سامانه اقلیمی و موازنه انرژی
چگونگی تأثیر انرژی خورشیدی ورودی، تابش حرارتی خروجی، و جریانهای بین اتمسفر، اقیانوس، یخ، خشکی و زیستکره بر دما و گردش سیاره.
Definition
سامانه اقلیمی مجموعهای جفتشده از مؤلفهها شامل اتمسفر، آبکره، یخکره، سطح خشکی و زیستکره است که تعاملات و تبادلات انرژی آنها اقلیم را تعیین میکند، و موازنه انرژی آن، تعادل بین تابش خورشیدی جذبشده و تابش حرارتی گسیلشده است.
Scope
این حوزه به سامانه اقلیمی به عنوان یک ماشین انرژی جفتشده میپردازد: بودجه تابشی جهانی در بالای اتمسفر و سطح، تقسیم انرژی بین اتمسفر، اقیانوس، یخکره، سطح خشکی و زیستکره، و انتقالهایی که گرما را از مناطق گرمسیری به سمت قطبین بازتوزیع میکنند. این بخش به مبانی فیزیکی اثر گلخانهای، بازخوردهایی که اختلالات را تقویت یا تضعیف میکنند، و مفهوم حساسیت اقلیمی که تغییر در واداشتن (forcing) را به تغییر تعادلی در دما مرتبط میسازد، میپردازد.
Sub-topics
Core questions
- بودجه انرژی سیارهای چگونه بین بازتاب، جذب و گسیل حرارتی تقسیم میشود؟
- چرا اثر گلخانهای دمای سطح را بالاتر از مقدار تعادل تابشی افزایش میدهد؟
- کدام بازخوردها پاسخ به یک اختلال تابشی را تقویت یا تضعیف میکنند و به چه میزان؟
- اتمسفر و اقیانوس چگونه گرما را برای متعادل کردن عدم تعادل عرض جغرافیایی تابش منتقل میکنند؟
Key theories
- تعادل تابشی سیارهای
- در حالت تعادل، سامانه اقلیمی به همان اندازه که از خورشید جذب میکند، تابش حرارتی به فضا گسیل میکند، و آلبدوی سیارهای همراه با جذب گلخانهای، دمای سطح حاصل را تعیین میکند.
- انتقال انرژی و گردش عمومی
- از آنجا که مناطق گرمسیری انرژی خورشیدی بیشتری نسبت به آنچه گسیل میکنند دریافت میکنند، در حالی که قطبین بیشتر از آنچه دریافت میکنند گسیل میکنند، اتمسفر و اقیانوس برای انتقال گرما به سمت قطبها گردش میکنند و گردش عمومی را شکل میدهند.
- حساسیت اقلیمی و بازخوردها
- پاسخ دمایی تعادلی به دو برابر شدن دیاکسید کربن به بازخوردهایی شامل بخار آب، ابرها، آلبدوی سطح و نرخ کاهش دما (lapse rate) بستگی دارد که مجموعاً اثر مستقیم تابشی را تقویت میکنند.
Mechanisms
تابش خورشیدی موج کوتاه تا حدی توسط ابرها، آئروسلها و سطح بازتاب میشود و تا حدی نیز جذب شده و سامانه را گرم میکند؛ سطح و اتمسفر گرمشده تابش موج بلند گسیل میکنند که بخش عمدهای از آن توسط گازهای گلخانهای جذب و بازگسیل میشود پیش از آنکه به فضا بگریزد. عدم تعادل عرض جغرافیایی بین تابش خورشیدی جذبشده و تابش حرارتی گسیلشده، انتقال گرمای اتمسفری و اقیانوسی را به حرکت درمیآورد، در حالی که بازخوردها میزان گرمایش لازم برای بازگرداندن تعادل پس از یک واداشتن را تنظیم میکنند.
Clinical relevance
کمیسازی بودجه انرژی و حساسیت اقلیمی، مبنایی برای پیشبینی میزان گرمایش سیاره برای یک تغییر معین در گازهای گلخانهای است که اهداف سیاستهای اقلیمی و ارزیابیهای تأثیر را پشتیبانی میکند.
Evidence & guidelines
گزارش ارزیابی ششم IPCC مشاهدات و مدلها را برای محدود کردن بودجه انرژی جهانی ترکیب میکند و حساسیت اقلیمی تعادلی را در محدوده احتمالی تقریباً ۲.۵ تا ۴ درجه سلسیوس به ازای دو برابر شدن دیاکسید کربن ارزیابی میکند.
History
مطالعه کمی موازنه انرژی سیارهای از کارهای قرن نوزدهم در مورد اثر گلخانهای و تخمینهای اولیه بودجه انرژی آغاز شد، از طریق مدلسازی تابشی-همرفتی قرن بیستم پیشرفت کرد و با اندازهگیریهای ماهوارهای بودجه تابشی بالای اتمسفر که امکان بستن جریانهای انرژی جهانی را به صورت مشاهدهای فراهم آورد، متحول شد.
Debates
- بازخورد ابر و تأثیر آن بر حساسیت اقلیمی
- نحوه واکنش ابرها به گرمایش، و اینکه آیا این واکنش آن را تقویت یا تضعیف میکند، همچنان بزرگترین منبع عدم قطعیت در تخمینهای حساسیت اقلیمی است.
Key figures
- Dennis Hartmann
- Kevin Trenberth
- Syukuro Manabe
- Veerabhadran Ramanathan
Related topics
Seminal works
- hartmann2016
- trenberth2009
Frequently asked questions
- چه چیزی زمین را گرمتر از دمای تعادل تابشی آن نگه میدارد؟
- گازهای گلخانهای تابش حرارتی را جذب و بازگسیل میکنند، بنابراین سطح تقریباً ۳۳ درجه سلسیوس گرمتر از حالتی است که اتمسفر شفاف باشد.
- حساسیت اقلیمی چیست؟
- این گرمایش جهانی بلندمدت مورد انتظار ناشی از دو برابر شدن دیاکسید کربن اتمسفری است که توسط IPCC به احتمال زیاد حدود ۲.۵ تا ۴ درجه سلسیوس پس از عمل بازخوردها ارزیابی شده است.