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2021年诺贝尔物理学奖获得者真锅淑郎论文错误之三

已有 1750 次阅读 2022-5-11 11:54 |个人分类:气候变化|系统分类:观点评述

2021年诺贝尔物理学奖获得者真锅淑郎论文错误之三


前文讨论了真锅淑郎论文错误之一二(https://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=38693&do=blog&id=1320012),这里就该文的另一项错误进行粗略的分析。在该文中,真锅淑郎建立了大气热平衡模型,以数值方式证明CO2浓度增大导致全球气候变暖。根据经典温室效应理论,CO2是温室气体,浓度增加,其温室效应能力增大,其立论看起来没有什么破绽,但这只是一种表象。因为经典温室效应理论本身就存在明显的错误(参见前面的系列博文,如https://blog.sciencenet.cn/blog-38693-1279800.html)。正因为此,其分析的基础存在明显的不足。

为说明问题,这里拟对其地表辐射热平衡方程(如式a所示)进行初步的分析,该式用于计算地表辐射平衡温度T*Re,是该文的核心方程。

                               (SR)*τ+(DLR)*τ=σ(T*Re)4                (a)

式中,(SR)*τ为净太阳辐射;(DLR)*τ为向下长波辐射;σ为斯蒂芬-玻尔兹曼常数,τ为某时刻。

事实上,(1)地球表面的70%是海洋,陆地面积仅占30%,式a以陆地表面温度代表地表温度不符合实际;(2).海水表面与大气之间,不仅存在式a所描述的辐射能量平衡关系,更重要的是存在太阳辐射能作用下的海水蒸发。在工程热物理领域,蒸发有制冷效应,如同酒精棉球擦拭皮肤的效果,是民用空调系统常用的制冷技术,这一热力学机制制约着地表气温的过快升高。

气候学中有海洋性气候和大陆性气候两种类型。大陆性气候地区的昼夜温差和年度气温变化幅度大,降水少,降水量季节变化大,气候干燥,而海洋性气候则与之相反。不仅如此,同纬度的海洋性气候地区的夏季最高温度明显低于大陆性气候地区,冬季的最低气温则大大高于大陆性气候地区。参见“从同纬度大陆性气候与海洋性气候看水汽的作用(https://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=38693&do=blog&id=1336159)

根据联合国政府间应对气候变化专门委员会(IPCC)的第三次报告(TAR):“降水量构成大气中潜热释放的测量,长期平均984mm/yr的全球降水量意指垂直方向的平均加热量78W/m2。”已知地球半径(6370km)、水的密度(1000kg/m3)0℃水蒸汽的潜热(2500kJ/kg)984mm/yr降水量所释放的潜热量为

0.984×(4×3.14×63700002)×1000×2500=1.254×1021kJ

如果将这股热量平均分布在地球表面,按一年8760小时平均下来即为78W/m2。水蒸汽凝结成云主要在对流层,是大气的重要热源,如果被大气吸收,可以使大气整体升温为

1.254×1021/(5.26×1018×1.004)≈237°C

根据《2020 BP世界能源统计年鉴》,2019年全球化石能源消耗量折合热值4.9234×1017kJ。假设这股热量全部被大气吸收,则大气整体温升

4.9234×1017(5.26×1018×1.004)≈0.093°C

显然,就全球而言,太阳辐射作用下的水汽作用远非人为活动所能比拟。但遗憾的是,式a直接将水汽变化的影响排出在外,严重不符合实际,因此,式a不足以反映地球表面的辐射热平衡。

不仅如此,我们还应该针对作为大气边界条件的地表热容量设为0的问题展开进一步的分析。因为从工程热物理的视角,可以通过计算将CO2制成干冰,这充分说明边界条件的重要性。

事实上,大气中二氧化碳仅占0.04%的体积浓度,如此微量的气体份额却能左右气候变化,是不符合常识的。在工程热物理计算中,完全可以不考虑二氧化碳的存在,也根本不考虑所带来的温差。

进一步地,与其说真锅淑郎将地表热容量设为了0,不如说他将地表热容量设成了∞,只有这样,才能确定其能稳定在某个平衡温度。如果一个物体的热容量为0,任何的热量输入与输出都会导致其温度会不受控制的变化。

这里可以参考热力学对参考环境所做的规定:参考环境是热力学分析计算的标准条件,一经确立,其所有的热力学参数均保持不变。因此,参考环境具有如下热力学性质:①它是一个无穷大的能量库、物质库,具有无穷大的热容量;②当其吸收和失去一定的热量时,其温度保持不变;③当其接受和输出一定的物质时,其压力保持不变。

在国家标准《能量系统㶲分析技术导则》(GB/T 14909—2005)中,参考环境的状态参数确定为1bar,25℃。

上述化石燃料燃烧释放热量的影响可以说明这一点。



https://wap.sciencenet.cn/blog-38693-1338024.html

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