hvordan regner man ut temperaturen?

Den eksisterende beregningsmetoden for energibalansen av Jorden er ganske enkel og rett fram. Den sier kort og godt at den energimengde som Solen stråler inn på Jorden må være den samme som energitapet som Jorden stråler ut igjen til verdensrommet. Da er Jordens energibalanse i likevekt og temperaturen er konstant.

Les om Stefan-Boltzmanns lov

Graf av en funksjon av den totale utsendte energien til et svart legeme proporsjonal med dens termodynamiske temperatur (Blått er en total energi i henhold til Wien approximation, ,

Stefan-Boltzmanns lov i fysikken angir hvor mye energi per flateenhet og tidsenhet som blir sendt ut fra overflaten til et svart legeme i form av varmestråling som en funksjon av legemets temperatur. Den er oppkalt etter de østerrikske fysikerne Josef Stefan og Ludwig Boltzmann som fant den i siste halvdel av 1800-tallet.

Utsendt strålingsenergi per flateenhet og tidsenhet er en energifluks og kalles ofte i denne sammenheng for utstrålingstetthet eller emittans. Den har dimensjon W/m2 i SI-systemet. Loven sier at energifluksen Φ er proporsjonal med fjerde potens av den absolutte temperaturen T til legemet. Matematisk skrives loven som

hvor σ er Stefan-Boltzmanns konstant. Denne ble rundt 1900 beregnet av Max Planck fra hans teori for varmestrålingen og er

der kB er Boltzmanns konstant, h er Plancks konstant, og c er lysets hastighet. Ved en temperatur på T = 100 K er energifluksen 5,67 W/m2, ved 1000 K blir den derfor 56 700 W/m2, osv.

Intensiteten til strålingen gir energifluksen per steradian og er gitt som B(T) = Φ(T)/π = (σ/π)T4 og følger fra Lamberts cosinuslov. Stefan-Boltzmanns lov kan på samme måte som Wiens forskyvningslov utledes fra Plancks strålingslov.

Et legeme som ikke absorberer all stråling, er kjent som et grått legeme. Det slipper ut mindre total energi enn et svart legeme. Ved en temperatur T vil det gi en energifluks

hvor funksjonen ε(T) < 1 er legemets emissivitet og er forskjellig fra legeme til legeme. Et grått legeme vil derfor gi opphav til en utstråling av varme som strengt tatt ikke varierer med fjerde potens av temperaturen.

Ved å bruke formelen kan man beregne Jordens temperatur. Vi har verdier:

(de som ønsker mer kunnskap om variablene må gå inn på Wikipedia).

Total innståling fra Solen er målt i verdensrommet og er på ca. 1361 Watt pr. kvadratmeter.

• S = Total solinnstråling = 1361 W/m2

• α = albedo = 0,306

• ε = emissivitet = 1

• σ = Stefan–Boltzmann konstant =5,6704 x 10^(-8) W⁄(m^2 K^4 )

• T=Temperatur

Dette er under utarbeidelse! Gå foreløpig til Wikipedia!

Similarly we can calculate the effective temperature of the Earth T⊕ by equating the energy received from the Sun and the energy radiated by the Earth, under the black-body approximation (Earth's own production of energy being small enough to be negligible). The luminosity of the Sun, L⊙, is given by:

At Earth, this energy is passing through a sphere with a radius of a0, the distance between the Earth and the Sun, and the irradiance (received power per unit area) is given by

The Earth has a radius of R⊕, and therefore has a cross-section of 

. The radiant flux (i.e. solar power) absorbed by the Earth is thus given by:

Because the Stefan–Boltzmann law uses a fourth power, it has a stabilizing effect on the exchange and the flux emitted by Earth tends to be equal to the flux absorbed, close to the steady state where:

T⊕ can then be found:

is the distance between the Earth and the Sun. This gives an effective temperature of 6 °C on the surface of the Earth, assuming that it perfectly absorbs all emission falling on it and has no atmosphere.

The Earth has an albedo of 0.3, meaning that 30% of the solar radiation that hits the planet gets scattered back into space without absorption. The effect of albedo on temperature can be approximated by assuming that the energy absorbed is multiplied by 0.7, but that the planet still radiates as a black body (the latter by definition of effective temperature, which is what we are calculating). This approximation reduces the temperature by a factor of 0.71/4, giving 255 K (−18 °C; −1 °F).[29][30]

Beregning av Jordens temperatur havner på minus 18 grader eller en annen verdi avhengig av verdi på variabler. Dette er ca. 33 grader lavere enn den virkelige gjennomsnittlige temperaturen på Jorden som er ca. 15 grader C.

Dette forklares ved hjelp av drivhuseffekten!!

 Drivhuseffekten er ca. 33 grader i følge IPCC.

Om emissivitet
Jorden har en albedo på omtrent 0,306. Emissiviteten er avhengig av typen overflate og mange klimamodeller setter verdien av jordens emissivitet til 1 (i uttrykket). En mer realistisk verdi er imidlertid 0,96. Jorden er en ganske rask rotator, så arealforholdet kan estimeres til 1/4.

De andre variablene er konstante. Denne beregningen gir oss en effektiv temperatur på jorden på 252 K (−21 °C). Litteraturen gir en verdi på 255 K (−18 °C), som i hovedsak er 239 Wm2 utgående langbølgestråling, en av to utgående energiverdier av jordens energibudsjett, den andre er den reflekterte energien på 102 W⋅m2. (239,9 og 99,9 på grafen over energibudsjettet - det varierer litt). Gjennomsnittstemperaturen på jorden er 288 K (15 °C). En årsak til forskjellen mellom de to verdiene skyldes drivhuseffekten, som øker gjennomsnittstemperaturen på jordoverflaten.