İklim Sistemi ve Enerji Dengesi
Gelen güneş enerjisinin, giden termal radyasyonun ve atmosfer, okyanus, buz, kara ve biyosfer arasındaki akışların gezegenin sıcaklığını ve dolaşımını nasıl belirlediği.
Tanım
İklim sistemi; atmosfer, hidrosfer, kriyosfer, kara yüzeyi ve biyosfer gibi bileşenlerin birleşik bir kümesi olup, bu bileşenlerin etkileşimleri ve enerji alışverişleri iklimi belirlemektedir. İklim sisteminin enerji dengesi ise soğurulan güneş radyasyonu ile yayılan termal radyasyon arasındaki denge olarak tanımlanmaktadır.
Kapsam
Bu alan, iklim sistemini bir birleşik enerji makinesi olarak ele almaktadır: atmosferin üst kısmındaki ve yüzeydeki küresel radyasyon bütçesi, enerjinin atmosfer, okyanus, kriyosfer, kara yüzeyi ve biyosfer arasında bölüşümü ve ısının tropiklerden kutuplara doğru yeniden dağıtımını sağlayan taşınım süreçleri. Sera etkisinin fiziksel temeli, bozulmaları güçlendiren veya sönümleyen geri beslemeler ve bir zorlamadaki değişimi sıcaklıktaki denge değişimiyle ilişkilendiren iklim duyarlılığı kavramı bu kapsamda incelenmektedir.
Alt konular
Temel sorular
- Gezegensel enerji bütçesi yansıma, soğurma ve termal emisyon arasında nasıl bölüşülmektedir?
- Sera etkisi neden yüzey sıcaklığını radyatif denge değerinin üzerine çıkarmaktadır?
- Hangi geri beslemeler radyatif bir bozulmaya verilen tepkiyi güçlendirmekte veya sönümlemekte ve ne kadar?
- Atmosfer ve okyanus, radyasyonun enlemsel dengesizliğini dengelemek için ısıyı nasıl taşımaktadır?
Temel kuramlar
- Gezegensel radyatif denge
- Dengede, iklim sistemi Güneş'ten soğurduğu kadar termal radyasyonu uzaya yaymakta ve gezegensel albedo sera soğurmasıyla birlikte ortaya çıkan yüzey sıcaklığını belirlemektedir.
- Enerji taşınımı ve genel dolaşım
- Tropikler yaydıklarından daha fazla güneş enerjisi alırken, kutuplar aldıklarından daha fazla yaydığı için, atmosfer ve okyanus, ısıyı kutuplara doğru taşımak için dolaşmakta ve genel dolaşımı şekillendirmektedir.
- İklim duyarlılığı ve geri beslemeler
- Karbon dioksitin ikiye katlanmasına karşı denge sıcaklık tepkisi, su buharı, bulutlar, yüzey albedosu ve sıcaklık düşüş oranı (lapse rate) içeren geri beslemelere bağlıdır; bunlar topluca doğrudan radyatif etkiyi güçlendirmektedir.
Mekanizmalar
Kısa dalga güneş radyasyonu, bulutlar, aerosoller ve yüzey tarafından kısmen yansıtılmakta, kısmen de soğurularak sistemi ısıtmaktadır. Isınan yüzey ve atmosfer uzun dalga radyasyon yaymakta olup, bunun büyük bir kısmı uzaya kaçmadan önce sera gazları tarafından soğurulup yeniden yayılmaktadır. Soğurulan güneş ve yayılan termal radyasyon arasındaki enlemsel dengesizlik, atmosferik ve okyanusal ısı taşınımını yönlendirmektedir; geri beslemeler ise bir zorlama sonrası dengeyi yeniden sağlamak için gereken ısınma miktarını ayarlamaktadır.
Klinik önem
Enerji bütçesini ve iklim duyarlılığını nicel olarak belirlemek, sera gazlarındaki belirli bir değişim karşılığında gezegenin ne kadar ısınacağını öngörmek için temel oluşturmakta, iklim politikası hedeflerini ve etki değerlendirmelerini desteklemektedir.
Kanıt ve kılavuzlar
IPCC Altıncı Değerlendirme Raporu, küresel enerji bütçesini sınırlamak amacıyla gözlemleri ve modelleri sentezlemekte ve karbon dioksit ikiye katlandığında denge iklim duyarlılığını yaklaşık 2.5 ila 4 santigrat derece arasında olası bir aralıkta değerlendirmektedir.
Tarihçe
Gezegensel enerji dengesinin nicel çalışması, ondokuzuncu yüzyıldaki sera etkisi çalışmaları ve erken enerji bütçesi tahminlerinden gelişmiş, yirminci yüzyıl radyatif-konvektif modellemesiyle ilerlemiş ve atmosferin üst kısmındaki radyasyon bütçesinin uydu ölçümleriyle dönüşüme uğramıştır; bu sayede küresel enerji akışlarının gözlemsel olarak kapatılması mümkün olmuştur.
Tartışmalar
- Bulut geri beslemesi ve iklim duyarlılığı üzerindeki etkisi
- Bulutların ısınmaya nasıl tepki verdiği ve bu tepkinin ısınmayı güçlendirip güçlendirmediği veya sönümleyip sönümlemediği, iklim duyarlılığı tahminlerindeki en büyük tek belirsizlik kaynağı olmaya devam etmektedir.
Öne çıkan isimler
- Dennis Hartmann
- Kevin Trenberth
- Syukuro Manabe
- Veerabhadran Ramanathan
İlgili konular
Temel eserler
- hartmann2016
- trenberth2009
Sıkça sorulan sorular
- Dünya'yı radyatif denge sıcaklığından daha sıcak tutan nedir?
- Sera gazları termal radyasyonu soğurmakta ve yeniden yaymaktadır; bu nedenle yüzey, şeffaf bir atmosfere sahip olsaydı olacağından yaklaşık 33 santigrat derece daha sıcak kalmaktadır.
- İklim duyarlılığı nedir?
- Atmosferik karbon dioksitin ikiye katlanmasından beklenen uzun vadeli küresel ısınmadır; IPCC tarafından geri beslemeler devreye girdiğinde yaklaşık 2.5 ila 4 santigrat derece olması muhtemel olarak değerlendirilmektedir.