stringtranslate.com

Энергетический бюджет Земли

Энергетический баланс и дисбаланс Земли, показывающий, куда уходит избыточная энергия: Исходящая радиация уменьшается из-за увеличения количества парниковых газов в атмосфере, что приводит к энергетическому дисбалансу Земли примерно в 460 ТВт. [1] Также указан процент, входящий в каждую область климатической системы .

Энергетический бюджет Земли (или энергетический баланс Земли ) учитывает баланс между энергией , которую Земля получает от Солнца , и энергией, которую Земля теряет обратно в космическое пространство . Меньшие источники энергии, такие как внутреннее тепло Земли, принимаются во внимание, но вносят незначительный вклад по сравнению с солнечной энергией. Энергетический бюджет также учитывает то, как энергия движется через климатическую систему . [2] : 2227  Солнце нагревает экваториальные тропики сильнее, чем полярные регионы . Поэтому количество солнечного излучения , получаемого определенным регионом, распределяется неравномерно. Поскольку энергия стремится к равновесию по всей планете, она управляет взаимодействиями в климатической системе Земли, то есть с земной водой , льдом , атмосферой , каменистой корой и всеми живыми существами . [2] : 2224  Результатом является климат Земли .

Энергетический бюджет Земли зависит от многих факторов, таких как атмосферные аэрозоли , парниковые газы , альбедо поверхности , облака и модели землепользования . Когда входящие и исходящие потоки энергии находятся в равновесии, Земля находится в радиационном равновесии и климатическая система будет относительно стабильной. Глобальное потепление происходит, когда Земля получает больше энергии, чем отдает в космос, а глобальное похолодание происходит, когда исходящая энергия увеличивается. [3]

Множественные типы измерений и наблюдений показывают дисбаланс потепления, по крайней мере, с 1970 года. [4] [5] Скорость нагрева в результате этого антропогенного явления беспрецедентна. [6] : 54  Основной причиной изменений в энергетике Земли являются антропогенные изменения в составе атмосферы. [1] В период с 2005 по 2019 год энергетический дисбаланс Земли (EEI) в среднем составлял около 460 ТВт или в глобальном масштабе 0,90 ± 0,15 Вт на м 2 . [1]

Требуется время, чтобы любые изменения в энергетическом балансе привели к каким-либо значительным изменениям глобальной приземной температуры . Это связано с тепловой инерцией океанов , суши и криосферы . [7] Большинство климатических моделей делают точные расчеты этой инерции, энергетических потоков и объемов хранения.

Определение

Энергетический бюджет Земли включает «основные потоки энергии, имеющие значение для климатической системы». [2] Это «энергетический бюджет верхних слоев атмосферы; баланс приземной энергии; изменения в глобальном энергетическом запасе и внутренние потоки энергии в пределах климатической системы». [2] : 2227 

Энергетические потоки Земли

Входящий коротковолновый поток излучения верхней части атмосферы (TOA) показывает энергию, полученную от Солнца, согласно измерениям CERES (26–27 января 2012 г.). Самые яркие белые области показывают самую высокую отражательную способность (наименьшее поглощение) солнечной энергии, а самые темные синие области показывают наибольшее поглощение.

Несмотря на огромную передачу энергии на Землю и обратно, она поддерживает относительно постоянную температуру, потому что в целом чистый выигрыш или потеря невелики: Земля излучает атмосферное и земное излучение (сдвинутое в сторону более длинных электромагнитных волн) в космос. примерно такое же количество энергии, какое он получает за счет солнечной инсоляции (все формы электромагнитного излучения).

Основной причиной изменений в энергетике Земли являются антропогенные изменения в составе атмосферы, составляющие около 460 ТВт или в глобальном масштабе 0,90 ± 0,15 Вт на м 2 . [1]

Поступающая солнечная энергия (коротковолновое излучение)

Общее количество энергии, получаемой в секунду в верхней части атмосферы Земли (TOA), измеряется в ваттах и ​​выражается как солнечная постоянная , умноженная на площадь поперечного сечения Земли, соответствующую излучению. Поскольку площадь поверхности сферы в четыре раза превышает площадь поперечного сечения сферы (т. е. площадь круга), глобальный и годовой средний поток TOA составляет одну четверть солнечной постоянной и, таким образом, составляет примерно 340 Вт на квадратный метр. (Вт/м 2 ). [8] [9] Поскольку поглощение варьируется в зависимости от местоположения, а также от суточных, сезонных и годовых колебаний, приведенные цифры представляют собой средние многолетние значения, полученные в результате многочисленных спутниковых измерений. [8]

Из ~340 Вт/м 2 солнечной радиации, получаемой Землей, в среднем ~77 Вт/м 2 отражается обратно в космос от облаков и атмосферы, а ~23 Вт/м 2 отражается от альбедо поверхности , оставляя ~240 Вт/м 2 поступления солнечной энергии в энергетический бюджет Земли. Это количество называется поглощенной солнечной радиацией (ASR). Это подразумевает значение около 0,3 для среднего чистого альбедо Земли, также называемого ее альбедо Бонда (А): [8]

Исходящая длинноволновая радиация

Уходящее длинноволновое излучение в верхних слоях атмосферы (26–27 января 2012 г.). Тепловая энергия, излучаемая Землей (в ваттах на квадратный метр), показана оттенками желтого, красного, синего и белого цветов. Самые ярко-желтые области являются самыми горячими и излучают в космос больше всего энергии, тогда как темно-синие области и ярко-белые облака намного холоднее и излучают меньше всего энергии.

Тепловая энергия покидает планету в виде уходящего длинноволнового излучения (ОЛР). Длинноволновое излучение – это электромагнитное тепловое излучение , испускаемое поверхностью и атмосферой Земли. Длинноволновое излучение находится в инфракрасном диапазоне . Но эти термины не являются синонимами, поскольку инфракрасное излучение может быть как коротковолновым , так и длинноволновым . Солнечный свет содержит значительное количество коротковолнового инфракрасного излучения. Пороговая длина волны 4 микрона иногда используется для различения длинноволнового и коротковолнового излучения.

Как правило, поглощенная солнечная энергия преобразуется в различные формы тепловой энергии. Часть солнечной энергии, поглощаемой поверхностью, преобразуется в тепловое излучение на длинах волн « атмосферного окна »; это излучение может беспрепятственно проходить через атмосферу и напрямую выходить в космос, способствуя OLR. Остальная часть поглощенной солнечной энергии переносится вверх через атмосферу с помощью различных механизмов теплопередачи, пока атмосфера не выделяет эту энергию в виде тепловой энергии, которая может уйти в космос, снова внося свой вклад в OLR. Например, тепло переносится в атмосферу посредством эвапотранспирации и скрытых тепловых потоков или процессов проводимости / конвекции , а также посредством радиационного переноса тепла. [8] В конечном итоге вся исходящая энергия излучается в космос в виде длинноволнового излучения.

Перенос длинноволнового излучения от поверхности Земли через ее многослойную атмосферу регулируется уравнениями переноса излучения, такими как уравнение Шварцшильда для переноса излучения (или более сложными уравнениями, если присутствует рассеяние), и подчиняется закону теплового излучения Кирхгофа .

Однослойная модель дает приблизительное описание OLR, которое дает температуры на поверхности (T s =288  Кельвина ) и в середине тропосферы (T a =242 Кельвина), которые близки к наблюдаемым средним значениям: [10]

В этом выражении σ — постоянная Стефана-Больцмана , а ε представляет излучательную способность атмосферы, которая меньше 1, поскольку атмосфера не излучает в диапазоне длин волн, известном как атмосферное окно .

Аэрозоли, облака, водяной пар и следы парниковых газов способствуют эффективному значению около ε = 0,78. Сильная (четвертая степень) температурная чувствительность поддерживает почти баланс между исходящим потоком энергии и входящим потоком посредством небольших изменений абсолютных температур планеты .

Увеличение безоблачного парникового эффекта Земли (2000-2022 гг.) по спутниковым данным.

Если смотреть из окружающего Землю пространства, парниковые газы влияют на излучательную способность атмосферы (ε). Таким образом, изменения в составе атмосферы могут изменить общий радиационный баланс. Например, увеличение улавливания тепла за счет растущей концентрации парниковых газов (т.е. усиление парникового эффекта ) приводит к уменьшению OLR и потеплению (восстановлению) энергетического дисбаланса. [11] В конечном итоге, когда количество парниковых газов увеличивается или уменьшается, температура поверхности на месте растет или падает до тех пор, пока поглощенная солнечная радиация не станет равной исходящей длинноволновой радиации, или ASR не станет равным OLR.

Внутренние источники тепла Земли и другие незначительные эффекты

Геотермальный тепловой поток из недр Земли оценивается в 47 тераватт (ТВт) [12] и примерно поровну распределяется между радиогенным теплом и теплом, оставшимся от формирования Земли. Это соответствует среднему потоку 0,087 Вт/м 2 и представляет собой лишь 0,027% общего энергетического баланса Земли на поверхности, затмеваясь 173 000 ТВт приходящей солнечной радиации . [13]

Производство энергии человеком еще ниже и составляет в среднем 18 ТВт, что соответствует примерно 160 000 ТВт-ч за весь 2019 год. [14] Однако потребление быстро растет, и производство энергии с использованием ископаемого топлива также приводит к увеличению выбросов парниковых газов в атмосферу. газов, что приводит к более чем 20-кратному дисбалансу входящих и исходящих потоков, возникающих в результате солнечной радиации. [15]

Фотосинтез также имеет значительный эффект: примерно 140 ТВт (или около 0,08%) падающей энергии улавливается в ходе фотосинтеза, давая энергию растениям для производства биомассы . [16] Аналогичный поток тепловой энергии выделяется в течение года, когда растения используются в качестве пищи или топлива.

Другие второстепенные источники энергии обычно игнорируются в расчетах, включая аккрецию межпланетной пыли и солнечного ветра , свет звезд, отличных от Солнца, и тепловое излучение из космоса. Ранее Жозеф Фурье в своей статье, посвященной парниковому эффекту, которую часто называют первой, утверждал, что радиация в дальнем космосе имеет большое значение . [17]

Анализ бюджета

Диаграмма Сэнки, иллюстрирующая сбалансированный пример энергетического бюджета Земли. Толщина линии линейно пропорциональна относительному количеству энергии. [18]

Проще говоря, энергетический баланс Земли сбалансирован, когда входящий поток равен исходящему потоку. Поскольку часть поступающей энергии напрямую отражается, баланс также можно определить как поглощенную пришедшую солнечную (коротковолновую) радиацию, равную исходящей длинноволновой радиации:

Анализ внутреннего потока

Чтобы описать некоторые внутренние потоки в рамках бюджета, предположим, что инсоляция, получаемая в верхних слоях атмосферы, равна 100 единицам (= 340 Вт/м 2 ), как показано на прилагаемой диаграмме Сэнки. Около 35 единиц в этом примере, называемое альбедо Земли, напрямую отражаются обратно в космос: 27 от вершин облаков, 2 от областей, покрытых снегом и льдом, и 6 от других частей атмосферы. Остальные 65 единиц (ASR=220 Вт/м 2 ) поглощаются: 14 в атмосфере и 51 на поверхности Земли.

51 единица, достигающая и поглощаемая поверхностью, излучается обратно в космос через различные формы земной энергии: 17 непосредственно излучаются в космос и 34 поглощаются атмосферой (19 через скрытую теплоту испарения , 9 через конвекцию и турбулентность и 6 как поглощенные). инфракрасное излучение парниковых газов ). 48 единиц, поглощенных атмосферой (34 единицы от земной энергии и 14 от инсоляции), затем, наконец, излучаются обратно в космос. В этом упрощенном примере игнорируются некоторые детали механизмов, которые рециркулируют, сохраняют и, таким образом, приводят к дальнейшему накоплению тепла у поверхности.

В конечном итоге 65 единиц (17 с земли и 48 из атмосферы) выбрасываются в виде OLR. Они приблизительно уравновешивают 65 единиц (ASR), поглощаемых от Солнца, чтобы поддерживать чистый нулевой прирост энергии Землей. [18]

Резервуары для хранения тепла

Растущее накопление энергии в океанических, наземных, ледовых и атмосферных компонентах климатической системы Земли с 1960 года. [5]

Земля, лед и океаны являются активными материальными составляющими климатической системы Земли наряду с атмосферой. Они имеют гораздо большую массу и теплоемкость и, следовательно, гораздо большую тепловую инерцию . Когда излучение напрямую поглощается или изменяется температура поверхности, тепловая энергия будет течь в виде явного тепла либо в основную массу этих компонентов, либо из нее посредством процессов теплопередачи кондукции/конвекции . Преобразование воды между ее состояниями твердое/жидкое/пар также действует как источник или сток потенциальной энергии в форме скрытой теплоты . Эти процессы защищают приземные условия от некоторых быстрых радиационных изменений в атмосфере. В результате разница в дневных и ночных температурах поверхности относительно невелика. Аналогично, климатическая система Земли в целом медленно реагирует на изменения в радиационном балансе атмосферы. [19]

Верхние несколько метров океанов Земли содержат больше тепловой энергии, чем вся ее атмосфера. [20] Как и атмосферные газы, жидкие воды океана переносят огромное количество такой энергии по поверхности планеты. Ощутимое тепло также перемещается на большую глубину и обратно в условиях, благоприятствующих нисходящему или апвеллингу . [21] [22]

Более 90 процентов дополнительной энергии, накопленной на Земле в результате продолжающегося глобального потепления с 1970 года, хранится в океане . [20] Около одной трети распространилось на глубину ниже 700 метров. Общие темпы роста также возросли за последние десятилетия, достигнув почти 500 ТВт (1 Вт/м 2 ) по состоянию на 2020 год. [23] [5] Это привело к приросту тепла примерно в 14  зеттаджоулей  (ЗДж) за год, превышает 570  эксаджоулей (= 160 000 ТВт-ч [24] ) общей первичной энергии , потребляемой людьми, по крайней мере в 20 раз. [15]

Анализ скорости нагрева/охлаждения

Вообще говоря, изменения в балансе энергетических потоков Земли можно рассматривать как результат внешних воздействий (как природных, так и антропогенных, радиационных и нерадиационных), системных обратных связей и внутренней изменчивости системы . [25] Такие изменения в первую очередь выражаются в наблюдаемых изменениях температуры (T), облаков (C), водяного пара (W), аэрозолей (A), следов парниковых газов (G), отражательной способности поверхности суши/океана/льда (S). , а также незначительные изменения инсоляции (I) среди других возможных факторов. Затем скорость нагрева/охлаждения Земли можно проанализировать за выбранные периоды времени (Δt) как чистое изменение энергии (ΔE), связанное с этими атрибутами:

Здесь член ΔET , соответствующий отклику Планка , имеет отрицательное значение при повышении температуры из-за его сильного прямого влияния на OLR. [26] [23]

Недавнее увеличение содержания следовых парниковых газов приводит к усилению парникового эффекта и, следовательно, к положительному фактору воздействия ΔE G. Напротив, крупные извержения вулканов (например, гора Пинатубо, 1991 г. , Эль-Чичон , 1982 г.) могут привести к выбросу серосодержащих соединений в верхние слои атмосферы. Высокие концентрации стратосферных аэрозолей серы могут сохраняться до нескольких лет, что приводит к отрицательному вкладу воздействия на ΔE A . [27] [28] Различные другие типы антропогенных аэрозольных выбросов вносят как положительный, так и отрицательный вклад в ΔE A . Солнечные циклы производят ΔE I меньше по величине, чем недавние тенденции ΔE G в результате человеческой деятельности. [29] [30]

Климатические воздействия сложны, поскольку они могут вызывать прямую и косвенную обратную связь , которая усиливает ( положительная обратная связь ) или ослабляет ( отрицательная обратная связь ) первоначальное воздействие. Они часто следуют за температурной реакцией. Тренды водяного пара представляют собой положительную обратную связь по отношению к изменениям температуры из-за сдвигов испарения и соотношения Клаузиуса-Клапейрона . Увеличение количества водяного пара приводит к положительному значению ΔE W из-за дальнейшего усиления парникового эффекта. Более медленная положительная обратная связь — это обратная связь ледяного альбедо . Например, потеря арктического льда из-за повышения температуры делает регион менее отражающим, что приводит к большему поглощению энергии и еще более высокой скорости таяния льда, что положительно влияет на ΔES . [31] В совокупности обратные связи имеют тенденцию усиливать глобальное потепление или похолодание. [32] : 94 

Облака ответственны за около половины альбедо Земли и являются ярким выражением внутренней изменчивости климатической системы. [33] [34] Они также могут действовать как обратная связь с воздействиями и сами могут быть воздействиями, если, например, являются результатом деятельности по засеву облаков . Вклад в ΔE C варьируется в зависимости от региона и типа облаков. Измерения со спутников собираются вместе с моделированием на моделях, чтобы улучшить понимание и уменьшить неопределенность. [35]

Энергетический дисбаланс Земли (EEI)

Энергетический баланс Земли (в Вт/м 2 ) определяет климат. Это баланс входящей и исходящей радиации , который можно измерить с помощью спутников. Энергетический дисбаланс Земли представляет собой «чистое поглощенное» количество энергии, которое выросло с +0,6 Вт/м 2 (оценка 2009 г. [8] ) до выше +1,0 Вт/м 2 в 2019 году. [23]

Энергетический дисбаланс Земли (EEI) определяется как «постоянный и положительный (нисходящий) чистый максимум потока энергии атмосферы, связанный с воздействием парниковых газов на климатическую систему». [2] : 2227 

Если входящий поток энергии Земли (ASR) больше или меньше исходящего потока энергии (OLR), то планета будет получать (теплую) или терять (охлаждать) чистую тепловую энергию в соответствии с законом сохранения энергии :

.

Положительный EEI, таким образом, определяет общую скорость нагрева планеты и обычно выражается в ваттах на квадратный метр (Вт/м 2 ). В период с 2005 по 2019 год энергетический дисбаланс Земли в среднем составлял около 460 ТВт или в глобальном масштабе 0,90 ± 0,15 Вт на м 2 . [1]

Когда энергетический дисбаланс Земли (EEI) смещается на достаточно большую величину, этот сдвиг можно измерить с помощью приборов, находящихся на орбите спутников. [28] [36] Дисбалансы, которые не удастся устранить с течением времени, также будут вызывать долгосрочные изменения температуры в атмосферных, океанических, наземных и ледяных компонентах климатической системы. [37] Таким образом, температура, уровень моря, масса льда и связанные с ними сдвиги также служат мерами EEI. [5]

Самые большие изменения в EEI возникают из-за изменений в составе атмосферы в результате деятельности человека, что нарушает естественный поток энергии через климатическую систему. [1]  Основные изменения связаны с увеличением выбросов углекислого газа и других парниковых газов, которые вызывают нагревание (положительный EEI), а также загрязнение окружающей среды. Последнее относится к атмосферным аэрозолям различных видов, некоторые из которых поглощают энергию, а другие отражают энергию и производят охлаждение (или более низкий EEI).  

(Пока) невозможно измерить абсолютную величину EEI непосредственно в верхних слоях атмосферы, хотя изменения во времени , наблюдаемые с помощью спутниковых инструментов, считаются точными. Единственный практический способ оценить абсолютную величину EEI – это провести инвентаризацию энергетических изменений в климатической системе. Самым большим из этих энергетических резервуаров является океан. [1]

Оценка запасов энергии

Планетарное содержание тепла, присутствующее в климатической системе, можно определить, учитывая теплоемкость, плотность и распределение температуры каждого из ее компонентов. Большинство регионов в настоящее время достаточно хорошо подвергаются отбору проб и мониторингу, за наиболее значительным исключением являются глубокие глубины океана. [38]

Схематическое изображение запасов избыточного тепла и энергетического дисбаланса Земли за два последних периода времени. [5]

Оценки абсолютной величины EEI также были рассчитаны с использованием измеренных изменений температуры в течение последних нескольких десятилетий. За период с 2006 по 2020 год EEI составил около+0,76 ± 0,2 Вт/м 2 и продемонстрировали значительное увеличение выше среднего значения+0,48 ± 0,1 Вт/м 2 за период 1971–2020 гг. [5]

EEI был положительным, поскольку за более чем 50 лет температура повысилась почти повсеместно. Глобальная температура поверхности (GST) рассчитывается путем усреднения температур, измеренных на поверхности моря, и температур воздуха, измеренных над сушей. Надежные данные, относящиеся как минимум к 1880 году, показывают, что GST постоянно увеличивался примерно на 0,18 ° C за десятилетие примерно с 1970 года. [39]

Океанские воды являются особенно эффективными поглотителями солнечной энергии и обладают гораздо большей общей теплоемкостью, чем атмосфера. [40] Исследовательские суда и станции измеряли температуру моря на глубине и по всему миру еще до 1960 года. Кроме того, после 2000 года расширяющаяся сеть из почти 4000 роботизированных поплавков Арго измеряла температурные аномалии или, что то же самое, изменение теплосодержания океана. (ΔOHC). По крайней мере, с 1990 года уровень OHC увеличивался устойчивыми или ускоряющимися темпами. ΔOHC представляет собой наибольшую часть EEI, поскольку океаны до сих пор поглощали более 90% чистой избыточной энергии, поступающей в систему с течением времени (Δt): [41] [42]

.

Внешняя кора Земли и толстые покрытые льдом регионы поглотили относительно небольшую часть избыточной энергии. Это связано с тем, что избыточное тепло на их поверхности течет внутрь только за счет теплопроводности и, таким образом, проникает лишь на несколько десятков сантиметров в суточном цикле и только на несколько десятков метров в годовом цикле. [43] Большая часть поглощения тепла идет либо на таяние льда и вечной мерзлоты, либо на испарение большего количества воды из почв.

Измерения в верхней части атмосферы (TOA)

Несколько спутников измеряют энергию, поглощаемую и излучаемую Землей, и, таким образом, определяют энергетический дисбаланс. Они расположены в верхней части атмосферы (TOA) и предоставляют данные, охватывающие весь земной шар. В проекте НАСА « Эксперимент по бюджету радиации Земли» (ERBE) участвовали три таких спутника: спутник «Бюджет радиации Земли» (ERBS), запущенный в октябре 1984 года; NOAA-9, запущен в декабре 1984 г.; и NOAA-10, запущенный в сентябре 1986 г. [44]

Рост энергетического дисбаланса Земли по данным спутниковых и натурных измерений (2005–2019 гг.). Сумма +1,0 Вт/м 2 по поверхности планеты соответствует непрерывному поглощению тепла около 500  тераватт (~0,3% падающего солнечного излучения). [23] [45]

Приборы НАСА « Облака и система лучистой энергии Земли» (CERES) являются частью его Системы наблюдения за Землей (EOS) с марта 2000 года. CERES предназначен для измерения как отраженного от Солнца (коротковолнового), так и излучаемого Землей (длинноволнового) излучения. [46] Данные CERES показали увеличение EEI от+0,42 ± 0,48 Вт/м 2 в 2005 г.+1,12 ± 0,48 Вт/м 2 в 2019 году. Факторами, способствующими этому, были увеличение количества водяного пара, уменьшение количества облаков, увеличение выбросов парниковых газов и сокращение количества льда, что было частично компенсировано повышением температуры. [23] [45] Последующее исследование поведения с использованием климатической модели GFDL CM4/AM4 пришло к выводу, что вероятность того, что внутренняя изменчивость климата вызвала эту тенденцию, составляет менее 1%. [47]

Другие исследователи использовали данные CERES, AIRS , CloudSat и других инструментов EOS для поиска тенденций радиационного воздействия , заложенных в данных EEI. Их анализ показал резкий рост+0,53 ± 0,11 Вт/м 2 с 2003 по 2018 годы. Около 80% увеличения было связано с ростом концентрации парниковых газов, что привело к уменьшению исходящей длинноволновой радиации. [48] ​​[49] [50]

Дальнейшие спутниковые измерения, включая данные TRMM и CALIPSO , показали дополнительные осадки, которые поддерживаются за счет увеличения энергии, покидающей поверхность в результате испарения (поток скрытого тепла), компенсируя некоторую часть увеличения потока длинноволновых парниковых газов на поверхность. [51]

Примечательно, что неопределенности радиометрической калибровки ограничивают возможности нынешнего поколения спутниковых приборов, которые в остальном стабильны и точны . В результате относительные изменения EEI поддаются количественной оценке с точностью , которая недостижима ни для одного измерения абсолютного дисбаланса. [52] [53]

Геодезические и гидрографические изыскания

Оценки нагрева Земли на основе комбинации космической альтиметрии и космической гравиметрии . [54]

Наблюдения, начиная с 1994 года, показывают, что лед отступает со всех частей Земли с возрастающей скоростью. [55] Средний глобальный уровень моря также повысился в результате таяния льда в сочетании с общим повышением температуры океана. [56] Эти сдвиги внесли заметные изменения в геометрическую форму и гравитацию планеты.

Изменения в массовом распределении воды в гидросфере и криосфере были получены с помощью гравиметрических наблюдений с помощью спутниковых инструментов GRACE . Эти данные были сопоставлены с топографией поверхности океана и дальнейшими гидрографическими наблюдениями с использованием вычислительных моделей, учитывающих тепловое расширение, изменения солености и другие факторы. Полученные таким образом оценки ΔOHC и EEI согласуются с другими (в основном) независимыми оценками в пределах неопределенностей. [54] [57]

Важность как показатель изменения климата

Ученые-климатологи Кевин Тренберт , Джеймс Хансен и их коллеги определили мониторинг энергетического дисбаланса Земли как важный показатель, который поможет политикам определять темпы мер по смягчению последствий и адаптации . Из-за инерции климатической системы долгосрочные тенденции EEI (энергетического дисбаланса Земли) могут прогнозировать дальнейшие изменения, которые «находятся в стадии разработки». [37] [58] [59]

Ученые обнаружили, что EEI является наиболее важным показателем, связанным с изменением климата. Это конечный результат всех процессов и обратных связей, происходящих в климатической системе. [1] Знание того, насколько дополнительная энергия влияет на погодные системы и количество осадков, жизненно важно для понимания увеличения числа экстремальных погодных явлений. [1]

В 2012 году ученые НАСА сообщили, что для того, чтобы остановить глобальное потепление, концентрацию CO 2 в атмосфере необходимо снизить до 350 частей на миллион или меньше, при условии, что все остальные климатические воздействия будут фиксированными. [60] По состоянию на 2020 год содержание CO 2 в атмосфере достигло 415 частей на миллион, а концентрация всех долгоживущих парниковых газов превысила концентрацию CO 2 -эквивалента 500 частей на миллион из-за продолжающегося роста выбросов человека. [61]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ abcdefghi Тренберт, Кевин Э; Ченг, Лицзин (1 сентября 2022 г.). «Взгляд на изменение климата с точки зрения энергетического дисбаланса Земли». Экологические исследования: Климат . 1 (1): 013001. doi : 10.1088/2752-5295/ac6f74 . ISSN  2752-5295. Текст был скопирован из этого источника, который доступен по международной лицензии Creative Commons Attribution 4.0.
  2. ^ abcde IPCC, 2021: Приложение VII: Глоссарий [Мэттьюз, Дж. Б. Р., В. Мёллер, Р. ван Димен, Дж. С. Фуглеведт, В. Массон-Дельмотт, К. Мендес, С. Семенов, А. Райзингер (ред.)]. Изменение климата в 2021 году: физические научные основы. Вклад Рабочей группы I в шестой оценочный доклад Межправительственной группы экспертов по изменению климата [Массон-Дельмотт, В., П. Чжай, А. Пирани, С.Л. Коннорс, К. Пеан, С. Бергер, Н. Код, Ю. Чен, Л. Гольдфарб, М. И. Гомис, М. Хуанг, К. Лейтцелл, Э. Лонной, Дж. Б. Р. Мэтьюз, Т. К. Мэйкок, Т. Уотерфилд, О. Елекчи, Р. Ю и Б. Чжоу (ред.)]. Издательство Кембриджского университета, Кембридж, Великобритания и Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США, стр. 2215–2256, doi: 10.1017/9781009157896.022.
  3. ^ «Климат и энергетический бюджет Земли». Earthobservatory.nasa.gov . 14 января 2009 года . Проверено 5 августа 2019 г.
  4. ^ Тренберт, Кевин Э.; Фасулло, Джон Т.; фон Шукманн, Карина; Ченг, ЛиЦзин (2016). «Понимание энергетического дисбаланса Земли из нескольких источников». Журнал климата . 29 (20): 7495–7505. Бибкод : 2016JCli...29.7495T. doi : 10.1175/JCLI-D-16-0339.1. ОСТИ  1537015. S2CID  51994089.
  5. ^ abcdef фон Шукманн, Карина; Миньер, Одри; Гас, Флора; Куэста-Валеро, Франсиско Хосе; Кирхенгаст, Готфрид; Адусумилли, Сушил; Странео, Фламметта; и другие. (17 апреля 2023 г.). «Тепло, накопленное в системе Земля 1960-2020 годы: куда уходит энергия?». Данные науки о системе Земли . 15 (4): 1675–1709 гг.Материал был скопирован из этого источника, который доступен по международной лицензии Creative Commons Attribution 4.0. doi : 10.5194/essd-15-1675-2023 .
  6. ^ Аллен, М.Р., О.П. Дубе, В. Солецки, Ф. Арагон-Дюран, В. Крамер, С. Хамфрис, М. Кайнума, Дж. Кала, Н. Маховальд, Ю. Мулугетта, Р. Перес, М. Вайриу, и К. Зикфельд, 2018: Глава 1: Фрейминг и контекст. В: Глобальное потепление на 1,5°C. Специальный доклад МГЭИК о последствиях глобального потепления на 1,5°C выше доиндустриального уровня и связанных с этим глобальных траекториях выбросов парниковых газов в контексте усиления глобального реагирования на угрозу изменения климата, устойчивого развития и усилий по искоренению бедности [Массон-Дельмотт, В., П. Чжай, Х.-О. Пертнер, Д. Робертс, Дж. Ски, П.Р. Шукла, А. Пирани, В. Муфума-Окиа, К. Пеан, Р. Пидкок, С. Коннорс, Дж. Б. Р. Мэтьюз, Ю. Чен, К. Чжоу, М. И. Гомис, Э. Лонной, Т. Мэйкок, М. Тиньор и Т. Уотерфилд (ред.)]. Издательство Кембриджского университета, Кембридж, Великобритания и Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США, стр. 49–92. https://doi.org/10.1017/9781009157940.003.
  7. ^ Превиди, М; и другие. (2013). «Чувствительность климата в антропоцене». Ежеквартальный журнал Королевского метеорологического общества . 139 (674): 1121–1131. Бибкод : 2013QJRMS.139.1121P. CiteSeerX 10.1.1.434.854 . дои : 10.1002/qj.2165. S2CID  17224800. 
  8. ^ abcde «Плакат НАСА с энергетическим бюджетом Земли». НАСА. Архивировано из оригинала 21 апреля 2014 года . Проверено 20 апреля 2014 г.
  9. ^ Уайлд, Мартин; Фолини, Дорис; Шер, Кристоф; Леб, Норман; Даттон, Эллсуорт Г.; Кениг-Лангло, Герт (2013). «Глобальный энергетический баланс с поверхностной точки зрения» (PDF) . Климатическая динамика . 40 (11–12): 3107–3134. Бибкод : 2013ClDy...40.3107W. дои : 10.1007/s00382-012-1569-8. hdl : 20.500.11850/58556 . ISSN  0930-7575. S2CID  129294935.
  10. ^ «Набор инструментов ACS по науке о климате - Потепление атмосферы - однослойная модель атмосферы» . Американское химическое общество. Архивировано из оригинала 25 мая 2023 года . Проверено 30 сентября 2022 г.
  11. ^ «Набор инструментов ACS по климатологии - Радиационное воздействие - Как работает потепление атмосферы» . Американское химическое общество . Проверено 30 сентября 2022 г.
  12. ^ Дэвис, Дж. Х.; Дэвис, Д.Р. (22 февраля 2010 г.). «Тепловой поток поверхности Земли». Твердая Земля . 1 (1): 5–24. Бибкод : 2010SolE....1....5D. doi : 10.5194/se-1-5-2010 . ISSN  1869-9529.Дэвис, Дж. Х., и Дэвис, Д. Р. (2010). Тепловой поток у поверхности Земли. Твердая Земля, 1 (1), 5–24.
  13. ^ Арчер, Дэвид (2012). Глобальное потепление: понимание прогноза, 2-е издание (2-е изд.). Джон Уайли и сыновья. ISBN 978-0-470-94341-0.
  14. ^ Ханна Ричи ; Макс Розер (2020). «Глобальное прямое потребление первичной энергии». Наш мир в данных . Опубликовано на сайте OurWorldInData.org . Проверено 9 февраля 2020 г.
  15. ↑ ab Челси Харви (12 января 2022 г.). «Океаны бьют рекорды жары третий год подряд». Научный американец .
  16. ^ «Поток энергии Земли - Энергетическое образование» . Energyeducation.ca . Проверено 5 августа 2019 г.
  17. ^ Флеминг, Джеймс Р. (1999). «Жозеф Фурье, «парниковый эффект» и поиск универсальной теории земных температур». Стараться . 23 (2): 72–75. дои : 10.1016/S0160-9327(99)01210-7.
  18. ^ Аб Шарма, PD (2008). Экологическая биология и токсикология (2-е изд.). Публикации Растоги. стр. 14–15. ISBN 9788171337422.
  19. ^ Мишон Скотт (24 апреля 2006 г.). «Большое тепловое ведро Земли». Земная обсерватория НАСА.
  20. ^ ab «Жизненно важные признаки растения: содержание тепла в океане». НАСА . Проверено 15 ноября 2021 г.
  21. ^ «Взаимодействие воздуха и моря: Руководство для учителя» . Американское метеорологическое общество . 2012 . Проверено 15 ноября 2021 г.
  22. ^ «Движение океана: Определение: ветровые поверхностные течения - апвеллинг и даунвеллинг» . Проверено 15 ноября 2021 г.
  23. ^ abcde Loeb, Норман Г.; Джонсон, Грегори К.; Торсен, Тайлер Дж.; Лайман, Джон М.; и другие. (15 июня 2021 г.). «Спутниковые и океанические данные свидетельствуют о заметном увеличении скорости нагрева Земли». Письма о геофизических исследованиях . 48 (13). Бибкод : 2021GeoRL..4893047L. дои : 10.1029/2021GL093047 .
  24. ^ Ханна Ричи ; Макс Розер (2020). «Глобальное прямое потребление первичной энергии». Наш мир в данных . Опубликовано на сайте OurWorldInData.org . Проверено 9 февраля 2020 г.
  25. ^ Национальный исследовательский совет (2005). Радиационное воздействие на изменение климата: расширение концепции и устранение неопределенностей . Национальная академическая пресса. дои : 10.17226/11175. ISBN 978-0-309-09506-8.
  26. ^ Торсен, Тайлер Дж.; Като, Сейджи; Леб, Норман Г.; Роуз, Фред Г. (15 декабря 2018 г.). «Разложение радиационных возмущений и радиационных ядер на основе наблюдений». Журнал климата . 31 (24): 10039–10058. Бибкод : 2018JCli...3110039T. дои : 10.1175/JCLI-D-18-0045.1 . ISSN  0894-8755. ПМЦ 8793621 . ПМИД  35095187. 
  27. ↑ Робок, Алан (1 мая 2000 г.). «Извержения вулканов и климат». Обзоры геофизики . 38 (2): 191–219. Бибкод : 2000RvGeo..38..191R. дои : 10.1029/1998RG000054 . S2CID  1299888.
  28. ^ аб Аллан, Ричард П.; Лю, Чуньлэй; Леб, Норман Г.; Палмер, Мэтью Д.; и другие. (18 июля 2014 г.). «Изменения в глобальном чистом радиационном дисбалансе 1985–2012 гг.». Письма о геофизических исследованиях . 41 (15): 5588–5597. Бибкод : 2014GeoRL..41.5588A. дои : 10.1002/2014GL060962 . ПМЦ 4373161 . ПМИД  25821270. 
  29. ^ Гарет С. Джонс, Майк Локвуд, Питер А. Стотт (16 марта 2012 г.). «Какое влияние окажут будущие изменения солнечной активности в 21 веке на прогнозируемые глобальные изменения приземной температуры?». Журнал геофизических исследований: Атмосфера . 117 (D5): н/д. Бибкод : 2012JGRD..117.5103J. дои : 10.1029/2011JD017013 .{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  30. ^ «Какова роль Солнца в изменении климата?». НАСА. 6 сентября 2019 г.
  31. ↑ Линдси, Ребекка (14 января 2009 г.). «Климат и энергетический бюджет Земли (Часть 7 – Воздействие климата и глобальное потепление)». Earthobservatory.nasa.gov . Земная обсерватория, часть научного офиса проекта EOS, расположенная в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА . Проверено 5 августа 2019 г.
  32. ^ Ариас, Пенсильвания, Н. Беллуэн, Э. Коппола, Р.Г. Джонс, Г. Криннер, Дж. Мароцке, В. Найк, М.Д. Палмер, Г.-К. Платтнер, Дж. Рогель, М. Рохас, Дж. Силманн, Т. Сторелвмо, П. В. Торн, Б. Тревин, К. Ачута Рао, Б. Адикари, Р. П. Аллан, К. Армор, Г. Бала, Р. Барималала, С. Бергер, Дж. Канаделл, К. Кассу, А. Черчи, У. Коллинз, У. Д. Коллинз, С. Л. Коннорс, С. Корти, Ф. Круз, Ф. Дж. Дентенер, К. Деречински, А. Ди Лука, А. Дионг Нианг, Ф. Дж. Доблас-Рейес, А. Дозио, Х. Дувилль, Ф. Энгельбрехт, В. Айринг, Э. Фишер, П. Форстер, Б. Фокс-Кемпер, Дж. С. Фуглеведт, Дж. К. Файф и др. 2021: Техническое резюме. Изменение климата в 2021 году: физические научные основы. Вклад Рабочей группы I в шестой оценочный доклад Межправительственной группы экспертов по изменению климата [Массон-Дельмотт, В., П. Чжай, А. Пирани, С.Л. Коннорс, К. Пеан, С. Бергер, Н. Код, Ю. Чен, Л. Гольдфарб, М. И. Гомис, М. Хуанг, К. Лейтцелл, Э. Лонной, Дж. Б. Р. Мэтьюз, Т. К. Мэйкок, Т. Уотерфилд, О. Елекчи, Р. Ю и Б. Чжоу (ред.)]. Издательство Кембриджского университета, Кембридж, Великобритания и Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США, стр. 33–144. дои: 10.1017/9781009157896.002.
  33. ^ Стивенс, Грэм Л.; О'Брайен, Денис; Вебстер, Питер Дж.; Пилевский, Питер; Като, Сейджи; Ли, Цзюй-линь (25 января 2015 г.). «Альбедо Земли». Обзоры геофизики . 53 (1): 141–163. Бибкод : 2015RvGeo..53..141S. дои : 10.1002/2014RG000449. S2CID  12536954. Архивировано из оригинала 24 мая 2021 года . Проверено 24 мая 2021 г.
  34. ^ Дацерис, Джордж; Стивенс, Бьорн (11 августа 2021 г.). «Альбедо Земли и ее симметрия». АГУ Прогресс . 2 (3): 1–13. Бибкод : 2021AGUA....200440D. дои : 10.1029/2021AV000440. S2CID  238722349 . Проверено 7 декабря 2021 г.
  35. ^ «Облака и глобальное потепление». Земная обсерватория НАСА. 10 июня 2010 г.
  36. ^ Мерфи, DM; Соломон, С.; Портманн, RW; Розенлоф, К.Х.; и другие. (9 сентября 2009 г.). «Энергетический баланс Земли, основанный на наблюдениях с 1950 года». Журнал геофизических исследований: Атмосфера . 114 (Д17). Бибкод : 2009JGRD..11417107M. дои : 10.1029/2009JD012105 .
  37. ^ аб Тренберт, Кевин Э. (1 октября 2009 г.). «Необходимость планирования изменения климата: отслеживание глобальной энергии Земли» (PDF) . Текущее мнение об экологической устойчивости . 1 (1): 19–27. Бибкод : 2009COES....1...19T. doi :10.1016/j.cosust.2009.06.001.
  38. ^ "Миссия на Глубине Арго". Океанографический институт Скриппса, Калифорнийский университет в Сан-Диего . Проверено 26 ноября 2023 г.
  39. ^ «Глобальное изменение среднегодовой температуры приземного воздуха». НАСА . Проверено 23 февраля 2020 г.
  40. ↑ Луэнн Дальман и Ребекка Линдси (17 августа 2020 г.). «Изменение климата: содержание тепла в океане». НОАА.
  41. ^ Ченг, Лицзин; Фостер, Грант; Хаусфатер, Зик; Тренберт, Кевин Э.; Авраам, Джон (2022). «Улучшенная количественная оценка скорости потепления океана». Журнал климата . 35 (14): 4827–4840. Бибкод : 2022JCli...35.4827C. дои : 10.1175/JCLI-D-21-0895.1 .
  42. ^ Авраам, JP; Бэрингер, М.; Биндофф, Нидерланды; Бойер, Т.; и другие. (2013). «Обзор глобальных наблюдений за температурой океана: последствия для оценок теплосодержания океана и изменения климата». Обзоры геофизики . 51 (3): 450–483. Бибкод : 2013RvGeo..51..450A. CiteSeerX 10.1.1.594.3698 . дои : 10.1002/rog.20022. hdl : 11336/25416. S2CID  53350907. 
  43. ^ Лоури, В. (2007). Основы геофизики . Кембридж: CUP, 2-е изд.
  44. ^ «GISS ICP: Влияние солнечной энергии на океан и атмосферу». icp.giss.nasa.gov . Архивировано из оригинала 7 июля 2019 года . Проверено 5 августа 2019 г.
  45. ^ аб Джозеф Аткинсон (22 июня 2021 г.). «Земля имеет значение: радиационный баланс Земли разбалансирован». Земная обсерватория НАСА.
  46. ^ Велицкий, Брюс А.; Харрисон, Эдвин Ф.; Сесс, Роберт Д.; Кинг, Майкл Д.; Рэндалл, Дэвид А.; и другие. (1995). «Миссия на планету Земля: роль облаков и радиации в климате». Бюллетень Американского метеорологического общества . 76 (11): 2125–2153. Бибкод : 1995BAMS...76.2125W. doi : 10.1175/1520-0477(1995)076<2125:mtpero>2.0.co;2 . ISSN  0003-0007.
  47. ^ Рагураман, СП; Пейнтер, Д.; Рамасвами, В. (28 июля 2021 г.). «Антропогенное воздействие и ответная реакция наблюдают положительную тенденцию в энергетическом дисбалансе Земли». Природные коммуникации . 12 (4577): 4577. Бибкод : 2021NatCo..12.4577R. дои : 10.1038/s41467-021-24544-4. ПМЦ 8319337 . ПМИД  34321469. 
  48. ^ Крамер, Райан Дж.; Он, Хаоже; Соден, Брайан Дж.; Ореопулос, Лазарос; и другие. (25 марта 2021 г.). «Наблюдательные данные увеличения глобального радиационного воздействия». Письма о геофизических исследованиях . 48 (7). Бибкод : 2021GeoRL..4891585K. дои : 10.1029/2020GL091585. S2CID  233684244.
  49. ↑ Сара Хансен (12 апреля 2021 г.). «Райан Крамер из UMBC впервые прямыми доказательствами подтверждает изменение климата, вызванное деятельностью человека». Университет Мэриленда, округ Балтимор.
  50. ^ «Прямые наблюдения подтверждают, что люди выводят из баланса энергетический бюджет Земли» . физ.орг . 26 марта 2021 г.
  51. ^ Стивенс, Грэм Л.; Ли, Джулин; Уайлд, Мартин; Клейсон, Кэрол Энн; и другие. (2012). «Обновленная информация об энергетическом балансе Земли в свете последних глобальных наблюдений». Природа Геонауки . 5 (10): 691–696. Бибкод : 2012NatGe...5..691S. дои : 10.1038/ngeo1580. ISSN  1752-0894.
  52. ^ Леб, Норман Г.; Лайман, Джон М.; Джонсон, Грегори К.; Аллан, Ричард П.; и другие. (22 января 2012 г.). «Наблюдаемые изменения в радиации верхних слоев атмосферы и нагревании верхних слоев океана согласуются с неопределенностью». Природа Геонауки . 5 (2): 110–113. Бибкод : 2012NatGe...5..110L. дои : 10.1038/ngeo1375.
  53. ^ Леб, Норман Г.; Доеллинг, Дэвид Р.; Хайлан, Ван; Су, Вэньлин; и другие. (15 января 2018 г.). «Облака и система лучистой энергии Земли (CERES). Энергетический сбалансированный и заполненный (EBAF) продукт для верхних слоев атмосферы (TOA) Edition-4.0». Журнал климата . 31 (2): 895–918. Бибкод : 2018JCli...31..895L. дои : 10.1175/JCLI-D-17-0208.1 .
  54. ^ аб Марти, Флоренция; Блазкес, Алехандро; Мейсиньяк, Бенуа; Аблен, Михаэль; Барну, Энн; и другие. (2021). «Мониторинг изменения теплосодержания океана и энергетического дисбаланса Земли по данным космической альтиметрии и космической гравиметрии». Данные науки о системе Земли . дои : 10.5194/essd-2021-220 .
  55. ^ Слейтер, Томас; Лоуренс, Изобель Р.; Отосака, Инес Н.; Шеперд, Эндрю; и другие. (25 января 2021 г.). «Обзорная статья: Дисбаланс льда на Земле». Криосфера . 15 (1): 233–246. Бибкод : 2021TCry...15..233S. дои : 10.5194/tc-15-233-2021 . ISSN  1994-0416. S2CID  234098716.
  56. ^ Группа по глобальному бюджету ВПИК по уровню моря (2018). «Глобальный бюджет уровня моря с 1993 г. по настоящее время». Данные науки о системе Земли . 10 (3): 1551–1590. Бибкод : 2018ESSD...10.1551W. дои : 10.5194/essd-10-1551-2018 .
  57. ^ Хакуба, МЗ; Фредерикс, Т.; Ландерер, ФРВ (28 августа 2021 г.). «Энергетический дисбаланс Земли с точки зрения океана (2005–2019)». Письма о геофизических исследованиях . 48 (16). дои : 10.1029/2021GL093624 .
  58. ^ фон Шукман, К .; Палмер, доктор медицины; Тренберт, Кентукки; Казенав, А.; и другие. (27 января 2016 г.). «Необходимо следить за энергетическим дисбалансом Земли». Природа Изменение климата . 6 (2): 138–144. Бибкод : 2016NatCC...6..138В. дои : 10.1038/NCLIMATE2876 .
  59. ^ Хансен, Дж.; Сато, М.; Хареча, П.; фон Шукманн, К. (22 декабря 2011 г.). «Энергетический дисбаланс Земли и последствия». Химия и физика атмосферы . 11 (24): 13421–13449. arXiv : 1105.1140 . Бибкод : 2011ACP....1113421H. дои : 10.5194/acp-11-13421-2011 . S2CID  16937940.
  60. ^ Хансен, Джеймс; Сато, Макико; Хареча, Пушкир; фон Шукманн, Карина (январь 2012 г.). «Энергетический дисбаланс Земли». НАСА. Архивировано из оригинала 4 февраля 2012 года.
  61. ^ «Ежегодный индекс парниковых газов NOAA (Введение)» . НОАА . Проверено 4 августа 2021 г.

Внешние ссылки

На Wikimedia Commons есть средства массовой информации, связанные с энергетическим бюджетом Земли .