Ngân sách Năng lượng Toàn cầu và Bức xạ

Sự tính toán bức xạ mặt trời đến, ánh sáng mặt trời phản xạ, và bức xạ nhiệt đi ra, quyết định lượng năng lượng mà hệ thống khí hậu giữ lại.

Definition

Ngân sách năng lượng toàn cầu là sự cân bằng định lượng của năng lượng đi vào, đi ra và được phân phối lại trong hệ thống khí hậu, chủ yếu là sự trao đổi bức xạ mặt trời và bức xạ từ Trái Đất ở đỉnh khí quyển và bề mặt.

Scope

Chủ đề này bao gồm các dòng năng lượng bức xạ và năng lượng hỗn loạn trong hệ thống khí hậu: bức xạ mặt trời bị chặn ở đỉnh khí quyển, phần trăm phản xạ bởi mây, sol khí (aerosols), và bề mặt tạo nên suất phản chiếu (albedo) của hành tinh, sự hấp thụ ánh sáng mặt trời bởi khí quyển và bề mặt, và bức xạ sóng dài đi ra. Nó bao gồm ngân sách năng lượng bề mặt với các dòng nhiệt hiển và nhiệt ẩn, và sự đóng kín quan sát của các dòng này bằng cách sử dụng vệ tinh và mạng lưới bề mặt.

Core questions

• Bao nhiêu bức xạ mặt trời được phản xạ so với được hấp thụ bởi hành tinh?
• Điều gì quyết định độ lớn của bức xạ sóng dài đi ra không gian?
• Các dòng năng lượng bề mặt được phân chia như thế nào giữa bức xạ, nhiệt hiển và bay hơi?
• Ngân sách có thể được đóng kín tốt đến mức nào từ các quan sát?

Key theories

Cân bằng đỉnh khí quyển

Tính trung bình trên toàn cầu và theo thời gian, bức xạ mặt trời hấp thụ cân bằng chặt chẽ với bức xạ sóng dài đi ra, với bất kỳ sự mất cân bằng nào phản ánh nhiệt tích tụ trong hoặc rời khỏi hệ thống.

Phân chia năng lượng bề mặt

Tại bề mặt, bức xạ ròng được cân bằng bởi nhiệt hiển, nhiệt ẩn của sự bay hơi và sự lưu trữ, và sự phân chia này kiểm soát nhiệt độ cục bộ và chu trình thủy văn.

Mechanisms

Khoảng một phần ba ánh sáng mặt trời đến được phản xạ trở lại không gian bởi mây, sol khí và các bề mặt sáng, trong khi phần còn lại được hấp thụ bởi khí quyển và bề mặt; bề mặt được làm ấm trả lại năng lượng lên trên dưới dạng bức xạ nhiệt, bay hơi và nhiệt hiển, và các khí nhà kính giữ lại một phần bức xạ nhiệt để hệ thống đạt được trạng thái cân bằng chỉ ở nhiệt độ cao hơn. Các máy đo bức xạ vệ tinh đo các dòng ở đỉnh khí quyển và các mạng lưới bề mặt giới hạn ngân sách ở mặt đất.

Clinical relevance

Một sự mất cân bằng nhỏ nhưng dai dẳng ở đỉnh khí quyển, hiện tại là sự tăng năng lượng ròng, là thước đo cơ bản của sự nóng lên toàn cầu, vì năng lượng dư thừa tích tụ chủ yếu trong đại dương.

History

Các ước tính ngân sách năng lượng vào đầu thế kỷ XX dựa vào các phép đo bề mặt thưa thớt, nhưng việc phóng các vệ tinh đo ngân sách bức xạ Trái Đất từ những năm 1980 trở đi, đỉnh điểm là các thiết bị như CERES, đã cho phép đo trực tiếp các dòng toàn cầu và đóng kín ngân sách trong phạm vi độ bất định của quan sát.

Debates

Đóng kín ngân sách năng lượng bề mặt

Độ lớn chính xác của các dòng bề mặt, đặc biệt là bức xạ sóng dài đi xuống và sự bay hơi, đã được điều chỉnh khi các bộ dữ liệu vệ tinh và bề mặt mới tinh chỉnh các con số toàn cầu.

Key figures

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

Seminal works

• trenberth2009
• hartmann2016

Frequently asked questions

Suất phản chiếu (albedo) của hành tinh là gì?

Đó là tỷ lệ phần trăm ánh sáng mặt trời đến mà Trái Đất phản xạ trở lại không gian, hiện tại khoảng 0,3, chủ yếu được xác định bởi mây, tuyết, băng và sol khí.

Năng lượng dư thừa bị giữ lại đi đâu?

Hơn chín mươi phần trăm sự mất cân bằng năng lượng hiện tại được đại dương hấp thụ, phần còn lại làm ấm đất liền, khí quyển và làm tan chảy băng.