Глобальный энергетический баланс и радиация

Учет поступающей солнечной радиации, отраженного солнечного света и исходящего теплового излучения, который определяет, сколько энергии удерживает климатическая система.

Definition

Глобальный энергетический баланс — это количественный баланс энергии, поступающей, покидающей и перераспределяющейся внутри климатической системы, в котором доминирует обмен солнечной и земной радиацией на верхней границе атмосферы и на поверхности.

Scope

Эта тема охватывает потоки лучистой и турбулентной энергии через климатическую систему: солнечную радиацию, перехватываемую на верхней границе атмосферы, долю, отраженную облаками, аэрозолями и поверхностью, которая определяет планетарное альбедо, поглощение солнечного света атмосферой и поверхностью, а также исходящее длинноволновое излучение. Она включает энергетический баланс поверхности с ее явными и скрытыми тепловыми потоками, а также наблюдаемое замыкание этих потоков с использованием спутников и наземных сетей.

Core questions

• Какое количество солнечной радиации отражается планетой, а какое поглощается?
• Что определяет величину исходящего длинноволнового излучения в космос?
• Как распределяются потоки энергии на поверхности между радиацией, явным теплом и испарением?
• Насколько хорошо бюджет может быть замкнут на основе наблюдений?

Key theories

Баланс на верхней границе атмосферы

В среднем по земному шару и во времени поглощенная солнечная радиация тесно уравновешивается исходящим длинноволновым излучением, при этом любой дисбаланс отражает накопление или потерю тепла системой.

Распределение энергии на поверхности

На поверхности чистая радиация уравновешивается явным теплом, скрытой теплотой испарения и накоплением, а распределение контролирует местную температуру и гидрологический цикл.

Mechanisms

Примерно треть поступающего солнечного света отражается обратно в космос облаками, аэрозолями и яркими поверхностями, в то время как остальная часть поглощается атмосферой и поверхностью; нагретая поверхность возвращает энергию вверх в виде теплового излучения, испарения и явного тепла, а парниковые газы задерживают часть теплового излучения, так что система достигает баланса только при повышенной температуре. Спутниковые радиометры измеряют потоки на верхней границе атмосферы, а наземные сети ограничивают бюджет на уровне земли.

Clinical relevance

Небольшой постоянный дисбаланс на верхней границе атмосферы, в настоящее время представляющий собой чистый прирост энергии, является фундаментальной мерой глобального потепления, поскольку избыточная энергия накапливается в основном в океане.

History

Оценки энергетического баланса в начале двадцатого века основывались на редких наземных измерениях, но запуск спутников для измерения радиационного баланса Земли с 1980-х годов, кульминацией которого стали такие приборы, как CERES, позволил непосредственно измерять глобальные потоки и замыкать бюджет в пределах неопределенности наблюдений.

Debates

Замыкание энергетического баланса поверхности

Точная величина поверхностных потоков, особенно нисходящего длинноволнового излучения и испарения, была пересмотрена по мере того, как новые спутниковые и наземные наборы данных уточняют глобальные показатели.

Key figures

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

Seminal works

• trenberth2009
• hartmann2016

Frequently asked questions

Что такое планетарное альбедо?

Это доля поступающего солнечного света, которую Земля отражает обратно в космос, в настоящее время около 0,3, определяемая в основном облаками, снегом, льдом и аэрозолями.

Куда девается избыточная задерживаемая энергия?

Более девяноста процентов текущего энергетического дисбаланса поглощается океаном, а остальное идет на нагрев суши, атмосферы и таяние льда.