Sistem Iklim dan Keseimbangan Energi
Bagaimana energi surya yang masuk, radiasi termal yang keluar, dan aliran antara atmosfer, laut, es, daratan, dan biosfer menentukan suhu dan sirkulasi planet.
Definition
Sistem iklim adalah seperangkat komponen yang saling terkait, yaitu atmosfer, hidrosfer, kriosfer, permukaan daratan, dan biosfer, yang interaksi dan pertukaran energinya menentukan iklim, dan keseimbangan energinya adalah ekuilibrium antara radiasi surya yang diserap dan radiasi termal yang dipancarkan.
Scope
Area ini mencakup sistem iklim sebagai mesin energi yang saling terkait: anggaran radiasi global di puncak atmosfer dan permukaan, pembagian energi di antara atmosfer, laut, kriosfer, permukaan daratan, dan biosfer, serta transportasi yang mendistribusikan panas dari daerah tropis menuju kutub. Ini membahas dasar fisik efek rumah kaca, umpan balik yang memperkuat atau meredam gangguan, dan konsep sensitivitas iklim yang menghubungkan perubahan dalam pemaksaan dengan perubahan suhu ekuilibrium.
Sub-topics
Core questions
- Bagaimana anggaran energi planet dibagi antara pantulan, penyerapan, dan emisi termal?
- Mengapa efek rumah kaca meningkatkan suhu permukaan di atas nilai ekuilibrium radiatif?
- Umpan balik mana yang memperkuat atau meredam respons terhadap gangguan radiatif, dan seberapa besar?
- Bagaimana atmosfer dan laut mengangkut panas untuk menyeimbangkan ketidakseimbangan radiasi lintang?
Key theories
- Keseimbangan radiatif planet
- Dalam ekuilibrium, sistem iklim memancarkan radiasi termal ke angkasa sebanyak yang diserapnya dari Matahari, dan albedo planet bersama dengan penyerapan gas rumah kaca menentukan suhu permukaan yang dihasilkan.
- Transportasi energi dan sirkulasi umum
- Karena daerah tropis menerima lebih banyak energi surya daripada yang dipancarkannya sementara kutub memancarkan lebih banyak daripada yang diterimanya, atmosfer dan laut bersirkulasi untuk mengangkut panas ke arah kutub, membentuk sirkulasi umum.
- Sensitivitas iklim dan umpan balik
- Respons suhu ekuilibrium terhadap penggandaan karbon dioksida bergantung pada umpan balik yang melibatkan uap air, awan, albedo permukaan, dan laju penurunan suhu (lapse rate), yang secara kolektif memperkuat efek radiatif langsung.
Mechanisms
Radiasi surya gelombang pendek sebagian dipantulkan oleh awan, aerosol, dan permukaan, serta sebagian diserap, memanaskan sistem; permukaan dan atmosfer yang memanas memancarkan radiasi gelombang panjang, yang sebagian besar diserap dan dipancarkan kembali oleh gas rumah kaca sebelum keluar ke angkasa. Ketidakseimbangan lintang antara radiasi surya yang diserap dan radiasi termal yang dipancarkan mendorong transportasi panas atmosfer dan laut, sementara umpan balik menyesuaikan jumlah pemanasan yang diperlukan untuk mengembalikan keseimbangan setelah adanya pemaksaan.
Clinical relevance
Kuantifikasi anggaran energi dan sensitivitas iklim merupakan dasar untuk memproyeksikan seberapa banyak planet akan memanas untuk perubahan gas rumah kaca tertentu, yang mendasari target kebijakan iklim dan penilaian dampak.
Evidence & guidelines
Laporan Penilaian Keenam IPCC mensintesis observasi dan model untuk membatasi anggaran energi global dan menilai sensitivitas iklim ekuilibrium ke kisaran yang mungkin sekitar 2,5 hingga 4 derajat Celsius per penggandaan karbon dioksida.
History
Studi kuantitatif keseimbangan energi planet berkembang dari karya abad kesembilan belas tentang efek rumah kaca dan perkiraan anggaran energi awal, maju melalui pemodelan radiatif-konvektif abad kedua puluh, dan diubah oleh pengukuran satelit anggaran radiasi puncak atmosfer yang memungkinkan aliran energi global ditutup secara observasional.
Debates
- Umpan balik awan dan pengaruhnya terhadap sensitivitas iklim
- Bagaimana awan merespons pemanasan, dan apakah respons tersebut memperkuat atau meredamnya, tetap menjadi sumber ketidakpastian terbesar dalam perkiraan sensitivitas iklim.
Key figures
- Dennis Hartmann
- Kevin Trenberth
- Syukuro Manabe
- Veerabhadran Ramanathan
Related topics
Seminal works
- hartmann2016
- trenberth2009
Frequently asked questions
- Apa yang membuat Bumi lebih hangat dari suhu ekuilibrium radiatifnya?
- Gas rumah kaca menyerap dan memancarkan kembali radiasi termal, sehingga permukaan tetap sekitar 33 derajat Celsius lebih hangat daripada jika atmosfernya transparan.
- Apa itu sensitivitas iklim?
- Ini adalah pemanasan global jangka panjang yang diperkirakan dari penggandaan karbon dioksida atmosfer, yang dinilai oleh IPCC kemungkinan sekitar 2,5 hingga 4 derajat Celsius setelah umpan balik bekerja.