نظام المناخ وميزان الطاقة
كيف تحدد الطاقة الشمسية الوافدة، والإشعاع الحراري الصادر، والتدفقات بين الغلاف الجوي والمحيط والجليد واليابسة والمحيط الحيوي، درجة حرارة الكوكب ودورانه.
Definition
نظام المناخ هو مجموعة المكونات المترافقة، الغلاف الجوي، الغلاف المائي، الغلاف الجليدي، سطح اليابسة، والمحيط الحيوي، التي تحدد تفاعلاتها وتبادلاتها الطاقوية المناخ، وميزان طاقتها هو التوازن بين الإشعاع الشمسي الممتص والإشعاع الحراري المنبعث.
Scope
تغطي هذه المنطقة نظام المناخ كآلة طاقة مترافقة: ميزانية الإشعاع العالمية في الجزء العلوي من الغلاف الجوي والسطح، وتقسيم الطاقة بين الغلاف الجوي والمحيط والغلاف الجليدي وسطح اليابسة والمحيط الحيوي، وعمليات النقل التي تعيد توزيع الحرارة من المناطق المدارية نحو القطبين. وتتناول الأساس الفيزيائي لتأثير الاحتباس الحراري، والتغذية الراجعة التي تضخم أو تخمد الاضطرابات، ومفهوم حساسية المناخ الذي يربط التغير في القوة الدافعة بتغير متوازن في درجة الحرارة.
Sub-topics
Core questions
- كيف يتم تقسيم ميزانية الطاقة الكوكبية بين الانعكاس والامتصاص والانبعاث الحراري؟
- لماذا يرفع تأثير الاحتباس الحراري درجة حرارة السطح فوق قيمة التوازن الإشعاعي؟
- ما هي التغذية الراجعة التي تضخم أو تخمد الاستجابة لاضطراب إشعاعي، وبأي مقدار؟
- كيف ينقل الغلاف الجوي والمحيط الحرارة لموازنة عدم التوازن العرضي للإشعاع؟
Key theories
- التوازن الإشعاعي الكوكبي
- في حالة التوازن، يصدر نظام المناخ إلى الفضاء نفس كمية الإشعاع الحراري التي يمتصها من الشمس، ويحدد البياض الكوكبي مع امتصاص غازات الاحتباس الحراري درجة حرارة السطح الناتجة.
- نقل الطاقة والدورة العامة
- نظرًا لأن المناطق المدارية تتلقى طاقة شمسية أكثر مما تصدر بينما تصدر المناطق القطبية أكثر مما تتلقى، فإن الغلاف الجوي والمحيط يدوران لنقل الحرارة نحو القطبين، مما يشكل الدورة العامة.
- حساسية المناخ والتغذية الراجعة
- تعتمد استجابة درجة الحرارة المتوازنة لمضاعفة ثاني أكسيد الكربون على التغذية الراجعة التي تشمل بخار الماء، والسحب، وبياض السطح، ومعدل التناقص، والتي تضخم مجتمعة التأثير الإشعاعي المباشر.
Mechanisms
ينعكس جزء من الإشعاع الشمسي قصير الموجة بواسطة السحب والهباء الجوي والسطح، ويمتص جزء آخر، مما يؤدي إلى تدفئة النظام؛ ويصدر السطح والغلاف الجوي الدافئان إشعاعًا طويل الموجة، يمتص معظمه ويعاد إصداره بواسطة غازات الاحتباس الحراري قبل أن يتسرب إلى الفضاء. يؤدي عدم التوازن العرضي بين الإشعاع الشمسي الممتص والإشعاع الحراري المنبعث إلى دفع نقل الحرارة في الغلاف الجوي والمحيطات، بينما تعدل التغذية الراجعة مقدار الاحترار اللازم لاستعادة التوازن بعد حدوث قوة دافعة.
Clinical relevance
يعد تحديد ميزانية الطاقة وحساسية المناخ الأساس لتوقع مدى دفء الكوكب لتغير معين في غازات الاحتباس الحراري، مما يدعم أهداف سياسة المناخ وتقييمات الأثر.
Evidence & guidelines
يلخص تقرير التقييم السادس للهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ (IPCC) الملاحظات والنماذج لتقييد ميزانية الطاقة العالمية ويقيم حساسية المناخ المتوازنة ضمن نطاق محتمل يتراوح تقريبًا بين 2.5 إلى 4 درجات مئوية لكل مضاعفة لثاني أكسيد الكربون.
History
نما البحث الكمي في ميزان الطاقة الكوكبي من أعمال القرن التاسع عشر حول تأثير الاحتباس الحراري وتقديرات ميزانية الطاقة المبكرة، وتطور من خلال النمذجة الإشعاعية-الحملية في القرن العشرين، وتحول بفضل قياسات الأقمار الصناعية لميزانية الإشعاع في الجزء العلوي من الغلاف الجوي التي سمحت بإغلاق تدفقات الطاقة العالمية رصديًا.
Debates
- التغذية الراجعة للسحب وتأثيرها على حساسية المناخ
- لا تزال كيفية استجابة السحب للاحترار، وما إذا كانت هذه الاستجابة تضخمه أو تخمده، تمثل أكبر مصدر منفرد لعدم اليقين في تقديرات حساسية المناخ.
Key figures
- Dennis Hartmann
- Kevin Trenberth
- Syukuro Manabe
- Veerabhadran Ramanathan
Related topics
Seminal works
- hartmann2016
- trenberth2009
Frequently asked questions
- ما الذي يحافظ على دفء الأرض أكثر من درجة حرارة توازنها الإشعاعي؟
- تمتص غازات الاحتباس الحراري الإشعاع الحراري وتعيد إصداره، لذلك يبقى السطح أكثر دفئًا بحوالي 33 درجة مئوية مما لو كان الغلاف الجوي شفافًا.
- ما هي حساسية المناخ؟
- إنها الاحترار العالمي طويل الأمد المتوقع من مضاعفة ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، والذي قدرته الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ (IPCC) بأنه من المرجح أن يتراوح بين 2.5 إلى 4 درجات مئوية بمجرد عمل التغذية الراجعة.