Por que as camadas são negras, sem ε?

Para as fórmulas ficarem fechadas. A camada cinza com emissividade ε está no modelo climático de uma camada (seção de astronomia).

Por que duas camadas aquecem mais que uma com o mesmo α?

Cada camada absorve e reemite o fluxo de onda longa para cima e para baixo. Para o mesmo fluxo sair para o espaço, a superfície precisa estar mais quente. A temperatura efetiva, com α fixo, não muda.

α é a fração do fluxo solar que se reflete. Mais α, menos potência absorvida (1−α)S/4, e caem tanto T_eff quanto as duas temperaturas da superfície.

Efeito estufa

Comparação da temperatura da superfície com uma camada infravermelha e com duas camadas acopladas; albedo planetário α com o mesmo fluxo solar.

S₀ = (1−α)S/4; veja também o modelo cinza de uma camada em Astronomia.

Gráficos

Sobre o modelo

O efeito estufa: a atmosfera deixa passar a radiação de onda curta do Sol e retém a de onda longa da superfície, de modo que a temperatura da superfície fica acima da efetiva. A temperatura efetiva sai do balanço σT_eff⁴ = (1−α)S/4. Camadas negras isotérmicas didáticas em equilíbrio radiativo: uma dá σT_s⁴ = 2(1−α)S/4; duas, σT_s⁴ = 4(1−α)S/4 com o mesmo albedo (o esquema desta página). Comparam-se as T_sup de uma e de duas camadas; o gráfico é a diferença em função de α. Não se introduz a emissividade ε — as fórmulas são fechadas; a camada cinza com ε está no modelo climático de uma camada.

Para quem: Clima introdutório e planetologia: efeito estufa, número de camadas, albedo.

Conceitos-chave

efeito estufa
temperatura efetiva
albedo
equilíbrio radiativo
lei de Stefan–Boltzmann
camadas atmosféricas

Como funciona

Balanço σT_eff⁴ = (1−α)S/4. Camadas negras isotérmicas: uma dá σT_s⁴ = 2S₀; duas, σT_s⁴ = 4S₀, com S₀ = (1−α)S/4. Na tela, T_sup de uma e de duas camadas e a diferença em função do albedo. Escada didática, não o perfil vertical da Terra.

Perguntas frequentes

Por que as camadas são negras, sem ε?: Para as fórmulas ficarem fechadas. A camada cinza com emissividade ε está no modelo climático de uma camada (seção de astronomia).
Por que duas camadas aquecem mais que uma com o mesmo α?: Cada camada absorve e reemite o fluxo de onda longa para cima e para baixo. Para o mesmo fluxo sair para o espaço, a superfície precisa estar mais quente. A temperatura efetiva, com α fixo, não muda.
O que faz o albedo?: α é a fração do fluxo solar que se reflete. Mais α, menos potência absorvida (1−α)S/4, e caem tanto T_eff quanto as duas temperaturas da superfície.

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