<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing with OASIS Tables v3.0 20080202//EN" "journalpub-oasis3.dtd">
<article xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:oasis="http://docs.oasis-open.org/ns/oasis-exchange/table" dtd-version="3.0">
  <front>
    <journal-meta>
<journal-id journal-id-type="publisher">CP</journal-id>
<journal-title-group>
<journal-title>Climate of the Past</journal-title>
<abbrev-journal-title abbrev-type="publisher">CP</abbrev-journal-title>
<abbrev-journal-title abbrev-type="nlm-ta">Clim. Past</abbrev-journal-title>
</journal-title-group>
<issn pub-type="epub">1814-9332</issn>
<publisher><publisher-name>Copernicus GmbH</publisher-name>
<publisher-loc>Göttingen, Germany</publisher-loc>
</publisher>
</journal-meta>

    <article-meta>
      <article-id pub-id-type="doi">10.5194/cp-11-559-2015</article-id><title-group><article-title>Diminished greenhouse warming from Archean methane <?xmltex \hack{\newline}?>due to solar absorption lines</article-title>
      </title-group><?xmltex \runningtitle{Archean radiative forcings}?><?xmltex \runningauthor{B.~Byrne and C.~Goldblatt}?>
      <contrib-group>
        <contrib contrib-type="author" corresp="yes" rid="aff1 aff2">
          <name><surname>Byrne</surname><given-names>B.</given-names></name>
          <email>bbyrne@physics.utoronto.ca</email>
        </contrib>
        <contrib contrib-type="author" corresp="no" rid="aff1">
          <name><surname>Goldblatt</surname><given-names>C.</given-names></name>
          
        <ext-link>https://orcid.org/0000-0002-8651-2642</ext-link></contrib>
        <aff id="aff1"><label>1</label><institution>School of Earth and Ocean Sciences, University of Victoria, Victoria, BC, Canada</institution>
        </aff>
        <aff id="aff2"><label>*</label><institution>now at: Department of Physics, University of Toronto, Toronto, ON, Canada</institution>
        </aff>
      </contrib-group>
      <author-notes><corresp id="corr1">B. Byrne (bbyrne@physics.utoronto.ca)</corresp></author-notes><pub-date><day>27</day><month>March</month><year>2015</year></pub-date>
      
      <volume>11</volume>
      <issue>3</issue>
      <fpage>559</fpage><lpage>570</lpage>
      <history>
        <date date-type="received"><day>29</day><month>August</month><year>2014</year></date>
           <date date-type="rev-request"><day>29</day><month>October</month><year>2014</year></date>
           <date date-type="rev-recd"><day>9</day><month>February</month><year>2015</year></date>
           <date date-type="accepted"><day>3</day><month>March</month><year>2015</year></date>
      </history>
      <permissions>
<license license-type="open-access">
<license-p>This work is licensed under a Creative Commons Attribution 3.0 Unported License. To view a copy of this license, visit <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/">http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/</ext-link></license-p>
</license>
</permissions><self-uri xlink:href="https://www.clim-past.net/11/559/2015/cp-11-559-2015.html">This article is available from https://www.clim-past.net/11/559/2015/cp-11-559-2015.html</self-uri>
<self-uri xlink:href="https://www.clim-past.net/11/559/2015/cp-11-559-2015.pdf">The full text article is available as a PDF file from https://www.clim-past.net/11/559/2015/cp-11-559-2015.pdf</self-uri>


      <abstract>
    <p>Previous research has shown that methane may have been sustained at
high concentrations in the Archean atmosphere, helping to offset lower
insolation and solve the faint young sun problem. However, recent
updates to the HITRAN (High-Resolution Transmission) line database have significantly increased the
shortwave absorption by CH<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> in comparison to older versions
of the database (e.g. HITRAN 2000). Here we investigate the
climatological implications of strong shortwave CH<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>
absorption in an Archean atmosphere rich in CH<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>. We show
that the surface warming at CH<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> abundances <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is
diminished relative to the HITRAN 2000 line data. Strong
shortwave absorption also results in a warm stratosphere and lower
tropopause. We discuss these results in the context of contemporary
research on the Archean climate and how these results could affect the
formation of stratospheric clouds and an organic haze.</p>
  </abstract>
    </article-meta>
  </front>
<body>
      

<sec id="Ch1.S1" sec-type="intro">
  <title>Introduction</title>
      <p>The luminosity of the sun has increased steadily over its main
sequence lifetime <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx9" id="paren.1"/> and was 75–82 <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">%</mml:mi></mml:math></inline-formula> as
luminous in the Archean Eon (3.8–2.5 Gya) as today. Despite
a dimmer sun, geologic evidence suggests that surface temperatures were
similar to today for much of this period
<xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx4 bib1.bibx23" id="paren.2"/>. The apparent contradiction between
reduced solar luminosity and warm surface temperatures is termed the
faint young sun problem or paradox (FYSP). It is generally believed
that the Earth was kept warm in the Archean primarily due to elevated
greenhouse gas concentrations and thus a stronger greenhouse effect.</p>
      <p><?xmltex \hack{\newpage}?>Methane (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>) has a long photochemical lifetime of
<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> yr in low-oxygen atmospheres
<xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx29" id="paren.3"/>. Given the long atmospheric lifetime,
concentrations of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mo>≈</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">ppmv</mml:mi></mml:math></inline-formula> could have been sustained
by impacts from space and geologic sources in the Archean
<xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx13" id="paren.4"/>. Much higher concentrations may have been
sustained by anaerobic ecosystems. Using a photochemical–ecosystem
model, <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx15" id="text.5"/> found that biogenic methane fluxes were
likely <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>–2.5 times modern values. They find that these fluxes
could have sustained atmospheric concentrations of 100 to
35 000 <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">ppmv</mml:mi></mml:math></inline-formula> (depending on the rate of hydrogen escape).</p>
      <p>Thus, it has been proposed that methane played an important role in
the Archean greenhouse and may have been partially responsible for the
warm climate. At high <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mo>/</mml:mo><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CO</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> ratios,
photochemical reactions have been shown to produce an organic haze
with a strong anti-greenhouse effect <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx29" id="paren.6"/>, possibly
limiting the warming ability of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> at very high
concentrations.</p>
      <p>Recent updates to the HITRAN database <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx22 bib1.bibx2" id="paren.7"/>
have significantly increased the magnitude of shortwave absorption by
<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> at high concentration <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx3" id="paren.8"/>, particularly
between 5500 and 9000 and around
11 000 <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">cm</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F1"/>). This results in
significant shortwave absorption in the upper troposphere and
stratosphere at high <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> concentrations. It should be noted
that there is still a considerable amount of missing shortwave line
data, so the shortwave absorption by <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is likely still
being underestimated.</p>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F1"><caption><p><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> solar spectra. <bold>(a)</bold> Emission spectrum for an object of 5777 <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">K</mml:mi></mml:math></inline-formula>
(effective emitting temperature of modern Sun). <bold>(b)</bold> HITRAN 2000 and <bold>(c)</bold> HITRAN 2012
absorption cross sections for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. <bold>(d)</bold> Difference in absorption cross sections
between HITRAN 2012 and HITRAN 2000. Shaded regions indicate where no data exists.</p></caption>
        <?xmltex \igopts{width=199.169291pt}?><graphic xlink:href="https://www.clim-past.net/11/559/2015/cp-11-559-2015-f01.pdf"/>

      </fig>

      <p>Strong shortwave absorption is expected to have a significant effect
on the atmospheric temperature profile. Increased shortwave absorption
in the stratosphere limits the amount of radiation that reaches the
surface. As such, there is a negative forcing on the surface which
acts to decrease surface temperatures. Thus, it is expected that
previous estimates of the warming due to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> have been
overestimated at high concentrations. Furthermore, solar absorption
in the stratosphere leads to stratospheric warming, which diminishes
the effect of greenhouse gases in the stratosphere.</p>
      <p>In this paper, we run a radiative convective model (RCM) using the
HITRAN 2000 and 2012 databases to examine the effect that updates to
the HITRAN database have on the atmospheric profile and warming from
<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. We choose the HITRAN 2000 version for comparison
because most existing literature for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in the Archean uses
shortwave absorption data which predates this version
(<xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx20 bib1.bibx10" id="altparen.9"/>; these studies do include a parameterization of visible/near-IR absorption
by <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, where HITRAN data is missing, but the absorption is still strongly underestimated). In Sect. 2, we describe our
general methods. In Sect. 3, we provide our results. We examine the
surface temperature and atmospheric profile as a function of
<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. In Sect. 4, we discuss the possible climatic
consequences of our results. We discuss how a warmer stratosphere may
affect stratospheric clouds and a hypothetical organic haze.</p>
</sec>
<sec id="Ch1.S2">
  <title>Methods</title>
<sec id="Ch1.S2.SS1">
  <title>Radiative transfer model</title>
      <p>We use the Spectral Mapping for Atmospheric Radiative Transfer (SMART)
code, written by David Crisp <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx18" id="paren.10"/>, for our radiative
transfer calculations. This code works at a line-by-line resolution but
uses a spectral mapping algorithm to treat different wave number
regions with similar optical properties together, giving significant
savings in computational cost. We evaluate the radiative transfer in
the range 50–100 000 <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">cm</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (0.1–200 <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">µ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>)
as a combined solar and thermal calculation. Line data for all
radiatively active gases are taken from the HITRAN 2012 and 2000
databases.</p>
</sec>
<sec id="Ch1.S2.SS2">
  <title>Radiative Convective Model</title>
      <p>The RCM used in this work derives from <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx7" id="text.11"/>
and <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx8" id="text.12"/>. A “hard convective adjustment” is used,
whereby the tropospheric structure is set as the moist adiabatic lapse
rate, so surface and tropospheric temperature are represented by
a single degree of freedom. The stratosphere is radiatively adjusted
and the tropopause position is adjusted.</p>
      <p>The SMART radiative transfer code is very computationally
expensive. Hence the Newton–Raphson method used previously
<xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx8" id="paren.13"/> is too expensive, requiring a separate
radiative transfer run for each degree of freedom (model level).
Therefore, we derive a new numerical method, which diagnoses a grey emissivity for
each layer and solves a linearized set of equations to adjust the
model temperature. The algorithm is described in full in the
appendix. For test cases with a grey atmosphere radiative transfer
code, this gave convergence in 3–4 iterations. Unfortunately, the
diagnosis of pseudo-grey emissivities for each layer from the real-gas
radiation field was not as effective as we hoped and introduced some
numerical instabilities. We introduced numerical smoothing and damping
at each iteration to control the instability. Convergence was
typically obtained in 20–30 iterations.</p>
      <p>Water vapour was parametrized as in <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx17" id="text.14"/>. Relative
humidity (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula>) is given by

                <disp-formula id="Ch1.E1" content-type="numbered"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>⋆</mml:mo></mml:msub><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>0.02</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>0.02</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mfenced><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

          where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>⋆</mml:mo></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.77</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>⋆</mml:mo></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>⋆</mml:mo></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is surface
pressure. When <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>Q</mml:mi></mml:math></inline-formula> is smaller than 0.02, the relative humidity becomes
negative; thus, it is necessary to specify a minimum humidity
distribution for small <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>Q</mml:mi></mml:math></inline-formula> values. <?xmltex \hack{\mbox\bgroup}?><xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx17" id="text.15"/><?xmltex \hack{\egroup}?> determine a minimum
mixing ratio of water vapour to be <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">6</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi mathvariant="normal">g</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">g</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi mathvariant="normal">of</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">air</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. We take this as the minimum
mixing ratio for a “mid-<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>” set of calculations. Since
the saturation vapour pressure is proportional to temperature and we
expect significant warming in the upper troposphere and stratosphere
from shortwave absorption by <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, the relative humidity
parametrization may significantly affect the amount of atmospheric
<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> concentrations would then
affect
the strength of the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> greenhouse. Furthermore, elevated
high troposphere and stratospheric water vapour concentrations would
increase the emission level to space from <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and thus
would promote cooling of this level. A further complication is that
methane oxidation is a significant stratospheric moisture source, and
this would be enhanced with higher methane abundances.</p>
      <p>To examine the sensitivity of our results to the parametrization of
<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, we perform a “low-<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>” set of calculations,
for which we reduce the minimum mixing ratio of water vapour by
a factor of 1000 to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">9</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi mathvariant="normal">g</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">g</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">of</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">air</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>,
and a “high-<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>” set of calculations, for which we increase
the minimum mixing ratio of water vapour by a factor of 10 to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">5</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi mathvariant="normal">g</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">g</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi mathvariant="normal">of</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">air</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. We attempted an
additional set of runs in which the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> mixing ratio above the
tropopause was set at the tropopause value but found it to be unstable
in our model.</p>
</sec>
<sec id="Ch1.S2.SS3">
  <title>Runs</title>
      <p>Gas amounts are given in abundances, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula>, relative to the modern
atmosphere (1 <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">bar</mml:mi></mml:math></inline-formula>, molecular weight of 28.97 <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">g</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">moles</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>,
total moles (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>) of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mo>≈</mml:mo><mml:mn>1.8</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mn>20</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>). Thus,
<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mtext>gas</mml:mtext></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. For our experiments we add gas abundances to
background <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> partial pressure (0.8 <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">bar</mml:mi></mml:math></inline-formula>),
increasing the atmospheric pressure.</p>
      <p>We calculate the equilibrium temperature profile over many
<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> abundances to be in the range of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">6</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> with
a solar constant of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mn>0.8</mml:mn></mml:math></inline-formula> <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. We perform sets of runs with
background <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CO</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> abundances of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and
<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for the high-<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, mid-<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and
low-<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> water vapour parametrizations. These sets of
runs are performed with both the HITRAN 2000 and HITRAN 2012 line
data, giving a total of 18 sets of runs. The reason for running sets
with varying <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CO</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> abundances is that <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CO</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> cools the
upper atmosphere and, thus, we would like to examine whether cooling by
<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CO</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> or warming by <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> dominates.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="Ch1.S3">
  <title>Results</title>
<sec id="Ch1.S3.SS1">
  <title>Modern atmosphere and climate sensitivity</title>
      <p>To test our RCM and diagnose the climate sensitivity, we calculate the
equilibrium temperature profile with pre-industrial (280 <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">ppmv</mml:mi></mml:math></inline-formula>)
and doubled (560 <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">ppmv</mml:mi></mml:math></inline-formula>) <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CO</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. We find that our model
performs well in recreating the pre-industrial atmospheric profiles
(Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F2"/>). For low-<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, mid-<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and high-<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> parametrizations, we find
the pre-industrial surface temperature to be 288.4,
288.5, and 291.4 <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">K</mml:mi></mml:math></inline-formula>. The temperature change for
a doubling of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CO</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is 1.76 <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">K</mml:mi></mml:math></inline-formula> for low
<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, 1.75 <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">K</mml:mi></mml:math></inline-formula> for mid-<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and
1.73 <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">K</mml:mi></mml:math></inline-formula> for high <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. These are within the range
of climate sensitivities given by the IPCC (2013, 1.5–4.5 <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">K</mml:mi></mml:math></inline-formula>) but are less than the best guess of
3 <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">K</mml:mi></mml:math></inline-formula>. The climate sensitivity is largest for the low-<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> parametrization because the water vapour change is
larger.</p>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F2"><caption><p>Modern Earth temperature profiles. Pre-industrial (blue) and doubled <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CO</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>
(red) temperature profiles for <bold>(a)</bold> low-, <bold>(c)</bold> mid-, and <bold>(e)</bold>
high-<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> parametrizations. Corresponding changes in temperature for <bold>(b)</bold> low-,
<bold>(d)</bold> mid-, and <bold>(f)</bold> high-<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> parametrizations. Grey line shows the
global and annual mean modern-day temperature profile.</p></caption>
          <?xmltex \igopts{width=236.157874pt}?><graphic xlink:href="https://www.clim-past.net/11/559/2015/cp-11-559-2015-f02.pdf"/>

        </fig>

</sec>
<sec id="Ch1.S3.SS2">
  <title>Error estimates</title>
      <p>We take the model to be converged when the net flux above the
tropopause (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>) is less than 0.2 <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">W</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for every layer above
the tropopause. In cases for which this could not be achieved within reasonable
limits on computational cost, we estimate the precision of runs with a lower
convergence threshold.</p>
      <p>To do this we examined the difference in temperature for unconverged
iterations of a converged run. The error in surface temperature for
each unconverged iteration was found by taking the difference in
surface temperature between the converged and unconverged iterations
(<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>). The maximum net flux above the tropopause was plotted as
a function of surface temperature error (Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F3"/>). To
estimate the largest surface temperature error for a given maximum net
flux above the tropopause, we found a linear slope which contained all
of the points. All of the points fit within a region bounded by
a slope of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Thus, uncertainty in temperature
is taken to be <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F3"><caption><p>Error Estimate. Maximum flux above the tropopause (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>) as a function of difference in surface temperature (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>). Red line has slope of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p></caption>
          <?xmltex \igopts{width=199.169291pt}?><graphic xlink:href="https://www.clim-past.net/11/559/2015/cp-11-559-2015-f03.pdf"/>

        </fig>

</sec>
<sec id="Ch1.S3.SS3">
  <title>Surface temperature</title>
      <p>We examine surface temperature as a function of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for each
set of runs (Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F4"/>). For all cases, there are
significant differences between runs with HITRAN 2000 and HITRAN 2012
line data. At low <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> abundances, the surface temperature is
slightly warmer (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mo>≈</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">K</mml:mi></mml:math></inline-formula>) using the HITRAN 2012 database
relative to the HITRAN 2000 database, due to additional longwave
absorption lines added to the HITRAN 2012 database. Additional
<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> shortwave absorption in HITRAN 2012 starts to become
evident at <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> above <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and becomes significant at
concentrations above <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. For a <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> increase from
<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, the warming is 4.8–6.4 <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">K</mml:mi></mml:math></inline-formula> using HITRAN
2000 line data and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo>-</mml:mo></mml:math></inline-formula>0.6–2.5 <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">K</mml:mi></mml:math></inline-formula> using 2012 line data. Thus,
the ability of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> to warm the surface is significantly
diminished above <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p>

      <?xmltex \floatpos{p}?><fig id="Ch1.F4" specific-use="star"><caption><p>Surface temperature as a function of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The three panels correspond to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CO</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> abundances of <bold>(a)</bold> <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>,
<bold>(b)</bold> <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and <bold>(c)</bold> <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Dashed lines are for the low-<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> parametrization, solid lines are
for the mid-<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> parametrization, and dotted lines are for the high-<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> parametrization. Black lines are
for the HITRAN 2012 database and red lines are for the HITRAN 2000 database. Shaded regions indicate the possibility of an organic
haze. Error bars are plotted corresponding to the error estimates from Sect. 3.2.</p></caption>
          <?xmltex \igopts{width=341.433071pt}?><graphic xlink:href="https://www.clim-past.net/11/559/2015/cp-11-559-2015-f04.pdf"/>

        </fig>

      <p>The difference in absorption by <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CO</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is quite small between the two databases. Although, many new lines
have been added to both <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CO</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> databases, they do not provide a large radiative effect in the regime we
examined. The differences between HITRAN versions result in a small increase to the greenhouse strength between versions, increasing the surface temperature by roughly 1 K in the regimes we examined.</p>
      <p>The surface temperature is sensitive to the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>
parametrization used. At low <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> abundances, the atmosphere
is cold and the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> abundances decrease rapidly with
altitude to the minimum allowed abundance (Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F5"/>),
resulting in large differences in the amount of atmospheric
<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> between the difference parametrizations. Thus, the water
vapour greenhouse effect is much stronger for higher minimum allowed
abundances, which results in warmer surface temperatures.</p>

      <?xmltex \floatpos{p}?><fig id="Ch1.F5" specific-use="star"><caption><p>Atmospheric <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> Profiles. Equilibrium <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> abundances as a function of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CO</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and
<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> abundances. Line types and colours are as in Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F4"/>.</p></caption>
          <?xmltex \igopts{width=398.338583pt}?><graphic xlink:href="https://www.clim-past.net/11/559/2015/cp-11-559-2015-f05.pdf"/>

        </fig>

      <p>Large atmospheric methane abundances cause atmospheric warming above
a pressure level of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mn>0.3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>⋆</mml:mo></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (see Sect. <xref ref-type="sec" rid="Ch1.S3.SS4"/>). For
our low- and mid-<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> parametrizations, this causes the amount
of water here to increase, strengthening the greenhouse effect and
causing surface warming. However, for our high-<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>
parametrization, the water vapour is already at a maximum here, and we
see the consequence of methane absorption in isolation. Between
methane abundances of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, there is
a surface cooling of 2 <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">K</mml:mi></mml:math></inline-formula> with the HITRAN 2012 database as
compared to a warming of 7 <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">K</mml:mi></mml:math></inline-formula> using the HITRAN 2000 database.</p>
      <p>The parametrizations of relative humidity used here are simplistic and
may not properly represent the relative humidity structure for an
Archean atmosphere with high <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Water vapour moves from
the troposphere to the stratosphere though complicated dynamical
processes. On the modern Earth, water vapour enters the stratosphere
through the extremely cold tropical tropopause
<xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx1 bib1.bibx19" id="paren.16"/>. Resolving atmospheric dynamics would
be required to correctly estimate stratospheric water
vapour. Furthermore, methane oxidation is a significant source of
stratospheric water vapour, and this will be a much larger source when
there is more methane. Hence, photochemistry should be treated too.</p>
      <p>The surface temperatures calculated using HITRAN 2000 line data agree
well with the results of <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx10" id="text.17"/>. For a <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CO</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>
abundance of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and a <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> increase from <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">5</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> to
<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx10" id="text.18"/> found a temperature increase of
11.5 <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">K</mml:mi></mml:math></inline-formula> and we find a temperature increase of 12.6 <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">K</mml:mi></mml:math></inline-formula>
(low <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>), 11.2 <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">K</mml:mi></mml:math></inline-formula> (mid-<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>), and
9.8 <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">K</mml:mi></mml:math></inline-formula> (high <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>). This is much diminished with
the HITRAN 2012 line data; for the same scenario we find a temperature
increase of 8.1 <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">K</mml:mi></mml:math></inline-formula> (low <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>), 6.7 <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">K</mml:mi></mml:math></inline-formula>
(mid-<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>), and 3.4 <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">K</mml:mi></mml:math></inline-formula> (high <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>).</p>
</sec>
<sec id="Ch1.S3.SS4">
  <title>Atmospheric temperature structure</title>
      <p>Increased shortwave absorption by <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> warms the stratosphere
(altitudes above <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mo>≈</mml:mo><mml:mn>0.3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>⋆</mml:mo></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>) relative to the HITRAN 2000
line data (Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F6"/>). The warming as a function of
<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is roughly 2–5 <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">K</mml:mi></mml:math></inline-formula> for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>,
10–20 <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">K</mml:mi></mml:math></inline-formula> for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and 20–35 <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">K</mml:mi></mml:math></inline-formula> for
<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The warming also causes the tropopause to lower with
increasing <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F6" specific-use="star"><caption><p>Atmospheric temperature profiles. Equilibrium temperature profiles (K) as functions of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CO</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> abundances. Line types and colours are as in
Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F4"/>. Grey line shows the global and annual mean temperature profile for the modern atmosphere.</p></caption>
          <?xmltex \igopts{width=398.338583pt}?><graphic xlink:href="https://www.clim-past.net/11/559/2015/cp-11-559-2015-f06.pdf"/>

        </fig>

      <p>Elevated <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CO</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> acts to cool the stratosphere and thus
counteracts warming by <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. In general, warming by
<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the dominant effect, although differences in the
temperature structure at different <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CO</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> concentrations are
apparent. The most significant differences are as follows: (1) the difference in
stratospheric temperature between the HITRAN databases is largest at
low <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CO</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>; (2) a temperature inversion appears for
a <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CO</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> abundance of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> but does not form at higher
abundances; and (3) the tropopause is lower with less <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CO</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>
(for example, with a <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> abundance of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, the
tropopause is at <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mo>≈</mml:mo><mml:mn>0.4</mml:mn><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>⋆</mml:mo></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CO</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>,
<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mo>≈</mml:mo><mml:mn>0.3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>⋆</mml:mo></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CO</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and
<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mo>≈</mml:mo><mml:mn>0.2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>⋆</mml:mo></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CO</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>).</p>
      <p>Longwave emissions to space from <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> act to cool the
stratosphere. At low <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, higher parametrized <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>
abundances result in a cooler stratosphere. In contrast to the surface
temperature, the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> parametrization has only a minor effect
on the temperature structure in the stratosphere at high <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>
concentrations. This is because the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> concentration is
similar for all cases at high <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>
(Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F5"/>).</p>
</sec>
</sec>
<sec id="Ch1.S4">
  <title>Discussion</title>
<sec id="Ch1.S4.SS1">
  <title>Stratospheric ice clouds</title>
      <p>In the contemporary modelling of the Archean atmosphere, the removal
of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and increased <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CO</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>
result in decreased static stability of the stratosphere
<xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx21 bib1.bibx28 bib1.bibx16" id="paren.19"/>. Thus, deep convective mass
and water fluxes are enhanced for the Archean
<xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx28" id="paren.20"/>. However, as shown above, high <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> results
in a stable stratosphere. Thus, it is worth discussing the effect that
this increased stability would have on studies of the Archean climate.</p>
      <p>Modelling studies have found that the removal of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and
<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> results in a decrease in static stability and higher
penetration of convection, which produces increased cirrus ice clouds
in the stratosphere
<xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx21 bib1.bibx28 bib1.bibx16" id="paren.21"/>. <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx28" id="text.22"/> found that replacing <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in the
present-day atmosphere produces a 3.9 <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">W</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> longwave
radiative forcing from clouds. However, the contribution of ice clouds
to the greenhouse effect in the Archean is reduced due to the saturation of
longwave spectral bands from elevated <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CO</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> concentrations
despite increased cloud fractions. Thus, it is unlikely that the
absence of these clouds would have a large effect on the Archean
climate.</p>
</sec>
<sec id="Ch1.S4.SS2">
  <title>Organic haze</title>
      <p>Photochemical models have found that an organic haze is produced by
photolysis as <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> concentrations approach the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CO</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>
concentration in a low-<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> atmosphere
<xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx14 bib1.bibx29" id="paren.23"/>. Organic haze has been predicted by
photochemical modelling at <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>/</mml:mo><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CO</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> ratios larger
than 1 (Zahnle, 1986), and laboratory experiments have found that
organic haze could form at <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>/</mml:mo><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CO</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> ratios as low
as 0.2–0.3 <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx24 bib1.bibx25" id="paren.24"/>. The organic haze would
likely produce a significant anti-greenhouse effect by reflecting
solar radiation while being transparent to infrared
radiation, although the organic haze may also have shielded greenhouse
gases from photolysis <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx27" id="paren.25"><named-content content-type="pre">such as <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">NH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula></named-content></xref> and
produced other greenhouse gases <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx10" id="paren.26"><named-content content-type="pre">such as <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">6</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>,</named-content></xref>.</p>
      <p>The precise radiative effect that an organic haze would have had on
the early Earth's climate is poorly quantified. Further, the relative
humidity at which the haze formed may have effected the radiative
impacts of the haze. <?xmltex \hack{\mbox\bgroup}?><xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx11" id="text.27"/><?xmltex \hack{\egroup}?> performed laboratory
experiments on the formation of haze particles via ultraviolet
photolysis over a range of relative humidities and found that
increasing relative humidity increases the cooling effect of the haze
particles. In contemporary Archean climate simulations, exceedingly
low temperatures above the tropopause mean that saturation vapour
pressure is quite low. Thus, despite having little water vapour,
relative humidities grow large above the tropopause
<xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx28" id="paren.28"/>. However, stratospheric warming would increase the
saturation vapour pressure and lower the relative humidities, which
would effect the formation of an organic haze; higher relative humidity may cause fractal particles to collapse into spheres, while lower relative humidity would allow the fractal shape to be better preserved <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx26" id="paren.29"/>.</p>
      <p>Geological constraints, based on the mass balance of weathering palaeosols, have suggested that the atmospheric <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CO</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> partial pressure was in the range of 0.003–0.02 bar in the late Archean <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx5" id="paren.30"><named-content content-type="pre">2.69 Gyr ago;</named-content></xref>. Given that an organic haze could form at <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mo>/</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CO</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> ratios as low as 0.2–0.3, this would imply that an organic haze would form at <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> abundances greater than <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">6</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>–<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">6</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. In the presence of an organic haze, shortwave absorption by <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> would likely be of less importance.
However, at the upper limit of this range, a <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> abundance of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">6</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> results in a significant (3–4 K)
difference in surface warming between HITRAN versions. Thus, given the constraints on atmospheric <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CO</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and organic
haze, the calculated reduction in surface warming due to improved line data may have been radiatively important throughout the
Archean. Furthermore, atmospheric <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CO</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> constraints only exist for the latest Archean <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx5" id="paren.31"><named-content content-type="pre">2.69 Gyr ago;</named-content></xref>.
The solar luminosity used in this study (80 % of today's value) occurred 2.86 Gyr ago <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx6" id="paren.32"><named-content content-type="pre">Eq. 1,</named-content></xref>, which is
170 Myr before the earliest constraint on <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CO</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx5" id="paren.33"><named-content content-type="pre">2.69 Gyr ago,</named-content></xref>. Thus, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CO</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> may have been significantly higher than 0.02 bar at this time, meaning atmospheric <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> concentrations larger than <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">6</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> bar could have existed without haze formation.</p><?xmltex \hack{\newpage}?>
</sec>
</sec>
<sec id="Ch1.S5" sec-type="conclusions">
  <title>Conclusions</title>
      <p>Increased shortwave absorption by <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> between the HITRAN
2000 and HITRAN 2012 databases significantly reduces the efficacy of
<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in warming the climate at abundances above
<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The quantitative difference in warming is sensitive to the
parametrization of relative humidity and the magnitude of water vapour
change in our model. If the water vapour change is small (high
<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>), then the surface temperature remains roughly constant
or decreases with increasing <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> above an abundance of
<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. With a large <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> change the surface temperature
continues to increase with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, but to a much lesser
extent. These results are sensitive to our simple relative humidity
parametrization; a GCM (general circulation model) study with well-resolved cross-tropospheric
moisture transport and a parametrized moisture source from methane
oxidation might be enlightening.</p>
      <p>Significantly enhanced solar absorption here derives from the
inclusion of the 11 000 <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">cm</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> methane band in HITRAN
2012. However, there are still significant regions of missing data,
especially around the 10 000 <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">cm</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (1 <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">µ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>)
methane band. Thus, we expect that our results here actually
underestimate the true amount of absorption of sunlight by methane:
surface cooling, stratospheric warming, and tropopause lowering may all
be larger than our calculations indicate.</p>
      <p>The increased shortwave absorption significantly increases the
stratospheric temperature and lowers the tropopause at high
<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> concentrations. All relative humidity parametrizations
give high stratospheric <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> at high <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> abundances
and similar temperature structures. The warm temperature structure
would reduce the likelihood of stratospheric ice clouds, which have
formed in some GCM studies of the Archean climate. They would also
change the relative humidity of the stratosphere from those values
seen in GCMs. Since the radiative properties of an organic haze are
sensitive to the relative humidity at which it forms, this may
significantly effect the radiative properties of such a haze.</p><?xmltex \hack{\clearpage}?>
</sec>

      
      </body>
    <back><app-group><app id="App1.Ch1.S1">
  <title>Radiative adjustment algorithm</title>
      <p>The energy budget of an atmospheric layer is balanced by absorbed
shortwave radiation, absorbed upwelling (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>) and downwelling
(<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>) longwave radiation, and emitted upwelling (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>) and
downwelling (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>) longwave radiation.</p>
      <p>The longwave radiation emitted at each atmospheric level is very sensitive
to temperature. For simplicity, we assume that the emission from a layer <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>j</mml:mi></mml:math></inline-formula>
is independent of frequency and emitted as blackbody radiation (i.e. grey
gas):

              <disp-formula id="App1.Ch1.E1" content-type="numbered"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="0.25em" linebreak="nobreak"/><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

        where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the absorptivity/emissivity of a layer and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the
temperature of layer <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>j</mml:mi></mml:math></inline-formula>. Since gases are not grey, we have to
diagnose <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> as a pseudo-absorptivity (see
Sect. <xref ref-type="sec" rid="App1.Ch1.S1.SS1"/>).</p>
      <p>The atmospheric profile given as an input to SMART consists of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula>
levels, resulting in an atmosphere with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> atmospheric
layers. A layer with index <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>j</mml:mi></mml:math></inline-formula> is bounded above by level <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>j</mml:mi></mml:math></inline-formula> and below
by level <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. We can write the fluxes absorbed and emitted from
layer <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>j</mml:mi></mml:math></inline-formula> as

              <disp-formula specific-use="align"><mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msubsup><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mfenced open="[" close="]"><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mo>∏</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msubsup></mml:mfenced><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mtext>surf</mml:mtext></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup><mml:mfenced close="" open="("><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mfenced close="]" open="["><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mo>∏</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup></mml:mfenced></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mfenced open="." close=")"><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mtext>surf</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mtext>surf</mml:mtext><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mo>∏</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup></mml:mfenced><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

          where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Thus, the net absorbed flux
(<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mtext>net</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>) at layer <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>j</mml:mi></mml:math></inline-formula> is

              <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mlabeledtr id="App1.Ch1.E2"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>net</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>SW</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>LW</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr><mml:mlabeledtr id="App1.Ch1.E3"><mml:mtd/><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>SW</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

          Let an initial atmospheric temperature profile have a net absorbed
radiation <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>net</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and temperature <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for each
layer <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>j</mml:mi></mml:math></inline-formula>. Assume that there exists an equilibrium atmospheric
temperature structure such that <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>net</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for all
<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>j</mml:mi></mml:math></inline-formula>. The layer temperatures for the equilibrium profile, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, can
then be written in terms of the initial layer temperatures and
a temperature perturbation:

              <disp-formula id="App1.Ch1.E4" content-type="numbered"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

        The energy budget for the initial profile, for layer <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>j</mml:mi></mml:math></inline-formula>, is given as

              <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>net</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>SW</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>surf</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>SW</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msubsup><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mfenced open="[" close="]"><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mo>∏</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msubsup></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mfenced close="]" open="["><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mo>∏</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup></mml:mfenced><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mtext>surf</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mtext>surf</mml:mtext><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mo>∏</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="App1.Ch1.E5"><mml:mtd/><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

          and the equilibrium profile (no net energy absorbed) is given as

              <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>SW</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>surf</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mtext>surf</mml:mtext></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace width="0.33em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>SW</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msubsup><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mfenced open="[" close="]"><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msup><mml:msubsup><mml:mo>∏</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msubsup></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup><mml:mfenced close="" open="("><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mfenced close="]" open="["><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msup><mml:msubsup><mml:mo>∏</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup></mml:mfenced></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mfenced open="." close=")"><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mtext>surf</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mtext>surf</mml:mtext></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mtext>surf</mml:mtext></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msup><mml:msubsup><mml:mo>∏</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="App1.Ch1.E6"><mml:mtd/><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

          Now, subtract Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="App1.Ch1.E6"/>) from Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="App1.Ch1.E5"/>):

              <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>net</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msubsup><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mfenced close="]" open="["><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msubsup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msup></mml:mfenced><mml:msubsup><mml:mo>∏</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msubsup></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mfenced open="[" close="]"><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup><mml:msup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msup></mml:mfenced><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msup><mml:msubsup><mml:mo>∏</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup></mml:mfenced></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mtext>surf</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mtext>surf</mml:mtext><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mtext>surf</mml:mtext></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mtext>surf</mml:mtext></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mo>∏</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msup></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="App1.Ch1.E7"><mml:mtd/><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msup></mml:mfenced><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

          Expanding the terms results in numerous instances of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. We can then approximate this as

              <disp-formula specific-use="align"><mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfenced open="(" close=""><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">6</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mfenced open="." close=")"><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msubsup></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">6</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>O</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>≈</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

          <?xmltex \hack{\newpage}?>Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="App1.Ch1.E7"/>) then becomes

              <disp-formula specific-use="align"><mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>net</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msubsup><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mfenced open="[" close="]"><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msubsup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mfenced><mml:msubsup><mml:mo>∏</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msubsup></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mfenced close="]" open="["><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mfenced><mml:msubsup><mml:mo>∏</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup></mml:mfenced></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mtext>surf</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>surf</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mtext>surf</mml:mtext></mml:msub></mml:mfenced><mml:msubsup><mml:mo>∏</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msubsup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mfenced><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msubsup><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mfenced open="[" close="]"><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msubsup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mfenced><mml:msubsup><mml:mo>∏</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msubsup></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup><mml:mfenced close="" open="("><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mfenced close="]" open="["><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:msubsup><mml:mo>∏</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup></mml:mfenced></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mfenced open="." close=")"><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mtext>surf</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>surf</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mtext>surf</mml:mtext></mml:msub><mml:msubsup><mml:mo>∏</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mfenced><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

          Thus,

              <disp-formula specific-use="align"><mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>net</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msubsup><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mfenced open="[" close="]"><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msubsup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mfenced><mml:msubsup><mml:mo>∏</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msubsup></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup><mml:mfenced close="" open="("><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mfenced close="]" open="["><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:msubsup><mml:mo>∏</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup></mml:mfenced></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mfenced close=")" open="."><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mtext>surf</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>surf</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mtext>surf</mml:mtext></mml:msub><mml:msubsup><mml:mo>∏</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfenced close=")" open="("><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mfenced><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

          Consider this for every atmospheric layer. This system of linear
equations can be written as

              <disp-formula id="App1.Ch1.E8" content-type="numbered"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold">A</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">net</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold">Λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="bold-italic">δ</mml:mi><mml:mi mathvariant="bold">T</mml:mi></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

        where,

              <disp-formula id="App1.Ch1.E9" content-type="numbered"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold">A</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">net</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced close="]" open="["><mml:mtable class="array" columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>net</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>net</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="normal">⋮</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>net</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>net</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

          <disp-formula id="App1.Ch1.E10" content-type="numbered"><mml:math display="block"><mml:mrow><?xmltex \hack{\hbox\bgroup\fontsize{4.5}{4.5}\selectfont$\displaystyle}?><mml:mi mathvariant="bold">Λ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced open="[" close="]"><mml:mtable class="array" columnalign="center center center center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mtext>surf</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">⋯</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mtext>surf</mml:mtext><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mtext>surf</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">⋯</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mtext>surf</mml:mtext><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="normal">⋮</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi mathvariant="normal">⋮</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi mathvariant="normal">⋱</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi mathvariant="normal">⋮</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">⋯</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">⋯</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mtext>surf</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mtext>surf</mml:mtext><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mtext>surf</mml:mtext><mml:mo>-</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">⋯</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mtext>surf</mml:mtext><mml:mo>-</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">⋯</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mtext>surf</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mtext>surf</mml:mtext><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mo>,</mml:mo><?xmltex \hack{$\egroup}?></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
        and,

              <disp-formula id="App1.Ch1.E11" content-type="numbered"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">δ</mml:mi><mml:mi mathvariant="bold">T</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced open="[" close="]"><mml:mtable class="array" columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="normal">⋮</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

        Then Eq. (7) can be solved for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">δ</mml:mi><mml:mi mathvariant="bold">T</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>:

              <disp-formula id="App1.Ch1.E12" content-type="numbered"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">δ</mml:mi><mml:mi mathvariant="bold">T</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold">Λ</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="bold">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold">A</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">net</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

        which can be used to solve for the equilibrium temperature at each
atmospheric layer and at the surface:

              <disp-formula id="App1.Ch1.E13" content-type="numbered"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold">T</mml:mi><mml:mi mathvariant="bold">E</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold">T</mml:mi><mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">δ</mml:mi><mml:mi mathvariant="bold">T</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<sec id="App1.Ch1.S1.SS1">
  <title>Diagnosing absorptivity</title>
      <p>The absorptivity is diagnosed as follows. The absorbed radiation <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for a layer <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>j</mml:mi></mml:math></inline-formula> is given by

                <disp-formula specific-use="align"><mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>LW</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>LW</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>LW</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

            so that

                <disp-formula specific-use="align"><mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>LW</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msubsup></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>LW</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>LW</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>LW</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>LW</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>LW</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

            and, similarly,

                <disp-formula id="App1.Ch1.Ex38"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>LW</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>LW</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>LW</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

          The upward (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>) and downward (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>) absorption coefficients are
different because the spectral intensities of radiation incident on
the layer are different. The upward propagating longwave radiation's
spectra is heavily influenced by the emission spectra of water vapour
and the surface, whereas the downward propagating radiation's spectra mainly emanates from the well-mixed greenhouse gases.</p><?xmltex \hack{\newpage}?>
</sec>
<sec id="App1.Ch1.S1.SS2">
  <title>Implementation of the algorithm</title>
      <p>To implement the algorithm, the troposphere is taken to be a single
level in the model. The tropopause temperature is taken to be the
level temperature. The temperature adjustment for the level is scaled
by a factor of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and applied at the surface. The pseudo-adiabatic
lapse rate is followed from the adjusted surface up to the tropopause
(if the tropopause is colder, the pseudo-adiabat is followed to the
lowest level which exceeds the pseudo-adiabatic temperature profile).</p>
      <p>However, this algorithm cannot lower the tropopause in a warming
atmosphere. To account for this, we perform the algorithm again but
treat the atmosphere from the surface to the layer below the
tropopause as a single layer. The temperature adjustment is then only
applied to the tropopause (if there is a warming).</p><?xmltex \hack{\clearpage}?>
</sec>
</app>
  </app-group><ack><title>Acknowledgements</title><p>We thank Ty Robinson for help with SMART and discussions of the theory
behind it. Financial support was received from the Natural Sciences
and Engineering Research Council of Canada (NSERC) CREATE Training
Program in Interdisciplinary Climate Science at the University of
Victoria (UVic) and a University of Victoria graduate fellowship to
B. Byrne and NSERC Discovery grant to C. Goldblatt. This research was enabled
by the use of computing resources provided by WestGrid and
Compute/Calcul Canada.
<?xmltex \hack{\newline}?><?xmltex \hack{\newline}?>
Edited by: Y. Godderis</p></ack><ref-list>
    <title>References</title>

      <ref id="bib1.bibx1"><label>Brewer(1949)</label><mixed-citation>Brewer, A.: Evidence for a world circulation provided by the measurements of
helium and water vapour distribution in the stratosphere, Q. J. Roy.
Meteor. Soc., 75, 351–363, <ext-link xlink:href="http://dx.doi.org/10.1002/qj.49707532603" ext-link-type="DOI">10.1002/qj.49707532603</ext-link>, 1949.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx2"><label>Brown et al.(2013)Brown, Sung, Benner, Devi, Boudon, Gabard,
Wenger, Campargue, Leshchishina, Kassi, Mondelain, Wang, Daumont, Regalia,
Rey, Thomas, Tyuterev, Lyulin, Nikitin, Niederer, Albert, Bauerecker, Quack,
O'Brien, Gordon, Rothman, Sasada, Coustenis, Smith, Carrington, Wang, Mantz,
and Spickler</label><mixed-citation>Brown, L. R., Sung, K., Benner, D. C., Devi, V. M., Boudon, V., Gabard, T.,
Wenger, C., Campargue, A., Leshchishina, O., Kassi, S., Mondelain, D., Wang, L.,
Daumont, L., Regalia, L., Rey, M., Thomas, X., Tyuterev, V. G., Lyulin, O. M.,
Nikitin, A. V., Niederer, H. M., Albert, S., Bauerecker, S., Quack, M., O'Brien, J. J.,
Gordon, I. E., Rothman, L. S., Sasada, H., Coustenis, A.,
Smith, M. A. H., Carrington Jr., T., Wang, X.-G., Mantz, A. W., and
Spickler, P. T.: Methane line parameters in the HITRAN2012 database, J.
Quant. Spectrosc. Ra., 130, 201–219,
<ext-link xlink:href="http://dx.doi.org/10.1016/j.jqsrt.2013.06.020" ext-link-type="DOI">10.1016/j.jqsrt.2013.06.020</ext-link>, 2013.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx3"><label>Byrne and Goldblatt(2014)</label><mixed-citation>Byrne, B. and Goldblatt, C.: Radiative forcing at high concentrations of
well-mixed greenhouse gases, Geophys. Res. Lett., 41, 152–160, <ext-link xlink:href="http://dx.doi.org/10.1002/2013GL058456" ext-link-type="DOI">10.1002/2013GL058456</ext-link>, 2014.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx4"><label>Donn et al.(1965)Donn, Donn, and Valentine</label><mixed-citation>Donn, W. L., Donn, B. D., and Valentine, W. G.: On the early history of the
Earth, Geol. Soc. Am. Bull., 76, 287–306,
<ext-link xlink:href="http://dx.doi.org/10.1130/0016-7606(1965)76[287:OTEHOT]2.0.CO;2" ext-link-type="DOI">10.1130/0016-7606(1965)76[287:OTEHOT]2.0.CO;2</ext-link>, 1965.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx5"><label>Driese et al.(2011)Driese, Jirsa, Ren, Brantley, Sheldon, Parker, and Schmitz</label><mixed-citation>Driese, S. G., Jirsa, M. A., Ren, M., Brantley, S. L., Sheldon, N. D.,
Parker, D., and Schmitz, M.: Neoarchean paleoweathering of tonalite and
metabasalt: implications for reconstructions of 2.69 Gyr early terrestrial
ecosystems and paleoatmospheric chemistry, Precambrian Res., 189,
1–17, <ext-link xlink:href="http://dx.doi.org/10.1016/j.precamres.2011.04.003" ext-link-type="DOI">10.1016/j.precamres.2011.04.003</ext-link>, 2011.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx6"><label>Feulner(2012)</label><mixed-citation>Feulner, G.: The faint young sun problem, Rev. Geophys.,
50, RG2006, <ext-link xlink:href="http://dx.doi.org/10.1029/2011RG000375" ext-link-type="DOI">10.1029/2011RG000375</ext-link>, 2012.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx7"><label>Goldblatt(2008)</label><mixed-citation>
Goldblatt, C.: Bistability of atmospheric oxygen, the Great Oxidation and
climate, Ph. D. thesis, Univ. East Anglia, 77–98, 2008.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx8"><label>Goldblatt et al.(2009)Goldblatt, Claire, Lenton, Matthews, Watson,
and Zahnle</label><mixed-citation>Goldblatt, C., Claire, M. W., Lenton, T. M., Matthews, A. J., Watson, A. J.,
and Zahnle, K. J.: Nitrogen-enhanced greenhouse warming on early Earth,
Nat. Geosci., 2, 891–896, <ext-link xlink:href="http://dx.doi.org/10.1038/ngeo692" ext-link-type="DOI">10.1038/ngeo692</ext-link>, 2009.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx9"><label>Gough(1981)</label><mixed-citation>Gough, D.: Solar interior structure and luminoscity variations, Sol. Phys.,
74, 21–34, <ext-link xlink:href="http://dx.doi.org/10.1007/BF00151270" ext-link-type="DOI">10.1007/BF00151270</ext-link>, 1981.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx10"><label>Haqq-Misra et al.(2008)Haqq-Misra, Domagal-Goldman, Kasting, and
Kasting</label><mixed-citation>Haqq-Misra, J. D., Domagal-Goldman, S. D., Kasting, P. J., and Kasting, J. F.:
A revised, hazy methane greenhouse for the archean earth, Astrobiology,
8, 1127–1137, <ext-link xlink:href="http://dx.doi.org/10.1089/ast.2007.0197" ext-link-type="DOI">10.1089/ast.2007.0197</ext-link>, 2008.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx11"><label>Hasenkopf et al.(2011)Hasenkopf, FreedmanThe difference in absorption by CO2 and H2O is
quite small between the two databases. Although, many new lines have been added to both CO2 and H2O
databases they do not provide a large radiative effect in the regime we examined. The differences
between HITRAN versions results in a small increase to the greenhouse strength between versions,
increasing the surface temperature by roughly 1 K in the regimes we examined., Beaver, Toon, and
Tolbert</label><mixed-citation>Hasenkopf, C. A., Freedman, M. A., Beaver, M. R., Toon, O. B., and Tolbert, M. A.: Potential climatic impact of organic haze on early earth,
Astrobiology, 11, 135–149, <ext-link xlink:href="http://dx.doi.org/10.1089/ast.2010.0541" ext-link-type="DOI">10.1089/ast.2010.0541</ext-link>, 2011.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx12"><label>IPCC(2013)</label><mixed-citation>
IPCC: Climate Change 2013: The Scientific Basis. Contribution of Working Group
I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate
Change, Cambridge University Press, Cambridge, UK, and New York, NY, USA,
659–740, 2013.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx13"><label>Kasting(2005)</label><mixed-citation>Kasting, J.: Methane and climate during the Precambrian era, Precambrian
Res., 137, 119–129, <ext-link xlink:href="http://dx.doi.org/10.1016/j.precamres.2005.03.002" ext-link-type="DOI">10.1016/j.precamres.2005.03.002</ext-link>, 2005.
The difference in absorption by CO2 and H2O is quite small between the two databases. A
lthough, many new lines have been added to both CO2 and H2O databases they do not provide a
large radiative effect in the regime we examined. The differences between HITRAN versions
results in a small increase to the greenhouse strength between versions, increasing the surface temperature by roughly 1 K in the regimes we examined.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx14"><label>Kasting et al.(1983)Kasting, Zahnle, and Walker</label><mixed-citation>Kasting, J., Zahnle, K., and Walker, J.: Photochemistry of methane in the
Earth's early atmosphere, Precambrian Res., 20, 121–148,
<ext-link xlink:href="http://dx.doi.org/10.1016/0301-9268(83)90069-4" ext-link-type="DOI">10.1016/0301-9268(83)90069-4</ext-link>, 1983.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx15"><label>Kharecha et al.(2005)Kharecha, Kasting, and
Siefert</label><mixed-citation>Kharecha, P., Kasting, J., and Siefert, J.: A coupled atmosphere-ecosystem
model of the early Archean Earth, Geobiology, 3, 53–76,
<ext-link xlink:href="http://dx.doi.org/10.1111/j.1472-4669.2005.00049.x" ext-link-type="DOI">10.1111/j.1472-4669.2005.00049.x</ext-link>, 2005.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx16"><label>Kunze et al.(2014)Kunze, Godolt, Langematz, Grenfell,
Hamann-Reinus, and Rauer</label><mixed-citation>Kunze, M., Godolt, M., Langematz, U., Grenfell, J. L., Hamann-Reinus, A., and
Rauer, H.: Investigating the early Earth faint young Sun problem with a
general circulation model, Planet. Space Sci., 98, 77–92,
<ext-link xlink:href="http://dx.doi.org/10.1016/j.pss.2013.09.011" ext-link-type="DOI">10.1016/j.pss.2013.09.011</ext-link>, 2014.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx17"><label>Manabe and Wetherald(1967)</label><mixed-citation>Manabe, S. and Wetherald, R.: Thermal equilibrium of the atmosphere with a
given distribution of relative humidity, J. Atmos. Sci., 24, 241–259,
<ext-link xlink:href="http://dx.doi.org/10.1175/1520-0469(1967)024&lt;0241:TEOTAW&gt;2.0.CO;2" ext-link-type="DOI">10.1175/1520-0469(1967)024&lt;0241:TEOTAW&gt;2.0.CO;2</ext-link>, 1967.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx18"><label>Meadows and Crisp(1996)</label><mixed-citation>Meadows, V. and Crisp, D.: Ground-based near-infrared observations of the
Venus nightside: the thermal structure and water abundance near the surface, J. Geophys. Res.-Planet, 101, 4595–4622, <ext-link xlink:href="http://dx.doi.org/10.1029/95JE03567" ext-link-type="DOI">10.1029/95JE03567</ext-link>,
1996.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx19"><label>Newell and Gould-Stewart(1981)</label><mixed-citation>Newell, R. and Gould-Stewart, S.: A stratospheric fountain, J. Atmos. Sci.,
38, 2789–2796, <ext-link xlink:href="http://dx.doi.org/10.1175/1520-0469(1981)038&lt;2789:ASF&gt;2.0.CO;2" ext-link-type="DOI">10.1175/1520-0469(1981)038&lt;2789:ASF&gt;2.0.CO;2</ext-link>,
1981.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx20"><label>Pavlov et al.(2000)Pavlov, Kasting, Brown, Rages, and
Freedman</label><mixed-citation>Pavlov, A., Kasting, J., Brown, L., Rages, K., and Freedman, R.: Greenhouse
warming by CH<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> in the atmosphere of early Earth, J. Geophys. Res.-Planet,
105, 11981–11990, <ext-link xlink:href="http://dx.doi.org/10.1029/1999JE001134" ext-link-type="DOI">10.1029/1999JE001134</ext-link>, 2000.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx21"><label>Rossow et al.(1982)Rossow, Henderson-Sellers, and
Weinreich</label><mixed-citation>Rossow, W., Henderson-Sellers, A., and Weinreich, S.: Cloud feedback – a
stabilizing effect for the early Earth, Science, 217, 1245–1247,
<ext-link xlink:href="http://dx.doi.org/10.1126/science.217.4566.1245" ext-link-type="DOI">10.1126/science.217.4566.1245</ext-link>, 1982.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx22"><label>Rothman et al.(2013)Rothman, Gordon, Babikov, Barbe, Benner,
Bernath, Birk, Bizzocchi, Boudon, Brown, Campargue, Chance, Cohen, Coudert,
Devi, Drouin, Fayt, Flaud, Gamache, Harrison, Hartmann, Hill, Hodges,
Jacquemart, Jolly, Lamouroux, Le Roy, Li, Long, Lyulin, Mackie, Massie,
Mikhailenko, Mueller, Naumenko, Nikitin, Orphal, Perevalov, Perrin,
Polovtseva, Richard, Smith, Starikova, Sung, Tashkun, Tennyson, Toon,
Tyuterev, and Wagner</label><mixed-citation>Rothman, L. S., Gordon, I. E., Babikov, Y., Barbe, A., Benner, D. C., Bernath, P. F., Birk, M., Bizzocchi, L., Boudon, V., Brown, L. R., Campargue, A.,
Chance, K., Cohen, E. A., Coudert, L. H., Devi, V. M., Drouin, B. J., Fayt, A., Flaud, J. M., Gamache, R. R., Harrison, J. J., Hartmann, J. M., Hill, C.,
Hodges, J. T., Jacquemart, D., Jolly, A., Lamouroux, J., Le Roy, R. J., Li, G., Long, D. A., Lyulin, O. M., Mackie, C. J., Massie, S. T., Mikhailenko, S., Mueller, H. S. P., Naumenko, O. V., Nikitin, A. V., Orphal, J.,
Perevalov, V., Perrin, A., Polovtseva, E. R., Richard, C., Smith, M. A. H.,
Starikova, E., Sung, K., Tashkun, S., Tennyson, J., Toon, G. C., Tyuterev, V. G., and Wagner, G.: The HITRAN2012 molecular spectroscopic database, J.
Quant. Spectrosc. Ra., 130, 4–50, <ext-link xlink:href="http://dx.doi.org/10.1016/j.jqsrt.2013.07.002" ext-link-type="DOI">10.1016/j.jqsrt.2013.07.002</ext-link>,
2013.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx23"><label>Sagan and Mullen(1972)</label><mixed-citation>Sagan, C. and Mullen, G.: Earth and Mars – evolution of atmospheres and
surface temperatures, Science, 177, 52–56,
<ext-link xlink:href="http://dx.doi.org/10.1126/Science.177.4043.52" ext-link-type="DOI">10.1126/Science.177.4043.52</ext-link>, 1972.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx24"><label>Trainer et al.(2004)Trainer, Pavlov, Curtis, McKay, Worsnop, Delia,
Toohey, Toon, and Tolbert</label><mixed-citation>Trainer, M., Pavlov, A., Curtis, D., McKay, C., Worsnop, D., Delia, A., Toohey, D., Toon, O., and Tolbert, M.: Haze aerosols in the atmosphere of early
earth: manna from heaven, Astrobiology, 4, 409–419,
<ext-link xlink:href="http://dx.doi.org/10.1089/ast.2004.4.409" ext-link-type="DOI">10.1089/ast.2004.4.409</ext-link>, 2004.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx25"><label>Trainer et al.(2006)Trainer, Pavlov, DeWitt, Jimenez, McKay, Toon,
and Tolbert</label><mixed-citation>Trainer, M. G., Pavlov, A. A., DeWitt, H. L., Jimenez, J. L., McKay, C. P.,
Toon, O. B., and Tolbert, M. A.: Organic haze on Titan and the early Earth,
P. Natl. Acad. Sci. USA, 103, 18035–18042,
<ext-link xlink:href="http://dx.doi.org/10.1073/pnas.0608561103" ext-link-type="DOI">10.1073/pnas.0608561103</ext-link>, 2006.
</mixed-citation></ref><?xmltex \hack{\newpage}?>
      <ref id="bib1.bibx26"><label>Wolf(2014)</label><mixed-citation>
Wolf, E. T.: Interactive comment on “Diminished greenhouse warming from Archean methane due to solar absorption lines”, edited by: Byrne,  B. and Goldblatt, C., Clim. Past Discuss., 10, C2137–C2137, 2014.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx27"><label>Wolf and Toon(2010)</label><mixed-citation>Wolf, E. T. and Toon, O. B.: Fractal organic hazes provided an ultraviolet
shield for early Earth, Science, 328, 1266–1268,
<ext-link xlink:href="http://dx.doi.org/10.1126/Science.1183260" ext-link-type="DOI">10.1126/Science.1183260</ext-link>, 2010.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx28"><label>Wolf and Toon(2013)</label><mixed-citation>Wolf, E. T. and Toon, O. B.: Hospitable archean climates simulated by a
general circulation model, Astrobiology, 13, 656–673,
<ext-link xlink:href="http://dx.doi.org/10.1089/ast.2012.0936" ext-link-type="DOI">10.1089/ast.2012.0936</ext-link>, 2013.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx29"><label>Zahnle(1986)</label><mixed-citation>Zahnle, K.: Photochemistry of methane and the formation of hydrocyanic acid
(HCN) in the earth's early atmosphere, J. Geophys. Res., 91,
2819–2834, <ext-link xlink:href="http://dx.doi.org/10.1029/JD091iD02p02819" ext-link-type="DOI">10.1029/JD091iD02p02819</ext-link>, 1986.</mixed-citation></ref>

  </ref-list><app-group content-type="float"><app><title/>

    </app></app-group></back>
    </article>
