Cân bằng năng lượng của Trái Đất

Sự tính toán các dòng năng lượng mặt trời đi vào và năng lượng bức xạ nhiệt của Trái Đất đi ra, quyết định nhiệt độ trung bình của hành tinh và sự mất cân bằng của nó.

Definition

Cân bằng năng lượng của Trái Đái là sự cân bằng giữa năng lượng bức xạ mà hành tinh nhận được từ Mặt Trời và năng lượng mà nó trả lại không gian, cùng với các dòng nhiệt bên trong phân phối lại năng lượng đó.

Scope

Bao gồm sự phân chia bức xạ mặt trời đi vào giữa phản xạ, hấp thụ khí quyển và hấp thụ bề mặt; cân bằng năng lượng bề mặt bao gồm các dòng nhiệt hiện và nhiệt ẩn; bức xạ sóng dài đi ra; suất phản chiếu của hành tinh; và sự mất cân bằng nhỏ ở đỉnh khí quyển liên quan đến sự nóng lên đang diễn ra và sự hấp thụ nhiệt của đại dương.

Core questions

• Năng lượng mặt trời đi vào được phân chia như thế nào giữa phản xạ, hấp thụ và làm nóng bề mặt?
• Độ lớn của các dòng năng lượng chính đi vào và đi ra khỏi hệ thống khí hậu là bao nhiêu?
• Sự mất cân bằng liên tục ở đỉnh khí quyển ngụ ý điều gì đối với hệ thống khí hậu?

Key theories

Tính toán cân bằng năng lượng toàn cầu

Một khuôn khổ định lượng theo dõi các dòng sóng ngắn và sóng dài cùng với các trao đổi nhiệt hỗn loạn và nhiệt ẩn để đóng cân bằng năng lượng hành tinh và chẩn đoán bất kỳ sự mất cân bằng ròng nào.

Mechanisms

Trong số khoảng 340 watt trên mỗi mét vuông bức xạ mặt trời đi vào trung bình trên toàn cầu, khoảng 100 watt được phản xạ bởi mây, sol khí và bề mặt, phần còn lại được hấp thụ. Bề mặt trả lại năng lượng dưới dạng phát xạ sóng dài, nhiệt hiện và nhiệt ẩn được mang theo bởi sự bay hơi; khí quyển bức xạ vào không gian ở nhiệt độ phát xạ hiệu dụng của nó. Một sự mất cân bằng nhỏ còn lại, hiện tại hơi dương, được lưu trữ chủ yếu trong các đại dương.

Clinical relevance

Cân bằng năng lượng là nền tảng quan sát để phát hiện biến đổi khí hậu, xác nhận các mô hình khí hậu và định lượng sự hấp thụ nhiệt của đại dương từ sự mất cân bằng đo được ở đỉnh khí quyển.

History

Các ước tính cân bằng ban đầu của Dines và Houghton đã được tinh chỉnh trong kỷ nguyên vệ tinh; Thí nghiệm Ngân sách Bức xạ Trái Đất và sau đó là các thiết bị CERES đã cung cấp các phép đo dòng toàn cầu, và các nghiên cứu tổng hợp của Trenberth và các đồng nghiệp, và của Stephens và các đồng nghiệp đã thiết lập ngân sách hiện đại.

Key figures

• Kevin Trenberth
• Graeme Stephens

Seminal works

• trenberth2009
• stephens2012

Frequently asked questions

Suất phản chiếu của Trái Đất là gì?

Suất phản chiếu của hành tinh là tỷ lệ phần trăm bức xạ mặt trời đi vào được phản xạ trở lại không gian, khoảng 0,3, chủ yếu được thiết lập bởi mây, sol khí, tuyết, băng và các bề mặt sáng.