说，虽然水蒸气确实吸收了热量，或红外辐射，但它不能不分青红皂白地吸收它，但是在非常具体的波长，这么多，使得该团队必须将红外光谱分成350,000个波长，以便完全看哪个波长被水蒸气吸收。

最后，研究人员观察到，随着地球的表面温度变热，它基本上想要更加热量进入空间。但同时，水蒸气积聚，并在某些波长上吸收和捕获热量，从而产生温室效果，防止逃逸的一部分热量。

“就像有一个窗口，辐射河流可以流向空间，”Koll说。“当你让事情变得更热，而河流变得更快，但窗口变小，因为温室效果正在捕捉很多辐射并阻止它逃脱。”

Koll表示，这种温室效果解释了为什么逃逸到空间的热量与表面温度直接相关，因为大气发出的热量增加通过从水蒸气的吸收增加来消除。

倾向于金星

当地球的全球平均表面温度超过300 k或80 f时，该团队发现这种线性关系会破坏。在这种情况下，地球以大致相同的速度避开热量将更加困难。目前，该数字在左右的徘徊在285 k或53 f。

“这意味着我们现在仍然擅长，但如果地球变得更热，那么我们可以参加一个非线性世界，其中东西可能会变得更加复杂，”Koll说。

为了了解这样一个非线性世界可能看起来像什么，他调用了金星 - 这是一个许多科学家认为开始作为一个类似地球的世界的星球，虽然更接近太阳。

“过去的一段时间，我们认为它的氛围有很多水蒸气，温室效果将变得如此强大，这个窗口区域关闭，没有任何东西可以掉出来，然后你得到失控的加热，然后你得到了失控的加热
，” KOLS说。“在这种情况下，整个星球炎热的是海洋开始掉下来，令人讨厌的事情开始发生，而你从地球上的世界转变为今天的金星。”

对于地球而言，Koll计算了这种失控的效果，直到全球平均气温达到约340 k，或者单独的全球变暖不足以引起这种变暖，但其他气候变化，如地球的变化由于太阳的自然发展，可以推动地球，“在哪一点，我们会变成金星。”

Koll表示，该团队的结果可能有助于改善气候模型预测。他们也可能对了解地球上古老的炎热气候如何展开。

“如果你居住在600万年前的地球上，那么它是一个更热，古怪的世界，杆帽没有冰，棕榈树和鳄鱼在现在怀俄明州的那些山顶上，”Koll说。“我们展示的一件事是，一旦你推动真正热的气候，我们知道过去发生了这种情况，事情会变得更加复杂。”

该研究部分由国家科学基金会和詹姆斯S. McDonnell基金会资助。