งบประมาณพลังงานโลกและการแผ่รังสี

การคำนวณรังสีดวงอาทิตย์ขาเข้า แสงอาทิตย์ที่สะท้อนกลับ และรังสีความร้อนขาออก ซึ่งเป็นตัวกำหนดปริมาณพลังงานที่ระบบภูมิอากาศกักเก็บไว้

Definition

งบประมาณพลังงานโลกคือความสมดุลเชิงปริมาณของพลังงานที่เข้าสู่ ออกจาก และถูกกระจายใหม่ภายในระบบภูมิอากาศ ซึ่งส่วนใหญ่เกิดจากการแลกเปลี่ยนรังสีดวงอาทิตย์และรังสีจากโลกที่ชั้นบรรยากาศส่วนบนและพื้นผิว

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมการไหลของพลังงานรังสีและพลังงานปั่นป่วนผ่านระบบภูมิอากาศ: รังสีดวงอาทิตย์ที่ถูกสกัดกั้นที่ชั้นบรรยากาศส่วนบน สัดส่วนที่สะท้อนกลับโดยเมฆ ละอองลอย และพื้นผิวที่กำหนดค่าอัลเบโดของดาวเคราะห์ การดูดซับแสงอาทิตย์โดยชั้นบรรยากาศและพื้นผิว และรังสีคลื่นยาวขาออก รวมถึงงบประมาณพลังงานพื้นผิวที่มีการไหลของความร้อนสัมผัสและความร้อนแฝง และการปิดงบประมาณการไหลเหล่านี้ด้วยการสังเกตการณ์โดยใช้ดาวเทียมและเครือข่ายพื้นผิว

Core questions

• รังสีดวงอาทิตย์ถูกสะท้อนกลับเทียบกับถูกดูดซับโดยโลกมากน้อยเพียงใด?
• อะไรเป็นตัวกำหนดขนาดของรังสีคลื่นยาวขาออกสู่ห้วงอวกาศ?
• การไหลของพลังงานพื้นผิวถูกแบ่งออกเป็นรังสี ความร้อนสัมผัส และการระเหยอย่างไร?
• งบประมาณสามารถปิดได้ดีเพียงใดจากการสังเกตการณ์?

Key theories

ความสมดุลที่ชั้นบรรยากาศส่วนบน

เมื่อเฉลี่ยทั่วโลกและตลอดเวลา รังสีดวงอาทิตย์ที่ถูกดูดซับจะสมดุลกับรังสีคลื่นยาวขาออกอย่างใกล้ชิด โดยความไม่สมดุลใดๆ จะสะท้อนถึงความร้อนที่สะสมอยู่ในระบบหรือออกจากระบบ

การแบ่งส่วนพลังงานพื้นผิว

ที่พื้นผิว รังสีสุทธิจะสมดุลกับความร้อนสัมผัส ความร้อนแฝงของการระเหย และการกักเก็บ และการแบ่งส่วนนี้จะควบคุมอุณหภูมิในท้องถิ่นและวัฏจักรของน้ำ

Mechanisms

ประมาณหนึ่งในสามของแสงอาทิตย์ขาเข้าจะสะท้อนกลับสู่ห้วงอวกาศโดยเมฆ ละอองลอย และพื้นผิวที่สว่าง ในขณะที่ส่วนที่เหลือจะถูกดูดซับโดยชั้นบรรยากาศและพื้นผิว; พื้นผิวที่อุ่นขึ้นจะส่งพลังงานขึ้นไปด้านบนในรูปของรังสีความร้อน การระเหย และความร้อนสัมผัส และก๊าซเรือนกระจกจะกักเก็บรังสีความร้อนบางส่วนไว้ ทำให้ระบบจะเข้าสู่สมดุลที่อุณหภูมิสูงขึ้นเท่านั้น เครื่องวัดรังสีจากดาวเทียมจะวัดการไหลที่ชั้นบรรยากาศส่วนบน และเครือข่ายพื้นผิวจะจำกัดงบประมาณระดับพื้นดิน

Clinical relevance

ความไม่สมดุลเล็กน้อยที่คงอยู่ ณ ชั้นบรรยากาศส่วนบน ซึ่งปัจจุบันคือการได้รับพลังงานสุทธิ เป็นมาตรวัดพื้นฐานของการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ เนื่องจากพลังงานส่วนเกินสะสมอยู่ในมหาสมุทรเป็นหลัก

History

การประมาณการงบประมาณพลังงานในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 อาศัยการวัดพื้นผิวที่กระจัดกระจาย แต่การปล่อยดาวเทียมสำรวจงบประมาณรังสีโลกตั้งแต่ทศวรรษ 1980 เป็นต้นมา ซึ่งรวมถึงเครื่องมืออย่าง CERES ทำให้สามารถวัดการไหลทั่วโลกได้โดยตรงและปิดงบประมาณได้ภายในความไม่แน่นอนของการสังเกตการณ์

Debates

การปิดงบประมาณพลังงานพื้นผิว

ขนาดที่แน่นอนของการไหลของพื้นผิว โดยเฉพาะรังสีคลื่นยาวขาลงและการระเหย ได้รับการปรับปรุงแก้ไขเมื่อชุดข้อมูลดาวเทียมและพื้นผิวใหม่ๆ ปรับปรุงตัวเลขทั่วโลกให้แม่นยำยิ่งขึ้น

Key figures

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

Seminal works

• trenberth2009
• hartmann2016

Frequently asked questions

อัลเบโดของดาวเคราะห์คืออะไร?

คือสัดส่วนของแสงอาทิตย์ขาเข้าที่โลกสะท้อนกลับสู่ห้วงอวกาศ ซึ่งปัจจุบันอยู่ที่ประมาณ 0.3 โดยส่วนใหญ่กำหนดโดยเมฆ หิมะ น้ำแข็ง และละอองลอย

พลังงานส่วนเกินที่ถูกกักเก็บไปที่ไหน?

กว่าร้อยละเก้าสิบของความไม่สมดุลของพลังงานในปัจจุบันถูกดูดซับโดยมหาสมุทร ส่วนที่เหลือทำให้อุณหภูมิของพื้นดิน บรรยากาศ และน้ำแข็งที่ละลายเพิ่มขึ้น