Bilan énergétique mondial et rayonnement

Le bilan du rayonnement solaire entrant, de la lumière solaire réfléchie et du rayonnement thermique sortant qui détermine la quantité d'énergie que le système climatique retient.

Definition

Le bilan énergétique mondial est l'équilibre quantitatif de l'énergie entrant, sortant et étant redistribuée au sein du système climatique, dominé par l'échange de rayonnement solaire et terrestre au sommet de l'atmosphère et à la surface.

Scope

Ce sujet couvre les flux d'énergie radiante et turbulente à travers le système climatique : le rayonnement solaire intercepté au sommet de l'atmosphère, la fraction réfléchie par les nuages, les aérosols et la surface qui détermine l'albédo planétaire, l'absorption de la lumière solaire par l'atmosphère et la surface, et le rayonnement infrarouge sortant. Il inclut le bilan énergétique de surface avec ses flux de chaleur sensible et latente, et la clôture observationnelle de ces flux à l'aide de satellites et de réseaux de surface.

Core questions

• Quelle quantité de rayonnement solaire est réfléchie par rapport à celle absorbée par la planète ?
• Qu'est-ce qui détermine l'ampleur du rayonnement infrarouge sortant vers l'espace ?
• Comment les flux d'énergie de surface sont-ils répartis entre le rayonnement, la chaleur sensible et l'évaporation ?
• Dans quelle mesure le bilan peut-il être clôturé à partir des observations ?

Key theories

Équilibre au sommet de l'atmosphère

En moyenne sur le globe et dans le temps, le rayonnement solaire absorbé équilibre étroitement le rayonnement infrarouge sortant, tout déséquilibre reflétant la chaleur s'accumulant dans ou quittant le système.

Répartition de l'énergie de surface

À la surface, le rayonnement net est équilibré par la chaleur sensible, la chaleur latente d'évaporation et le stockage, et cette répartition contrôle la température locale et le cycle hydrologique.

Mechanisms

Environ un tiers de la lumière solaire entrante est réfléchie vers l'espace par les nuages, les aérosols et les surfaces claires, tandis que le reste est absorbé par l'atmosphère et la surface ; la surface réchauffée renvoie l'énergie vers le haut sous forme de rayonnement thermique, d'évaporation et de chaleur sensible, et les gaz à effet de serre piègent une partie du rayonnement thermique de sorte que le système n'atteint l'équilibre qu'à une température élevée. Les radiomètres satellitaires mesurent les flux au sommet de l'atmosphère et les réseaux de surface contraignent le bilan au niveau du sol.

Clinical relevance

Un petit déséquilibre persistant au sommet de l'atmosphère, actuellement un gain net d'énergie, est la mesure fondamentale du réchauffement climatique, car l'excès d'énergie s'accumule principalement dans l'océan.

History

Les estimations du bilan énergétique du début du XXe siècle reposaient sur des mesures de surface éparses, mais le lancement de satellites de mesure du bilan radiatif terrestre à partir des années 1980, culminant avec des instruments tels que CERES, a permis de mesurer directement les flux mondiaux et de clôturer le bilan dans les limites de l'incertitude observationnelle.

Debates

Clôture du bilan énergétique de surface

L'ampleur exacte des flux de surface, en particulier le rayonnement infrarouge descendant et l'évaporation, a été révisée à mesure que de nouvelles bases de données satellitaires et de surface affinent les chiffres mondiaux.

Key figures

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

Seminal works

• trenberth2009
• hartmann2016

Frequently asked questions

Qu'est-ce que l'albédo planétaire ?

C'est la fraction de la lumière solaire entrante que la Terre réfléchit vers l'espace, actuellement d'environ 0,3, déterminée principalement par les nuages, la neige, la glace et les aérosols.

Où va l'énergie supplémentaire piégée ?

Plus de quatre-vingt-dix pour cent du déséquilibre énergétique actuel est absorbé par l'océan, le reste réchauffant la terre, l'atmosphère et faisant fondre la glace.