대기 복사 및 에너지 균형
태양 복사와 지구 복사가 대기를 통해 전파되고, 대기에 의해 흡수 및 방출되며, 대기 내에서 산란되는 방식과 이것이 지구의 행성 에너지 균형을 설정하는 과정.
Definition
대기 복사 및 에너지 균형은 대기 중 전자기 복사와 지구-대기 시스템의 온도 구조를 결정하는 결과적인 에너지 흐름에 대한 연구입니다.
Scope
이 분야는 단파(태양) 복사와 장파(지구) 복사의 대기 통과, 기체, 구름 및 에어로졸에 의한 복사 흡수 및 방출, 입사 태양 에너지의 반사, 흡수 및 표면 가열 간의 분할, 그리고 온실 효과를 유발하는 장파 포집을 다룹니다. 이는 분자 및 입자 상호작용의 미시물리학을 기후를 구동하는 거시적인 대기 상단 에너지 수지와 연결합니다.
Sub-topics
Core questions
- 태양 복사는 대기를 통과하면서 어떻게 흡수되고, 산란되며, 반사되는가?
- 우주로 그리고 지표면으로 향하는 장파 복사의 방출을 무엇이 제어하는가?
- 지구 표면이 복사 평형 온도 예측보다 더 따뜻한 이유는 무엇인가?
- 대기 구성의 작은 변화가 행성 에너지 균형을 어떻게 교란하는가?
Key theories
- 복사 전달 이론
- 흡수, 방출 및 산란 매질을 통과하는 경로를 따라 복사 강도가 어떻게 변하는지에 대한 복사 전달 방정식을 통한 공식적인 설명; 모든 정량적 대기 복사 계산의 기초.
- 행성 에너지 균형
- 평형 상태에서 흡수된 태양 복사가 나가는 장파 복사와 같다는 원리이며, 따라서 대기 상단 순 플럭스가 전 지구 평균 온도를 제한한다.
Mechanisms
입사 태양 복사는 가시광선 영역에서 최고조에 달하며, 약 30%는 반사되고(행성 반사율), 나머지는 지표면과 대기에 흡수됩니다. 가열된 지표면과 대기는 방사율에 의해 수정된 플랑크 법칙에 따라 장파 복사를 방출합니다. 온실가스는 이 장파 복사를 흡수하고 재방출하여 우주로의 순손실을 줄이고 지표면 온도를 상승시킵니다. 이 균형은 비어-람베르트 흡수와 열 방출 및 산란 소스 항을 결합한 복사 전달 방정식으로 설명됩니다.
Clinical relevance
복사 플럭스 정량화는 기후 모델링, 온도 및 구성의 원격 감지 검색, 태양 에너지 자원 평가, 그리고 기후 정책 평가에 사용되는 복사 강제력 정의의 기반이 됩니다.
History
대기 온난화의 복사적 기반은 조셉 푸리에(Joseph Fourier)에 의해 개략적으로 설명되었고, 존 틴달(John Tyndall)의 기체 흡수 측정과 스반테 아레니우스(Svante Arrhenius)의 1896년 이산화탄소 계산에 의해 정량화되었습니다. 찬드라세카르(Chandrasekhar)는 20세기 중반에 복사 전달 이론을 정립했으며, 1980년대 이후 위성 시대의 측정은 지구의 에너지 수지를 제곱미터당 몇 와트 이내로 제한했습니다.
Key figures
- Svante Arrhenius
- Subrahmanyan Chandrasekhar
- Kevin Trenberth
Related topics
Seminal works
- trenberth2009
- liou2002
- wallaceHobbs2006
Frequently asked questions
- 단파 복사와 장파 복사의 차이점은 무엇인가?
- 단파 복사는 지구에 도달하는 태양 에너지로, 가시광선 및 근적외선 파장에 집중되어 있습니다. 장파 복사는 더 차가운 지구와 대기에서 방출되는 열 적외선입니다. 대기는 단파에 대해서는 대체로 투명하지만 장파는 강하게 흡수합니다.
- 지구가 단순한 복사 균형 예측보다 더 따뜻한 이유는 무엇인가?
- 온실가스는 나가는 장파 복사를 흡수하고 그 일부를 지표면으로 다시 방출하므로, 에너지 수지의 균형을 맞추기 위해 지표면은 행성의 유효 복사 온도보다 더 따뜻해야 합니다.