ميزانية الطاقة العالمية والإشعاع
حساب الإشعاع الشمسي الوارد، وضوء الشمس المنعكس، والإشعاع الحراري الصادر الذي يحدد كمية الطاقة التي يحتفظ بها النظام المناخي.
Definition
ميزانية الطاقة العالمية هي التوازن الكمي للطاقة الداخلة والخارجة والمعاد توزيعها داخل النظام المناخي، ويهيمن عليها تبادل الإشعاع الشمسي والأرضي عند قمة الغلاف الجوي والسطح.
Scope
يغطي هذا الموضوع تدفقات الطاقة الإشعاعية والمضطربة عبر النظام المناخي: الإشعاع الشمسي المعترض عند قمة الغلاف الجوي، والكسر المنعكس بواسطة السحب والهباء الجوي والسطح الذي يحدد الوضاءة الكوكبية، وامتصاص ضوء الشمس بواسطة الغلاف الجوي والسطح، والإشعاع طويل الموجة الصادر. ويشمل ميزانية طاقة السطح مع تدفقات الحرارة المحسوسة والكامنة، والإغلاق الرصدي لهذه التدفقات باستخدام الأقمار الصناعية والشبكات السطحية.
Core questions
- ما مقدار الإشعاع الشمسي المنعكس مقابل الممتص بواسطة الكوكب؟
- ما الذي يحدد حجم الإشعاع طويل الموجة الصادر إلى الفضاء؟
- كيف تتوزع تدفقات طاقة السطح بين الإشعاع والحرارة المحسوسة والتبخر؟
- ما مدى جودة إغلاق الميزانية من الملاحظات؟
Key theories
- توازن قمة الغلاف الجوي
- في المتوسط على مستوى العالم ومع مرور الوقت، يوازن الإشعاع الشمسي الممتص بشكل وثيق الإشعاع طويل الموجة الصادر، مع أي عدم توازن يعكس تراكم الحرارة في النظام أو خروجها منه.
- توزيع طاقة السطح
- على السطح، تتوازن صافي الإشعاع مع الحرارة المحسوسة، والحرارة الكامنة للتبخر، والتخزين، ويتحكم التوزيع في درجة الحرارة المحلية والدورة الهيدرولوجية.
Mechanisms
ينعكس حوالي ثلث ضوء الشمس الوارد إلى الفضاء بواسطة السحب والهباء الجوي والأسطح الساطعة، بينما يمتص الباقي بواسطة الغلاف الجوي والسطح؛ ويعيد السطح الدافئ الطاقة إلى الأعلى كإشعاع حراري وتبخر وحرارة محسوسة، وتحبس غازات الدفيئة جزءًا من الإشعاع الحراري بحيث يصل النظام إلى التوازن فقط عند درجة حرارة مرتفعة. تقيس مقاييس الإشعاع الفضائية التدفقات عند قمة الغلاف الجوي وتحد شبكات السطح من الميزانية على مستوى الأرض.
Clinical relevance
يُعد عدم التوازن المستمر الصغير عند قمة الغلاف الجوي، والذي يمثل حاليًا كسبًا صافيًا للطاقة، المقياس الأساسي للاحترار العالمي، حيث تتراكم الطاقة الزائدة بشكل رئيسي في المحيط.
History
اعتمدت تقديرات ميزانية الطاقة في أوائل القرن العشرين على قياسات سطحية متفرقة، ولكن إطلاق أقمار ميزانية إشعاع الأرض الصناعية منذ الثمانينيات فصاعدًا، والتي بلغت ذروتها في أدوات مثل CERES، سمح بقياس التدفقات العالمية مباشرة وإغلاق الميزانية ضمن عدم اليقين الرصدي.
Debates
- إغلاق ميزانية طاقة السطح
- تمت مراجعة الحجم الدقيق لتدفقات السطح، وخاصة الإشعاع طويل الموجة الهابط والتبخر، مع قيام مجموعات البيانات الجديدة من الأقمار الصناعية والسطح بتحسين الأرقام العالمية.
Key figures
- Kevin Trenberth
- Martin Wild
- Norman Loeb
- Veerabhadran Ramanathan
Related topics
Seminal works
- trenberth2009
- hartmann2016
Frequently asked questions
- ما هي الوضاءة الكوكبية؟
- هي جزء ضوء الشمس الوارد الذي تعكسه الأرض إلى الفضاء، ويبلغ حاليًا حوالي 0.3، ويتحدد بشكل رئيسي بواسطة السحب والثلج والجليد والهباء الجوي.
- أين تذهب الطاقة المحبوسة الزائدة؟
- يمتص المحيط أكثر من تسعين بالمائة من عدم التوازن الحالي في الطاقة، بينما يسخن الباقي اليابسة والغلاف الجوي ويذيب الجليد.