Energiebudget der Erde

Die Bilanzierung der einfallenden solaren und der ausgehenden terrestrischen Energieflüsse, die die mittlere Temperatur des Planeten und sein Ungleichgewicht bestimmt.

Definition

Das Energiebudget der Erde ist das Gleichgewicht zwischen der Strahlungsenergie, die der Planet von der Sonne empfängt, und der Energie, die er in den Weltraum zurückgibt, zusammen mit den internen Wärmeflüssen, die diese umverteilen.

Scope

Umfasst die Aufteilung der einfallenden Sonnenstrahlung auf Reflexion, atmosphärische Absorption und Oberflächenabsorption; die Oberflächenenergiebilanz einschließlich sensibler und latenter Wärmeflüsse; die ausgehende langwellige Strahlung; die planetare Albedo; und das geringe Ungleichgewicht an der Obergrenze der Atmosphäre, das mit der anhaltenden Erwärmung und der Wärmeaufnahme der Ozeane verbunden ist.

Core questions

• Wie wird die einfallende Sonnenenergie auf Reflexion, Absorption und Oberflächenerwärmung aufgeteilt?
• Welche Größenordnungen haben die Hauptenergieflüsse in und aus dem Klimasystem?
• Was impliziert ein anhaltendes Ungleichgewicht an der Obergrenze der Atmosphäre für das Klimasystem?

Key theories

Globale Energiebilanzrechnung

Ein quantitativer Rahmen, der kurzwellige und langwellige Flüsse sowie turbulente und latente Wärmeaustauschvorgänge verfolgt, um das planetare Energiebudget zu schließen und jedes Netto-Ungleichgewicht zu diagnostizieren.

Mechanisms

Von etwa 340 Watt pro Quadratmeter einfallender Sonnenstrahlung, gemittelt über den Globus, werden ungefähr 100 Watt von Wolken, Aerosolen und der Oberfläche reflektiert, und der Rest wird absorbiert. Die Oberfläche gibt Energie als langwellige Emission, sensible Wärme und latente Wärme, die durch Verdunstung transportiert wird, ab; die Atmosphäre strahlt bei ihrer effektiven Emissionstemperatur in den Weltraum ab. Ein kleines Restungleichgewicht, das derzeit leicht positiv ist, wird hauptsächlich in den Ozeanen gespeichert.

Clinical relevance

Das Energiebudget ist die Beobachtungsgrundlage für die Erkennung des Klimawandels, die Validierung von Klimamodellen und die Quantifizierung der Wärmeaufnahme der Ozeane aus einem gemessenen Ungleichgewicht an der Obergrenze der Atmosphäre.

History

Frühe Budgetschätzungen von Dines und Houghton wurden in der Satellitenära verfeinert; das Earth Radiation Budget Experiment und später die CERES-Instrumente lieferten globale Flussmessungen, und Synthesestudien von Trenberth und Kollegen sowie von Stephens und Kollegen etablierten das moderne Budget.

Key figures

• Kevin Trenberth
• Graeme Stephens

Seminal works

• trenberth2009
• stephens2012

Frequently asked questions

Was ist die planetare Albedo der Erde?

Die planetare Albedo ist der Anteil der einfallenden Sonnenstrahlung, der in den Weltraum zurückreflektiert wird, etwa 0,3, hauptsächlich bestimmt durch Wolken, Aerosole, Schnee, Eis und helle Oberflächen.