全球能量收支与辐射

对进入的太阳辐射、反射的太阳光和向外逸出的热辐射进行核算，以确定气候系统保留了多少能量。

Definition

全球能量收支是进入、离开并在气候系统内重新分配的能量的定量平衡，主要由大气层顶部和地表的太阳辐射和地球辐射交换主导。

Scope

本主题涵盖了通过气候系统的辐射能和湍流能量流：在大气层顶部截获的太阳辐射、被云、气溶胶和地表反射的（决定行星反照率的）部分、大气和地表对太阳光的吸收，以及向外逸出的长波辐射。它包括地表能量收支及其感热和潜热通量，以及利用卫星和地表网络对这些能量流进行观测闭合。

Core questions

• 行星反射了多少太阳辐射，又吸收了多少？
• 是什么决定了向外逸出的长波辐射的量级？
• 地表能量通量如何在辐射、感热和蒸发之间分配？
• 通过观测，能量收支能有多大程度的闭合？

Key theories

大气层顶部平衡

在全球和时间上平均，吸收的太阳辐射与向外逸出的长波辐射大致平衡，任何不平衡都反映了系统中热量的积累或散失。

地表能量分配

在地表，净辐射通过感热、蒸发潜热和储存来平衡，其分配控制着局部温度和水文循环。

Mechanisms

大约三分之一的入射太阳光被云、气溶胶和明亮的地表反射回太空，其余部分被大气和地表吸收；被加热的地表以热辐射、蒸发和感热的形式向上释放能量，温室气体捕获了部分热辐射，因此系统只有在温度升高时才能达到平衡。卫星辐射计测量大气层顶部的通量，地表网络则约束地表能量收支。

Clinical relevance

大气层顶部持续存在的小幅不平衡（目前是净能量增益）是全球变暖的基本衡量标准，因为过剩的能量主要积累在海洋中。

History

20世纪早期对能量收支的估计依赖于稀疏的地表测量数据，但自20世纪80年代以来地球辐射收支卫星的发射，最终形成了CERES等仪器，使得全球能量流能够被直接测量，并在观测不确定性范围内实现收支闭合。

Debates

地表能量收支的闭合

随着新的卫星和地表数据集完善全球数据，地表通量的确切量级，特别是向下长波辐射和蒸发，已被修正。

Key figures

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

Seminal works

• trenberth2009
• hartmann2016

Frequently asked questions

什么是行星反照率？

它是地球反射回太空的入射太阳光的比例，目前约为0.3，主要由云、雪、冰和气溶胶决定。

多余的被困能量去了哪里？

目前能量不平衡的90%以上被海洋吸收，其余部分使陆地、大气变暖并融化冰雪。