A wind, temperature, H$_2$O and CO$_2$ scanning lidar mobile observatory for a 3D thermodynamic view of the atmosphere
开发了一个地面移动三维激光雷达观测站，用于同时测量风速、温度、大气中的水蒸气和二氧化碳吸收。本论文报告了仪器的详细信息，评估了当前的性能，并给出了不同地球物理应用的一些测量示例。
2022-11-16 physics.ao-ph
Electric quadrupole transitions in carbon dioxide
高灵敏度光谱学的最新进展，结合准确的理论预测，使人们有可能首次观察到非常弱的电四极跃迁在极性多原子水分子。在这里，我们提出了准确的理论预测的完整的四极振转光谱的非极性分子CO $_2$，重要的大气和天体物理应用。我们的预测验证了最近的腔增强吸收光谱测量，并用于分配一些弱功能在最近的ExoMars ACS MIR光谱观测火星大气。预测的四极跃迁出现在一些中红外CO $_2$和水蒸气的透明度区域，使它们重要的检测和表征的次要吸收剂在水和CO $_2$ -丰富的环境，如目前在地球，金星和火星的大气。
2021-05-19 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.atm-clus
Eddy saturation in a reduced two-level model of the atmosphere
涡饱和描述了地球物理流动中的非线性机制，当考虑平均条件时，纬向流的直接强迫增加了涡动能，而与纬向流相关的能量并不增加。在这里，我们提出了一个最小的斜压模式，表现出完全涡动饱和。本文从Phillips的中纬度β通道准地转二层模式出发，导出了一个包含参数化涡的六个常微分方程的降阶模式。该模型具有两个物理上可实现的恒定状态解，一个是纯纬向流，另一个是有限涡流运动。当非绝热加热形式的斜压强迫增加时，纬向解失去稳定性，涡动解变为吸引解。在此分叉之后，解的纬向分量与斜压强迫无关，低纬地区的过剩热量通过有限涡旋有效地向北输送，这符合斜压调整的精神。
2021-07-13 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Comment on "Collision and radiative processes in emission of atmospheric carbon dioxide"
最近，斯米尔诺夫发表了一篇论文（B。M. Smirnov，“大气二氧化碳排放中的碰撞和辐射过程”，2018年，J. Phys. D.：应用物理学，第51卷，第21期，第121页。214004），其否定了人为CO $_2$浓度增加对行星地球全球变暖的作用。我们发现，这些结论是Smirnov的理论模型中的两个缺陷，忽略了增加的CO浓度的影响$_2$上的地球的黑体辐射的吸收在12-15 $μ$ m区域的后果。大气中CO $_2$浓度加倍对地面温度的影响不是$Δ$ T=0.02K，甚至不是$Δ$ T=0.4K，只要修正Smirnov分析中的两个错误之一。正确的值位于$Δ$ T=1.1- 1.3 K范围内，正如其他作者使用简化但理论上更一致的模型进行分析所概述的那样。
2020-02-26 astro-ph.EP physics.ao-ph
Ozone Abundance in a Nitrogen-Carbon Dioxide Dominated Terrestrial Paleoatmosphere
我们计算了一个模型陆地古大气中，目前的氧气丰度在很大程度上是由二氧化碳，我们认为这是一个合理的工作假设所取代的臭氧分布。原则上，与基于氮的模型相比，二氧化碳的存在可能会补充臭氧层，而没有高二氧化碳丰度，因此早期生命不需要像通常假设的那样抗紫外线。一颗具有高CO2大气层的太阳系外行星可能含有足够的O3，成为假阳性生物标志物的来源。我们发现，全球平均的O3柱密度可以是相同的，或高出近四倍（取决于O2分压），当使用CO2代替N2作为替换组件降低O2在1个大气压的类地行星与太阳辐射。这种效应对于从未来的数据中进行定量推断很重要，但不会使O3作为游离氧生物标志物的使用无效。这些结果使得探测太阳系外行星O3吸收的前景比以前更好。
2004-10-22 astro-ph physics.ao-ph physics.geo-ph
Raman observations of quantum interference in the $ν_1 / 2ν_2$ Fermi dyad region of carbon dioxide
在正柱放电条件下，获得了CO $_2$的相干反斯托克斯拉曼光谱（CARS）。的拉曼跃迁的强度显着降低时，放电被打开，因为均衡的较低和较高的状态人口的电子碰撞激发，以类似于饱和的方式，$ν_1 / 2ν_2$费米二分体。观察到1285 cm $^{-1}$跃迁的强度比1388 cm $^{-1}$谱线降低20倍，这是由于量子干涉降低了1285 cm $^{-1}$跃迁的上态的振动弛豫速率。这种干扰通过测量从状态的衰变率来验证。实验排除斯塔克效应和偏振效应的描述。支持所观察到的电子快速振动激发，观察到在1425.61 cm $^{-1}$处的强热带跃迁$20^00 \leftarrow 02^20$。这些意见进行了比较，最近的测量CO $_2$在火焰中加热的拉曼光谱。
2006-01-24 physics.ao-ph physics.chem-ph
Atmosphere and Greenhouse Gas Primer
我们讨论了温室气体如何影响地球大气中的辐射传输。我们解释了温室气体如水蒸气或二氧化碳与非温室气体如氮气或氧气的区别。利用简单的热力学和流体力学，我们表明，一个星球的温室气体浓度足够高，必须发展对流层。地球还必须在对流层顶之上形成一个非对流的平流层。在对太阳光透明、对热辐射不透明度与频率无关的大气层的最简单近似中，可以找到对流层顶高度以及气压和温度的高度廓线的简单公式。对流层接近等熵，平流层接近等温。地球的真实大气层要复杂得多，但它确实有对流层和平流层。在地面和对流层顶之间，每千克真实对流层空气的熵随高度缓慢增加。在平流层中，熵随高度的增加而迅速增加。平流层的下部几乎是等温的，而上部由于臭氧吸收了太阳紫外线辐射而更热。由于温室气体分子的振动-转动跃迁数以十万计，实际大气的热不透明度具有复杂的频率依赖性。与几乎所有对空间的辐射都来自对流层顶高度的简单模型不同，地球真实大气对空间的辐射来自地表和对流层的所有高度。少量额外的辐射来自平流层。当考虑到这些复杂性时，大气层顶部热辐射光谱的模式计算很难与卫星观测区分开来。
2023-03-01 physics.ao-ph
Removing Atmospheric Carbon Dioxide Using Large Land Or Ocean Areas Will Change Earth Albedo And Force Climate
本研究发现增强岩石风化和海洋二氧化碳去除这两种碳移除手段引发的地表反照率改变，其辐射强迫效应在数十年内易超过碳减排本身的气候效应，指出了相关气候影响问题。
2025-01-15 physics.ao-ph physics.geo-ph physics.soc-ph
Vertical Temperature Profiles at Maximum Entropy Production with a Net Exchange Radiative Formulation
就像任何从下面加热的流体一样，大气层也会受到垂直不稳定的影响，从而引发对流。对流发生在小的时间和空间尺度上，这使得它成为一个具有挑战性的特点，包括在气候模式。通常需要子网格参数化。在这里，我们开发了一个全球热力学变分原理的基础上的另一种观点。通过最大化相关的熵产生率，我们以隐式的方式计算稳态下的对流通量分布和温度分布。两个设置检查，分别对应于理想化的情况下的灰色大气，和一个现实的情况下，基于净交换公式辐射计划。在第二种情况下，我们也能够讨论大气成分变化的影响，如二氧化碳浓度加倍。
2013-01-08 physics.ao-ph
Evidence for super-exponentially accelerating atmospheric carbon dioxide growth
我们分析了大气中二氧化碳和人口的增长率，通过比较两个基准模型，指数律和有限时间奇异（FTS）幂律的相对优点。后者的结果，从积极的反馈，直接或介导的其他动态变量，如我们介绍了一个简单的内生宏观经济动态增长模型。我们的经验校准发现，人口已经从1960年之前的超指数生长减速到与增长率下降相关的低于指数生长的增长。然而，过去十年的特征是几乎稳定的增长率约等于r（2010）~ 1%每年，这表明人口增长稳定在“只是”一个指数生长。至于大气中的CO2含量，我们发现，它至少是呈指数级增长，最有可能的特点是加速增长率为2009年，与不可持续的FTS幂律制度宣布政权的急剧变化。人类人口的准指数生长与大气中二氧化碳含量的超指数生长并存是一个诊断，即到目前为止，全世界每单位生产的碳效率的改善远远不够。
2011-03-17 cond-mat.other physics.ao-ph physics.soc-ph
Climatic implications of a rapid wind/solar transition
即使使用当前的风能/太阳能技术，在不超过几十年的时间内，向完全全球性的可再生能源基础设施过渡也是可能的。我们证明，在其完成这一过渡将终止人类的碳排放到大气中的能源消耗在大约25年，以及目前的全球能源生产的两倍。这一结果将满足全世界人类的所有能源需求，并提供适应气候所需的额外能源，以及从大气中吸收碳固存，将大气中的二氧化碳浓度降低到更安全的水平。在不久的将来实施这一能源转型将最大限度地提高到2100年全球温度比工业化前水平上升不到2摄氏度的可能性，潜在的限制为1.5摄氏度。我们最好的情况是每年利用不到3%的当前年度全球能源消耗，每年再投资10%的可再生能源产能，以提高自身的利用率。
2016-03-22 physics.ao-ph
Analytical Models of Exoplanetary Atmospheres. III. Gaseous C-H-O-N Chemistry with 9 Molecules
我们提出了新的，分析，平衡化学公式的丰度的分子在热的系外行星大气中，包括碳，氧和氮网络。我们以氢为主的解决方案包括乙炔（C $_2$ H $_2$），氨（NH $_3$），二氧化碳（CO $_2$），一氧化碳（CO），乙烯（C $_2$ H $_4$），氰化氢（HCN）、甲烷（CH $_4$），分子氮（N $_2$）和水（H $_2$ O）。通过只考虑气相，我们证明了一氧化碳的混合比是由一个decic方程（多项式方程的次数为10）。我们验证我们的解决方案对平衡化学的数值计算，执行吉布斯自由能最小化，并证明他们是准确的$\sim 1\%$水平的温度从500到3000 K。在氢占主导地位的大气中，HCN与CH $_4$的丰度比在很宽的碳氧比范围内几乎是恒定的，这使得它成为气相中金属丰度的可靠诊断。我们验证的公式允许方便的基准化学动力学代码，并提供了一种有效的方式，在大气反演计算中执行化学平衡。
2016-07-15 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.chem-ph
A composite of the effects of major sudden stratospheric warming events on carbon dioxide radiative cooling in the mesosphere-lower-thermosphere
本文研究了2005至2020年间重大平流层突发增温事件对中间层-低热层CO$_2$辐射冷却的影响，发现冷却变化主要由温度扰动和氧输运引起。
2025-06-30 physics.ao-ph physics.space-ph
The Transient Outgassed Atmosphere of 55 Cancri e
研究提出 55 Cancri e 的可见光与红外食变化可由地球化学释气形成的稀薄瞬变 CO₂ 或 CO 大气解释，并指出未来 JWST 可检验其温度与压力。
2023-09-27 astro-ph.EP physics.ao-ph
The Runaway Greenhouse: implications for future climate change, geoengineering and planetary atmospheres
最终的气候紧急情况是“失控的温室”：炎热和富含水蒸气的大气层限制了热辐射向太空的排放，导致失控的变暖。只有当地表温度达到1400 K左右并发出近红外线辐射时，变暖才会停止，因为水不是一种好的温室气体。这将蒸发整个海洋并消灭所有行星生命。金星在过去经历了失控的温室效应，我们预计随着太阳光度的增加，地球将在大约20亿年内失控。但是，我们目前改变气候的活动是否会过早地带来这样一场灾难？在这里，我们回顾一下关于失控温室的已知信息来回答这个问题，描述了向外辐射的各种限制以及气候将如何在这些限制之间演变。好消息是，几乎所有的证据都使我们相信，即使在原则上，通过向大气中添加二氧化碳等不可冷凝的温室气体来引发完全失控的温室效应也是不可能的。然而，我们对高温和蒸汽大气的动力学、热力学、辐射传输和云物理学的理解还很薄弱。因此，我们不能完全排除人类行为可能导致过渡的可能性，如果不是完全失控，那么至少是比现在更温暖的气候状态。高气候敏感性可能会提供一个警告。如果我们，或者更有可能是我们遥远的后代，受到失控的温室的威胁，那么反射阳光的地球工程可能是生命的唯一希望。... [2句子削减，以满足arXiv字符限制].失控的温室效应在行星科学和天体生物学中也仍然相关：随着太阳系外行星更小，更接近它们的恒星，一些行星将处于失控的温室效应状态。
2012-01-08 astro-ph.EP physics.ao-ph
Analytical Models of Exoplanetary Atmospheres. IV. Improved Two-stream Radiative Transfer for the Treatment of Aerosols
我们提出了一种新的推广的两个流方法的辐射转移，它允许在存在强红外散射气溶胶的辐射转移的准确治疗。我们证明，这种推广只涉及一个简单的修改半球双流法的耦合系数和传输函数。这种修改源于允许第一爱丁顿系数的比率偏离1。该方法的核心是这样一个事实，即该比率可以在单次散射散射和散射不对称因子的整个值范围内一次性计算。我们基准我们改进的双流方法，通过计算由一个单一的大气层（反射率）反射的通量的分数，并将这些计算进行比较，使用32流离散纵坐标方法。我们进一步比较了我们改进的双流方法的双流源函数（16流）和delta-Eddington方法，表明它往往是更准确的数量级。最后，我们使用一个早期火星大气层的玩具模型来说明它的准确性，该模型包含一个由二氧化碳冰颗粒组成的云层。我们改进的双流方法的实现和准确性的简单性，使其适合于在三维大气环流模式的实施。换句话说，我们的改进双流法具有标准双流法的易于实现性，但具有32流法的准确性。
2017-08-26 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.geo-ph
