The half-order energy balance equation – Part 1: The homogeneous HEBE and long memories
Notice bibliographique
Résumé
Abstract. The original Budyko–Sellers type of 1D energy balance models (EBMs) consider the Earth system averaged over long times and apply the continuum mechanics heat equation. When these and the more phenomenological box models are extended to include time-varying anomalies, they have a key weakness: neither model explicitly nor realistically treats the conductive–radiative surface boundary condition that is necessary for a correct treatment of energy storage. In this first of a two-part series, I apply standard Laplace and Fourier techniques to the continuum mechanics heat equation, solving it with the correct radiative–conductive boundary conditions and obtaining an equation directly for the surface temperature anomalies in terms of the anomalous forcing. Although classical, this equation is half-ordered and not integer-ordered: the half-order energy balance equation (HEBE). A quite general consequence is that although Newton's law of cooling holds, the heat flux across surfaces is proportional to a half-ordered (not first-ordered) time derivative of the surface temperature. This implies that the surface heat flux has a long memory, that it depends on the entire previous history of the forcing, and that the temperature–heat flux relationship is no longer instantaneous. I then consider the case in which the Earth is periodically forced. The classical case is diurnal heat forcing; I extend this to annual conductive–radiative forcing and show that the surface thermal impedance is a complex valued quantity equal to the (complex) climate sensitivity. Using a simple semi-empirical model of the forcing, I show how the HEBE can account for the phase lag between the summer maximum forcing and maximum surface temperature Earth response. In Part 2, I extend all these results to spatially inhomogeneous forcing and to the full horizontally inhomogeneous problem with spatially varying specific heats, diffusivities, advection velocities, and climate sensitivities. I consider the consequences for macroweather (monthly, seasonal, interannual) forecasting and climate projections.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,002 |
| Communication savante | 0,002 | 0,006 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,002 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,002 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,012 | 0,001 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».