地球のエネルギー収支と放射

気候システムが保持するエネルギー量を決定する、入射太陽放射、反射太陽光、および放出熱放射の収支。

Definition

地球のエネルギー収支とは、気候システムに出入りし、その内部で再分配されるエネルギーの定量的なバランスであり、大気圏上部と地表面における太陽放射と地球放射の交換が支配的です。

Scope

このトピックでは、気候システムを介した放射エネルギーと乱流エネルギーの流れについて扱います。これには、大気圏上部で捕捉される太陽放射、雲、エアロゾル、および地表面によって反射され、惑星アルベドを決定する割合、大気と地表面による太陽光の吸収、および放出される長波放射が含まれます。また、顕熱および潜熱フラックスを伴う地表面エネルギー収支、ならびに衛星および地表ネットワークを用いたこれらの流れの観測的閉鎖も含まれます。

Core questions

• 惑星によって反射される太陽放射と吸収される太陽放射の量はどのくらいか？
• 宇宙への長波放射の大きさを決定するものは何か？
• 地表面エネルギーフラックスは、放射、顕熱、蒸発の間でどのように配分されるか？
• 観測から収支をどの程度うまく閉鎖できるか？

Key theories

大気圏上部のバランス

地球全体および時間的に平均すると、吸収される太陽放射は放出される長波放射とほぼ釣り合い、いかなる不均衡もシステムに蓄積される、またはシステムから放出される熱を反映しています。

地表面エネルギーの配分

地表面では、正味の放射は顕熱、蒸発潜熱、および貯蔵によってバランスが取られており、その配分は局所的な温度と水循環を制御します。

Mechanisms

入射する太陽光の約3分の1は、雲、エアロゾル、および明るい地表面によって宇宙空間に反射され、残りは大気と地表面に吸収されます。暖められた地表面は、熱放射、蒸発、および顕熱としてエネルギーを上向きに放出し、温室効果ガスが熱放射の一部を閉じ込めるため、システムはより高い温度でのみ平衡に達します。衛星放射計は大気圏上部のフラックスを測定し、地表ネットワークは地表レベルの収支を制約します。

Clinical relevance

大気圏上部におけるわずかな持続的な不均衡、すなわち現在の正味のエネルギー増加は、過剰なエネルギーが主に海洋に蓄積されるため、地球温暖化の根本的な尺度となります。

History

20世紀初頭のエネルギー収支の推定は、まばらな地表測定に依存していましたが、1980年代以降の地球放射収支衛星の打ち上げ、特にCERESのような機器の登場により、地球規模の流れを直接測定し、観測の不確実性の範囲内で収支を閉鎖することが可能になりました。

Debates

地表面エネルギー収支の閉鎖

地表面フラックス、特に下向き長波放射と蒸発の正確な大きさは、新しい衛星および地表データセットが地球規模の数値を洗練するにつれて改訂されてきました。

Key figures

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

Seminal works

• trenberth2009
• hartmann2016

Frequently asked questions

惑星アルベドとは何か？

地球が宇宙空間に反射する入射太陽光の割合であり、現在は約0.3で、主に雲、雪、氷、エアロゾルによって決定されます。

閉じ込められた余分なエネルギーはどこへ行くのか？

現在のエネルギー不均衡の90%以上は海洋に吸収され、残りは陸地、大気、および融解する氷を暖めています。