ระบบภูมิอากาศและสมดุลพลังงาน
พลังงานแสงอาทิตย์ขาเข้า รังสีความร้อนขาออก และการไหลเวียนระหว่างบรรยากาศ มหาสมุทร น้ำแข็ง พื้นดิน และชีวมณฑล กำหนดอุณหภูมิและการหมุนเวียนของโลกได้อย่างไร
Definition
ระบบภูมิอากาศคือชุดขององค์ประกอบที่เชื่อมโยงกัน ได้แก่ บรรยากาศ อุทกภาค ธารน้ำแข็ง พื้นผิวโลก และชีวมณฑล ซึ่งปฏิสัมพันธ์และการแลกเปลี่ยนพลังงานขององค์ประกอบเหล่านี้เป็นตัวกำหนดสภาพภูมิอากาศ และสมดุลพลังงานของระบบภูมิอากาศคือภาวะสมดุลระหว่างรังสีดวงอาทิตย์ที่ถูกดูดซับและรังสีความร้อนที่ถูกปล่อยออกมา
Scope
ขอบเขตนี้ครอบคลุมระบบภูมิอากาศในฐานะเครื่องจักรพลังงานที่เชื่อมโยงกัน: งบประมาณรังสีทั่วโลกที่ชั้นบรรยากาศบนสุดและพื้นผิว การแบ่งส่วนพลังงานระหว่างบรรยากาศ มหาสมุทร ธารน้ำแข็ง พื้นผิวโลก และชีวมณฑล และการขนส่งที่กระจายความร้อนจากเขตร้อนไปยังขั้วโลก นอกจากนี้ยังกล่าวถึงพื้นฐานทางกายภาพของปรากฏการณ์เรือนกระจก ปฏิกิริยาย้อนกลับที่ขยายหรือลดการรบกวน และแนวคิดของความไวภูมิอากาศที่เชื่อมโยงการเปลี่ยนแปลงในการบังคับกับความเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิที่สมดุล
Sub-topics
Core questions
- งบประมาณพลังงานของดาวเคราะห์ถูกแบ่งส่วนระหว่างการสะท้อน การดูดซับ และการปล่อยความร้อนอย่างไร?
- เหตุใดปรากฏการณ์เรือนกระจกจึงทำให้อุณหภูมิพื้นผิวสูงกว่าค่าสมดุลการแผ่รังสี?
- ปฏิกิริยาย้อนกลับใดที่ขยายหรือลดการตอบสนองต่อการรบกวนจากการแผ่รังสี และมากน้อยเพียงใด?
- บรรยากาศและมหาสมุทรขนส่งความร้อนเพื่อรักษาสมดุลความไม่สมดุลของรังสีตามละติจูดได้อย่างไร?
Key theories
- สมดุลการแผ่รังสีของดาวเคราะห์
- ในภาวะสมดุล ระบบภูมิอากาศจะปล่อยรังสีความร้อนสู่อวกาศเท่ากับที่ดูดซับจากดวงอาทิตย์ และค่าอัลบีโดของดาวเคราะห์รวมกับการดูดซับของก๊าซเรือนกระจกจะเป็นตัวกำหนดอุณหภูมิพื้นผิวที่เกิดขึ้น
- การขนส่งพลังงานและการหมุนเวียนทั่วไป
- เนื่องจากเขตร้อนได้รับพลังงานแสงอาทิตย์มากกว่าที่ปล่อยออกไป ในขณะที่ขั้วโลกปล่อยพลังงานมากกว่าที่ได้รับ บรรยากาศและมหาสมุทรจึงหมุนเวียนเพื่อขนส่งความร้อนไปยังขั้วโลก ซึ่งเป็นตัวกำหนดการหมุนเวียนทั่วไป
- ความไวภูมิอากาศและปฏิกิริยาย้อนกลับ
- การตอบสนองของอุณหภูมิที่สมดุลต่อการเพิ่มขึ้นของคาร์บอนไดออกไซด์เป็นสองเท่าขึ้นอยู่กับปฏิกิริยาย้อนกลับที่เกี่ยวข้องกับไอน้ำ เมฆ ค่าอัลบีโดของพื้นผิว และอัตราการลดลงของอุณหภูมิ ซึ่งรวมกันแล้วจะขยายผลกระทบจากการแผ่รังสีโดยตรง
Mechanisms
รังสีดวงอาทิตย์คลื่นสั้นส่วนหนึ่งถูกสะท้อนโดยเมฆ ละอองลอย และพื้นผิว และส่วนหนึ่งถูกดูดซับ ทำให้ระบบอุ่นขึ้น; พื้นผิวและบรรยากาศที่อุ่นขึ้นจะปล่อยรังสีคลื่นยาว ซึ่งส่วนใหญ่ถูกดูดซับและปล่อยซ้ำโดยก๊าซเรือนกระจกก่อนที่จะหลุดออกสู่อวกาศ ความไม่สมดุลตามละติจูดระหว่างรังสีดวงอาทิตย์ที่ถูกดูดซับและรังสีความร้อนที่ถูกปล่อยออกมาเป็นตัวขับเคลื่อนการขนส่งความร้อนในบรรยากาศและมหาสมุทร ในขณะที่ปฏิกิริยาย้อนกลับจะปรับปริมาณความร้อนที่จำเป็นเพื่อฟื้นฟูสมดุลหลังจากเกิดการบังคับ
Clinical relevance
การหาปริมาณงบประมาณพลังงานและความไวภูมิอากาศเป็นรากฐานสำหรับการคาดการณ์ว่าโลกจะอุ่นขึ้นเท่าใดสำหรับการเปลี่ยนแปลงของก๊าซเรือนกระจกที่กำหนด ซึ่งเป็นพื้นฐานสำหรับเป้าหมายนโยบายสภาพภูมิอากาศและการประเมินผลกระทบ
Evidence & guidelines
รายงานการประเมินครั้งที่หกของ IPCC สังเคราะห์ข้อมูลจากการสังเกตการณ์และแบบจำลองเพื่อจำกัดงบประมาณพลังงานทั่วโลก และประเมินความไวภูมิอากาศสมดุลให้อยู่ในช่วงที่เป็นไปได้ประมาณ 2.5 ถึง 4 องศาเซลเซียสต่อการเพิ่มขึ้นของคาร์บอนไดออกไซด์เป็นสองเท่า
History
การศึกษาเชิงปริมาณเกี่ยวกับสมดุลพลังงานของดาวเคราะห์เติบโตขึ้นจากการทำงานในศตวรรษที่สิบเก้าเกี่ยวกับปรากฏการณ์เรือนกระจกและการประมาณงบประมาณพลังงานในยุคแรกๆ ก้าวหน้าผ่านการสร้างแบบจำลองการแผ่รังสีและการพาความร้อนในศตวรรษที่ยี่สิบ และได้รับการเปลี่ยนแปลงโดยการวัดรังสีที่ชั้นบรรยากาศบนสุดด้วยดาวเทียม ซึ่งทำให้สามารถปิดการไหลของพลังงานทั่วโลกได้จากการสังเกตการณ์
Debates
- ปฏิกิริยาย้อนกลับของเมฆและผลกระทบต่อความไวภูมิอากาศ
- การที่เมฆตอบสนองต่อภาวะโลกร้อนอย่างไร และการตอบสนองนั้นจะขยายหรือลดภาวะโลกร้อน ยังคงเป็นแหล่งความไม่แน่นอนที่ใหญ่ที่สุดในการประมาณค่าความไวภูมิอากาศ
Key figures
- Dennis Hartmann
- Kevin Trenberth
- Syukuro Manabe
- Veerabhadran Ramanathan
Related topics
Seminal works
- hartmann2016
- trenberth2009
Frequently asked questions
- อะไรที่ทำให้โลกอุ่นกว่าอุณหภูมิสมดุลการแผ่รังสี?
- ก๊าซเรือนกระจกดูดซับและปล่อยรังสีความร้อนซ้ำ ดังนั้นพื้นผิวจึงคงอุณหภูมิที่อุ่นกว่าประมาณ 33 องศาเซลเซียส เมื่อเทียบกับกรณีที่ไม่มีบรรยากาศที่โปร่งใส
- ความไวภูมิอากาศคืออะไร?
- คือภาวะโลกร้อนในระยะยาวที่คาดว่าจะเกิดขึ้นจากการเพิ่มขึ้นของคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศเป็นสองเท่า ซึ่ง IPCC ประเมินว่าน่าจะอยู่ที่ประมาณ 2.5 ถึง 4 องศาเซลเซียส เมื่อปฏิกิริยาย้อนกลับทำงาน