Sistema Climático e Balanço Energético
Como a energia solar incidente, a radiação térmica emitida e os fluxos entre a atmosfera, o oceano, o gelo, a terra e a biosfera estabelecem a temperatura e a circulação do planeta.
Definition
O sistema climático é o conjunto acoplado de componentes, atmosfera, hidrosfera, criosfera, superfície terrestre e biosfera, cujas interações e trocas de energia determinam o clima, e seu balanço energético é o equilíbrio entre a radiação solar absorvida e a radiação térmica emitida.
Scope
Esta área abrange o sistema climático como uma máquina de energia acoplada: o balanço de radiação global no topo da atmosfera e na superfície, a partição da energia entre a atmosfera, o oceano, a criosfera, a superfície terrestre e a biosfera, e os transportes que redistribuem o calor dos trópicos em direção aos polos. Trata da base física do efeito estufa, dos feedbacks que amplificam ou amortecem as perturbações, e do conceito de sensibilidade climática que liga uma mudança no forçamento a uma mudança de temperatura em equilíbrio.
Sub-topics
Core questions
- Como o balanço energético planetário é dividido entre reflexão, absorção e emissão térmica?
- Por que o efeito estufa eleva a temperatura da superfície acima do valor de equilíbrio radiativo?
- Quais feedbacks amplificam ou amortecem a resposta a uma perturbação radiativa, e em que medida?
- Como a atmosfera e o oceano transportam calor para equilibrar o desequilíbrio latitudinal da radiação?
Key theories
- Balanço radiativo planetário
- Em equilíbrio, o sistema climático emite tanta radiação térmica para o espaço quanto absorve do Sol, e o albedo planetário, juntamente com a absorção de gases de efeito estufa, estabelece a temperatura superficial resultante.
- Transporte de energia e circulação geral
- Como os trópicos recebem mais energia solar do que emitem, enquanto os polos emitem mais do que recebem, a atmosfera e o oceano circulam para transportar calor em direção aos polos, moldando a circulação geral.
- Sensibilidade climática e feedbacks
- A resposta de temperatura de equilíbrio a uma duplicação de dióxido de carbono depende de feedbacks envolvendo vapor d'água, nuvens, albedo da superfície e a taxa de lapso, que coletivamente amplificam o efeito radiativo direto.
Mechanisms
A radiação solar de ondas curtas é parcialmente refletida por nuvens, aerossóis e pela superfície, e parcialmente absorvida, aquecendo o sistema; a superfície e a atmosfera aquecidas emitem radiação de ondas longas, grande parte da qual é absorvida e reemitida por gases de efeito estufa antes de escapar para o espaço. O desequilíbrio latitudinal entre a radiação solar absorvida e a radiação térmica emitida impulsiona o transporte de calor atmosférico e oceânico, enquanto os feedbacks ajustam a quantidade de aquecimento necessária para restaurar o equilíbrio após um forçamento.
Clinical relevance
A quantificação do balanço energético e da sensibilidade climática é a base para projetar o quanto o planeta aquecerá para uma dada mudança nos gases de efeito estufa, sustentando as metas de política climática e as avaliações de impacto.
Evidence & guidelines
O Sexto Relatório de Avaliação do IPCC sintetiza observações e modelos para restringir o balanço energético global e avalia a sensibilidade climática de equilíbrio para uma faixa provável de aproximadamente 2,5 a 4 graus Celsius por duplicação de dióxido de carbono.
History
O estudo quantitativo do balanço energético planetário surgiu do trabalho do século XIX sobre o efeito estufa e das primeiras estimativas de balanço energético, avançou através da modelagem radiativa-convectiva do século XX e foi transformado por medições de satélite do balanço de radiação no topo da atmosfera que permitiram que os fluxos de energia globais fossem fechados observacionalmente.
Debates
- O feedback das nuvens e seu efeito na sensibilidade climática
- Como as nuvens respondem ao aquecimento, e se essa resposta o amplifica ou o amortece, permanece a maior fonte única de incerteza nas estimativas de sensibilidade climática.
Key figures
- Dennis Hartmann
- Kevin Trenberth
- Syukuro Manabe
- Veerabhadran Ramanathan
Related topics
Seminal works
- hartmann2016
- trenberth2009
Frequently asked questions
- O que mantém a Terra mais quente do que sua temperatura de equilíbrio radiativo?
- Os gases de efeito estufa absorvem e reemitem a radiação térmica, de modo que a superfície permanece aproximadamente 33 graus Celsius mais quente do que seria com uma atmosfera transparente.
- O que é sensibilidade climática?
- É o aquecimento global de longo prazo esperado da duplicação do dióxido de carbono atmosférico, avaliado pelo IPCC como provavelmente cerca de 2,5 a 4 graus Celsius uma vez que os feedbacks atuem.