辐射在很大程度上影响了各大洲的温度变化，但蒸发和湍流传热也发挥了作用。这些本质上是复杂的过程。根据一种新的物理方法，观察到的温度模式遵循相对简单和可预测的规则。
德国耶拿马克斯-普朗克生物地球化学研究所的科学家们刚刚在《美国国家科学院院刊》上发表了一项新研究，他们使用了一种新颖的方法来确定蒸发和湍流热传递对各大洲温度的贡献。陆地上的温度反映了加热和冷却的平衡。地表被太阳辐射和大气向下发射的辐射加热，后者也被称为大气温室效应。这种变暖是通过释放辐射、蒸发水和通过向大气传递热量(通过对流和湍流运动完成)而产生的冷却来平衡的。
虽然人们对辐射的理解很好，也经常观察到辐射，但蒸发和运动冷却地表的程度是由许多因素控制的，通常使用半经验方法来描述它们。
作者采用了一种不同的方法来描述这些复杂的过程，利用基本的物理学原理:驱动运动需要一个电源，类似于发动机驱动汽车运动的方式。在大气中，表面的加热为运动提供动力。但运动的后果也需要考虑。
该研究的主要作者Sarosh Alam Ghausi解释说:“运动越多，表面越冷。这就像在热汤上吹——你吹得越多，它冷却得越快。”但这种冷却反过来又会降低发电过程的效率，导致最大功率降低。这个最大值可以计算出来，并用于量化蒸发和陆地表面温度运动的冷却效应。
研究人员使用卫星衍生的辐射数据集，并在数学上实现了最大功率方法，以估计各大洲和季节的加热和冷却速率。有了这个，他们预测的温度、蒸发和热通量与观测结果非常吻合。然后，他们用这种方法来理解为什么各大洲的温度会发生变化，特别关注水的可用性所起的作用。但他们没有找到他们所期望的。
“我认为缺水会使沙漠变暖，”具有水文背景的高西说。“但我们发现，电力最大化比缺水更重要。失去的水以这样一种方式得到补偿，即更多的热量被转移到大气中。”
沙漠地区的温度升高归因于两个因素:沙漠的云层较少，因此更多的阳光比热带雨林更强烈地加热地表。第二个影响不那么微不足道:沙漠通常位于亚热带，那里的大气通过所谓的哈德利环流水平输送热量。这些热量没有被添加到可以驱动发动机运动的表面，而是被添加到上面的大气中。
这使得在表面的发电过程效率较低，导致更少的冷却和更温暖的表面。有了这两个因素，作者就能够解释从热带雨林到沙漠的温度变化。
卡尔斯鲁厄理工学院水文学教授、该研究的合著者Erwin Zehe认为这种方法具有巨大的潜力。“我们的发现确实令人惊讶，因为通常蒸发被认为是冷却环境的关键。我想这种方法可以通过设定新的黄金标准，改进今天的蒸发模型的经验方法，真正推动事情的发展。”
马克斯-普朗克生物地球化学研究所的小组负责人阿克塞尔·克莱顿(Axel Kleidon)是这项研究的资深作者，他以一种更一般的方式解释了这些结果。“目前尚不清楚为什么这种简单但实际的方法如此有效。一种理解它的方法是，这些过程是如此复杂，以至于它们遇到的最终限制是在发电的物理学中。”
作者期望他们可以更广泛地应用他们的方法，以确定影响我们周围气候的基本机制，以及它们如何对全球变暖做出反应。
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我是79哈的签约作者“夜卉”！
希望本篇文章《地表温度变化的物理规律与复杂过程的关系研究》能对你有所帮助！
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