Pourquoi des couches noires, sans ε ?

Pour que les formules restent fermées. Une couche grise avec émissivité ε se trouve dans le modèle climatique à une couche (rubrique Astronomie).

Pourquoi deux couches sont-elles plus chaudes qu’une seule, à α égal ?

Chaque couche absorbe le flux de grande longueur d’onde et le réémet vers le haut et vers le bas. Pour que le même flux parte vers l’espace, la surface doit être plus chaude. La température effective, à α fixé, ne change pas.

Que fait l’albédo ?

α est la fraction du flux solaire réfléchie. Plus α est grand, plus la puissance absorbée (1−α)S/4 est faible : T_eff et les deux températures de surface baissent.

Effet de serre : une et deux couches

Comparaison de la température de surface pour une couche infrarouge et pour deux couches couplées ; albédo planétaire α, même flux solaire.

S₀ = (1−α)S/4 ; voir aussi le modèle gris à une couche, rubrique Astronomie.

Graphiques

À propos du modèle

L’effet de serre : l’atmosphère laisse passer le rayonnement solaire de courte longueur d’onde et retient l’infrarouge de grande longueur d’onde émis par la surface, si bien que la température de surface dépasse la température effective. La température effective vient du bilan σT_eff⁴ = (1−α)S/4. Couches pédagogiques de corps noir, isothermes, en équilibre radiatif : une couche donne σT_s⁴ = 2(1−α)S/4, deux couches σT_s⁴ = 4(1−α)S/4 au même albédo (schéma de cette page). On compare T_surf pour une et deux couches ; le graphique est l’écart selon α. L’émissivité ε n’est pas introduite — les formules sont fermées ; une couche grise avec ε figure dans le modèle climatique à une couche.

Public : Climat d’introduction et planétologie : effet de serre, nombre de couches, albédo.

Notions clés

effet de serre
température effective
albédo
équilibre radiatif
loi de Stefan–Boltzmann
couches atmosphériques

Comment ça marche

Bilan σT_eff⁴ = (1−α)S/4. Couches de corps noir isothermes : une couche donne σT_s⁴ = 2S₀, deux couches σT_s⁴ = 4S₀ avec S₀ = (1−α)S/4. À l’écran : T_surf pour une et deux couches, et l’écart selon l’albédo. Échelle pédagogique, pas un profil vertical de la Terre.

Questions fréquentes

Pourquoi des couches noires, sans ε ?: Pour que les formules restent fermées. Une couche grise avec émissivité ε se trouve dans le modèle climatique à une couche (rubrique Astronomie).
Pourquoi deux couches sont-elles plus chaudes qu’une seule, à α égal ?: Chaque couche absorbe le flux de grande longueur d’onde et le réémet vers le haut et vers le bas. Pour que le même flux parte vers l’espace, la surface doit être plus chaude. La température effective, à α fixé, ne change pas.
Que fait l’albédo ?: α est la fraction du flux solaire réfléchie. Plus α est grand, plus la puissance absorbée (1−α)S/4 est faible : T_eff et les deux températures de surface baissent.

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