如果要讨论“地表的温度”的话
就要讨论热量的收支
先来谈收入面,地表附近主要的能量收入有两个
1.来太阳的能量 2.地求内部散出的地热
先来讨论太阳能
太阳做为主序星,辐射强度是相对稳定的
过去40多亿年以来,太阳辐射强度增加了约30%
基本上这个变化在短期之内(数百万年内)的改变是可忽略的
以现在而言,在地球轨道附近接受到的太阳辐射强度为1.361 kW/m2
换成国中理化的讲法就是:每平方公尺每秒可以收到1361焦耳的太阳能
而地球的半径为6400公里,换算下来地球的截面积约为1.29*10^14平方公尺
两者相乘就可以得到 1.75*10^17瓦
然而这些太阳能并不是完全被地球吸收
大约有3成是直接被大气或地面反射掉的
因此太阳能进入地球系统的能量1.23*10^17瓦
再来看看地热
这个数据比较混乱,因为地球内部热量释放方式很多元
但大体上都不到太阳能的百分之一
所以就姑且忽略这个部分
好那接下来换支出的部分
基本上地球向外的辐射可以简化成地球本身的黑体辐射
“黑体辐射”这个词可能很多人不熟,说成白话就是国中理化说的“热辐射”
这个辐射的强度与表面温度密切相关
一个物体的表面温度越高,向外辐射的功率越高
具体的物理公式就不说了,反正我也没有太懂
有兴趣可以尝试一下这个工具
https://www.spectralcalc.com/blackbody_calculator/blackbody.php
在热量的支出上,我们需要的数据是“在特定温度下,每平方公尺的散热功率”
然后在乘上地球的表面积,就可以算出整个地球的散热功率
要注意的是这里是地球的“表面积”,和前面计算吸收太阳能的“截面积”不同
地球的截面积约为5.15*10^14平方公尺
综合以上的收支数据
用前面输入地球的太阳能1.23*10^17W来除
平均地球黑体辐射的功率大约是每平方公尺239W
这样可以换算出来地球表面平均温度若是摄氏-19度
吸收的太阳能量,会等于地球本身黑体辐射放出的热量
然而,这个算法算出来的地球表面是“从太空视角看到的表面”
也就是大气层顶部的温度
考虑到大气层本身的保温效果,地表平均温度必定高于这个温度
因此地球表面要到-150度,几十亿年前太阳辐射较弱的时候还有可能
未来...很难