Globaler Energiehaushalt und Strahlung

Die Bilanzierung der einfallenden Sonnenstrahlung, des reflektierten Sonnenlichts und der ausgehenden Wärmestrahlung, die bestimmt, wie viel Energie das Klimasystem speichert.

Definition

Der globale Energiehaushalt ist die quantitative Bilanz der Energie, die in das Klimasystem eintritt, es verlässt und innerhalb dessen umverteilt wird, dominiert durch den Austausch von solarer und terrestrischer Strahlung an der Obergrenze der Atmosphäre und an der Oberfläche.

Scope

Dieses Thema behandelt die Flüsse strahlender und turbulenter Energie durch das Klimasystem: die an der Obergrenze der Atmosphäre abgefangene Sonnenstrahlung, den Anteil, der von Wolken, Aerosolen und der Oberfläche reflektiert wird und die planetare Albedo bestimmt, die Absorption von Sonnenlicht durch die Atmosphäre und die Oberfläche sowie die ausgehende langwellige Strahlung. Es umfasst den Oberflächenenergiehaushalt mit seinen sensiblen und latenten Wärmeflüssen und den Beobachtungsabschluss dieser Flüsse mittels Satelliten und Oberflächennetzwerken.

Core questions

• Wie viel Sonnenstrahlung wird vom Planeten reflektiert im Vergleich zu absorbiert?
• Was bestimmt die Größe der ausgehenden langwelligen Strahlung in den Weltraum?
• Wie werden die Oberflächenenergieflüsse zwischen Strahlung, sensibler Wärme und Verdunstung aufgeteilt?
• Wie gut lässt sich der Haushalt aus Beobachtungen schließen?

Key theories

Bilanz an der Obergrenze der Atmosphäre

Im globalen und zeitlichen Mittel gleicht die absorbierte Sonnenstrahlung die ausgehende langwellige Strahlung weitgehend aus, wobei jedes Ungleichgewicht die im System akkumulierte oder abgegebene Wärme widerspiegelt.

Oberflächenenergieaufteilung

An der Oberfläche wird die Nettostrahlung durch sensible Wärme, latente Verdampfungswärme und Speicherung ausgeglichen, und die Aufteilung steuert die lokale Temperatur und den Wasserkreislauf.

Mechanisms

Etwa ein Drittel der einfallenden Sonnenstrahlung wird von Wolken, Aerosolen und hellen Oberflächen in den Weltraum zurückreflektiert, während der Rest von der Atmosphäre und der Oberfläche absorbiert wird; die erwärmte Oberfläche gibt Energie als Wärmestrahlung, Verdunstung und sensible Wärme nach oben ab, und Treibhausgase fangen einen Teil der Wärmestrahlung ein, so dass das System erst bei einer erhöhten Temperatur ins Gleichgewicht kommt. Satellitenradiometer messen die Flüsse an der Obergrenze der Atmosphäre, und Oberflächennetzwerke begrenzen den bodennahen Haushalt.

Clinical relevance

Ein kleines, anhaltendes Ungleichgewicht an der Obergrenze der Atmosphäre, derzeit ein Nettoenergiegewinn, ist das grundlegende Maß für die globale Erwärmung, da sich die überschüssige Energie hauptsächlich im Ozean ansammelt.

History

Schätzungen des Energiehaushalts aus dem frühen 20. Jahrhundert basierten auf spärlichen Oberflächenmessungen, aber der Start von Erdstrahlungsbilanz-Satelliten ab den 1980er Jahren, gipfelnd in Instrumenten wie CERES, ermöglichte die direkte Messung der globalen Flüsse und den Abschluss des Budgets innerhalb der Beobachtungsunsicherheit.

Debates

Schließung des Oberflächenenergiehaushalts

Die genaue Größe der Oberflächenflüsse, insbesondere der abwärts gerichteten langwelligen Strahlung und der Verdunstung, wurde überarbeitet, da neue Satelliten- und Oberflächendatensätze die globalen Zahlen verfeinern.

Key figures

• Kevin Trenberth
• Martin Wild
• Norman Loeb
• Veerabhadran Ramanathan

Seminal works

• trenberth2009
• hartmann2016

Frequently asked questions

Was ist die planetare Albedo?

Es ist der Anteil der einfallenden Sonnenstrahlung, den die Erde in den Weltraum zurückreflektiert, derzeit etwa 0,3, hauptsächlich bestimmt durch Wolken, Schnee, Eis und Aerosole.

Wohin geht die zusätzlich eingeschlossene Energie?

Mehr als neunzig Prozent des aktuellen Energieungleichgewichts werden vom Ozean aufgenommen, der Rest erwärmt Land, Atmosphäre und schmelzendes Eis.