mirrors_prevent_climate_change
1.0.0
有关正确渲染的公式，请单击此处：https：//nbviewer.jupyter.org/github/benportner/mirrors_prevent_prevent_climate_change/blob/master/mirrors/mirrors_rf.html
作者：本杰明·波特纳（Benjamin W.
鉴于土地是有限的资源，什么可以在应对气候变化方面更有效：反映传入的阳光或建造合成燃料厂以取代化石燃料的建筑镜子？
图像由NASA提供：Loeb等人，J。Clim2009＆Trenberth等，BAMS，2009年。由Wikipedia提供动力的托管。
引用wikipedia（https://en.wikipedia.org/wiki/solar_constant）：平面物体在一个天文单位（AU）中接收到的太阳能的量定义为太阳常数：
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这是上图中标有“传入太阳辐射”的量。在340 w/m2中，大约30％被大气和地球表面反射回太空。该值表示地球的平均反照率（ATMOPHERIC +表面）。另有23％的入射辐射被大气吸收并重新射入红外辐射。有效地，186 W/m2（55％）到达地球表面（表面反射之前）。
平均表面反照率是反射辐射与传入辐射的比率：
通过使用镜子，可以增加此值。更多的能量将反映回空间，减少能量将被吸收并变成红外辐射。因此，增加表面反照率会对气候产生冷却作用。在下一节中，我将尝试量化这种效果。
如前所述，安装镜子有效地意味着增加地面表面的反照率。反照率是描述镜子光反射效率的一个罕见术语。相反，使用了反射率一词（尽管其定义与反照率相同）。反射率取决于许多因素，例如传入光的波长，镜子材料厚度及其元素组成。
图片由Wikipedia提供：https：//en.wikipedia.org/wiki/file：solar_spectrum_en.svg
上图显示了在大气顶（黄色）和地球表面（红色）的阳光的光谱成分。显然，表面上的大多数能量都在可见的和近红外光谱中携带。较小的量落在UV-A和-b范围内以及IR-B范围内。理想的镜子对差异不敏感。实际上，镜子通常对短波长或长波长敏感。例如，铝将反映可见到接近粉状物范围的85％至90％的光的光线，但其反射率在800至900 nm之间的下降”。另一方面，“只要2000 nm，银都可以反射到98％或99％的光到波长，但是在波长短于350 nm处的几乎所有反射率”（https://en.wikipedia.org/wiki/wiki/mirrorrorror #tolerances）。银可能是我们镜子的最佳候选人。但是，出于经济原因，铝是大规模申请的更可能选择。考虑到这一点，让我们假设反射率
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从镜子反射后，辐射将再次击中大气。离开地球的能量通量是由地球大气的透射率定义的：
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可以从第一个图形近似透射率。在传入的太阳辐射中，大气吸收了23％。这种能量将部分重新定位到地球的表面，部分地转到太空。对于此分析，我认为分布是50:50。另有23％的传入太阳辐射反映回空间。因此，从另一侧传来时，相同数量将反映回地球。然后，一小部分将被表面等等重新折射。此金额在这里忽略了。所有反射的辐射都被视为未传输。因此：
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插入产量
$ f_ {out} = 61， frac {w} {m^2} $
安装镜子后，从地球背到太空反射61 W/m2。安装之前，由于表面反照率，反射23 w/m2。区别在于我们地球能量平衡的变化：
$ delta f = 23， frac {w} {m^2} -61， frac {w} {m^2} = -38， frac {w} {m^2} $
分母中的区域是指镜子的区域。辐射强迫通常以地球表面积表示。因此，镜子场的辐射强迫（RF）是：
$ rf = delta f cdot dfrac {a_ {a_ {rigral}} {a_ {arter}} oft oft delta f cdot cdot dfrac {a_ {rigral}}}} {510.1 {510.1
CO2是一种所谓的温室气（GHG）。温室气体是短波长辐射的良好发射器，是长波长的辐射吸收器。因此，它们允许以阳光的形式能量到达地球，并防止长波长辐射逸出到空间。得益于这种效果，地球上的平均表面温度在14°C舒适，而不是冻结-18°C（如果没有气氛）（https://en.wikipedia.org/wiki/wiki/greenhouse_effect）。
如果大气中温室气体的浓度升高，地球的温度也会增加。这种变化可以等效地表示，即传入（因此，假设平衡）太阳辐射的增加。这就是科学家所说的辐射强迫
$ rf， weft [ dfrac {w} {m^2} right] = 5.35 ln left（ dfrac {c} {c_0} {c_0} orirt）= 5.35 ln ln left（ dfrac {
在哪里
现在，让我们以质量而不是集中度来表达此方程式，以便更容易处理。 CO 2的一个PPM-V大约对应于2.13 GT碳（https://cdiac.ess-dive.lbl.gov/pns/faq.html）。因此：
$ delta c，[ppm text { - } v] 大约2.13 delta m_ {c}，[gt] 大约7.81 delta m_ {co_2}，[gt] $
插入产量：
$ rf， left [ dfrac {w} {m^2} right] = 5.35 ln bigg（1 + 0.02， delta m_ {co_2} [gt] bigG）$
让我们利用我们知道的内容来回答一个实用的问题：补偿航空部门的CO 2排放需要哪个镜子区域？
Aviation Co 2在2018年的排放量为0.895 GT（https://www.atag.org/facts-figures.html）。但是，并非所有这些CO 2都增加了辐射强迫。发射的CO 2的一部分被地球的海洋和植物吸收。过去，大约45％的发射CO 2停留在大气中，而55％被吸收（https://earthobservatory.nasa.gov/features/features/carboncycle/page5.php）。因此，大气CO 2的增加是：
$ delta m_ {co_2} 大约0.45 cdot 0.895，gt 大约0.4，gt $
相应的辐射强迫构成：
$ rf_ {aviation} = 0.04， dfrac {w} {m^2} $
现在，需要多少镜像区域来补偿此RF？以地球表面百分比表达面积：
$ dfrac {a_ {rigrh}} {a_ {arter}} = - dfrac {rf_ {aviation}} { delta f_ {rigral}} cdot 100％ cdot 100％大约0.1％$
通过用镜子覆盖地球表面的0.1％（大约54米km 2 ），可以补偿航空业2018年度的CO 2排放量（不考虑非CO 2效应）。请注意，结果实际上是一个速率。每年都会发出更多的CO 2 ，需要建造更多的镜子。
Horizon 2020 Sun-to-Liquid（S2L）提出了一条使用浓缩阳光的能量从大气CO 2产生喷气燃料的路径。从捕获的CO 2到燃料的链条很长，每个步骤都增加了技术损失和材料要求。因此，出现的问题是：是否值得一路生产燃料，还是只能使用相同的镜子将太阳辐射回到太空会更有效？
没有工业植物的迄今为止，因此我的估计是基于克里斯托夫对扩大设计的计算。该工厂每公顷和年生产30,300升燃料。该燃料的生命周期温室气体排放量（井井有条）为0.6千克CO 2-燃烧。化石喷气燃料在其整个生命周期中每升生产约2.9千克CO 2倍数。那一年的每公顷总节省总额是：
$ delta m_ {s2l} = 30300， dfrac {l} {ha} cdot left（2.9-0.6-0.6 right） dfrac {kg_ {kg_ {co_2-eq}}} {l} {l} {l} {l} {l}
需要哪个领域来补偿航空公司的2018年排放？
$ dfrac {a_ {a_ {s2l}} {a_ {art}} = dfrac { delta m_ {co_2}} { delta m_ {s2l} cdot a_ {arter} kg_ {co_2}} {7.0， frac {kg_ {co_2-eq}}} {m^2} {m^2} cdot 510.1 cdot 10^{12} m^2} m^2} m^2} cdot 100％ cdot 100％大约0.01％$
S2L植物的面积高约10倍，比使用镜子高10倍。请注意，S2L排放储蓄率是非CO 2效应的。航空业排放的数量仅占CO 2 。如果包括非CO 2排放，实际区域需求将更高。
森林每公顷100至500吨的碳（http://www.fao.org/3/y0900e/0900E06.htm）。这转化为每公顷吸收的360-1800 t CO 2 。假设下限，弥补航空一年排放所需的区域是：
因此，造林的面积效率至少比使用镜子高50倍，并且面积效率比S2L工厂高5倍。使用上限值：
造林最多比S2L工厂高20倍。
与镜子相比，使用太阳能使用太阳能在防止气候变化方面更有效率。造林可能比S2L更效率更高，这使其成为最有效的情况。
