Том 21, номер 03, статья № 9

Аннотация:

Обсуждается роль статистики фотонов в процессах переноса энтропии и свободной энергии электромагнитным излучением. Показано, что мультиравновесное (обобщенное планковское) распределение числа фотонов для монохроматического поля является следствием минимума его свободной энергии. Предложен метод моделирования потоков свободной энергии излучения в атмосфере и расчета баланса свободной энергии на верхней границе атмосферы, исходя из данных о спектральной яркости отраженного солнечного и уходящего теплового излучения Земли.
В рамках модели серой атмосферы и при условии сохранения радиационного баланса на ее верхней границе показано наличие экстремума в импорте свободной энергии на планету, обусловленного оптической толщей ее атмосферы. Данный экстремум в импорте свободной энергии реализуется при значении τ, близком для современной атмосферы Земли. Сделана оценка среднегодового потока импортируемой Землей свободной энергии, величина которого составила около 59,13 Вт/м² или около 3 × 10¹⁶ Вт для всей планеты. Эту физическую величину можно охарактеризовать как интегральную мощность тепловой машины нашей планеты, а ее отношение к мощности поступающего на Землю солнечного излучения как коэффициент по-лезного действия (кпд) этой тепловой машины. Одновременный спутниковый мониторинг радиационного баланса и баланса свободной энергии на верхней границе атмосферы Земли может стать полезным инстру-ментом слежения за возможным изменением интегральной мощности тепловой машины нашей планеты и ее кпд в процессе глобального потепления.

Список литературы:

1. Голицин Г.С., Мохов И.И. Устойчивость и внешние свойства климатических моделей // Изв. АН СССР. Физ. атмосф. и океана. 1978. Вып. 14. С. 271-277.
2. Nicolis G. and Nicolis C. On the entropy balance of the earth-atmosphere system // Quart. J. Roy. Meteorol. Soc. 1980. V. 106. N 450. P. 691-706.
3. Paltridge G.W. Thermodynamic dissipation and the global climate system // Quart. J. Roy. Meteorol. Soc. 1981. V. 107. N 451. P. 531-547.
4. Essex C. Minimum entropy production in the steady state and radiative transfer // Astrophys. J. 1984. V. 285. N 41. P. 279-293.
5. Lensins G.B. On the Relationship between Radiative Entropy and Temperature Distributions // J. Atmos. Sci. 1990. V. 47. N 6. P. 795-803.
6. Stephens G.L., O'Brien D.M. Entropy and climate. I: ERBE observations of the entropy production of the earth // Quart. J. Roy. Meteorol. Soc. 1993. V. 119. N 121. P. 121-152.
7. Горшков В.Г. Физические и биологические основы устойчивости жизни / Под ред. К.С. Лосева. М., 1995. 470 с.
8. Goody R., Abdou W. Reversible and irreversible sources of radiation entropy // Quart. J. Roy. Meteorol. Soc. 1996. V. 122. N 123. P. 483-494.
9. Изаков М.Н. Самоорганизация и информация планет и экосистем // Успехи физ. наук. 1997. Т. 167. № 10. С. 1087-1094.
10. Goody R. Sources and sinks of climate entropy // Quart. J. Roy. Meteorol. Soc. 2000. V. 126. N 565. P. 1953-1970.
11. Warner C. Entropy Sources in Equilibrium Conditions over a Tropical Ocean // J. Atmos. Sci. 2005. V. 62. N 2. P. 1588-1600.
12. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Статистическая физика. М.: Наука, 1964. 567 c.
13. Базаров И.П. Термодинамика, М.: Высш. школа, 1991. 376 с.
14. Kondepudi D., Prigogine I. Modern Thermodynamics. From Heat Engines to Dissipative Structures / Ed. O. Jacob. John Wiley & Sons, 1999. 489 p.
15. Стратонович Р.Л. Теория информации. М.: Сов. радио, 1975. 424 с.
16. Лоудон Р. Квантовая теория света. М.: Мир, 1976. 395 с.
17. Скалли М.О., Зубайри М.С. Квантовая оптика: Пер. с англ. / Под ред. В.В. Самарцева. М.: Физматлит, 2003. 280 с.
18. Planck M. Heat Radiation. Translated in Dover Ed., 1959. 496 с.
19. Zakharov V.I., Tyuterev Vl.G. Photon statistics of laser beams in resonance multiphoton processes // Laser and Particle Beams. 1987. N 5. P. 27-42.
20. Шляйх В.П. Квантовая оптика в фазовом пространстве. М.: Физматлит, 2005. 361 с.
21. Rosen P. Entropy of radiation // Phys. Rev. 1954. V. 96. N 3. P. 555-556.
22. Ore A. Entropy of radiation // Phys. Rev. 1955. V. 98. N 4. P. 887-888.
23. Тимофеев Ю.М., Васильев А.В. Теоретические основы атмосферной оптики. СПб.: Наука, 2003. 474 с.
24. Матвеев Л.Т. Теория общей циркуляции атмосферы и климата Земли. Л.: Гидрометеоиздат, 1991. 149 с.
25. Gribanov K.G., Zakharov V.I., Tashkun S.A., Tyuterev Vl.G. A new software tool for radiative transfer calculations and its application to IMG/ADEOS data // J. Quant. Spectrosc. and Radiat. Transfer. 2001. V. 68. N 4. P. 435-451. (http://remotesensing.ru).
26. Gribanov K.G. and Zakharov V.I. Neural network solution for temperature profile retrieval from infrared spectra with high spectral resolution // Atmos. Sci. Lett. 2004. V. 5. Is. 1-4. P. 1-11.
27. Kobayashi H., Editor. Interferometric Monitor for Greenhouse Gases: IMG Project Technical Report/IMG Mission Operation & Verification Committee, CRIEPI; Tokyo, Japan. 1999. 52 p.
28. Rothmann L.S., Jacquemart D., Barbe A, Benner D.C., Birk M., Brown L.R., Carleer M.R., Chackerian C., Jr., Chance K., Coudert L.H., Dana V., Devi V.M., Flaud J.M., Gamache R.R., Goldman A., Hartmann J.M., Jucks K.W., Maki A.G., Mandin J.Y., Massie S.T., Orphal J., Perrin A., Rinsland C.P., Smith M.A.H., Tennyson J., Tolchenov R.N., Toth R.A., Auwera J.V., Varanasi P., Wagner G. The HITRAN molecular spectroscopic database: edition of 2000 including updates through 2001 // J. Quant. Spectrosc. and Radiat. Transfer. 2003. V. 82. N 5. P. 5-44.