Климат Земли определяется потоками энергии на планету и с нее, а также на поверхность Земли и с нее. Географическое распределение этих энергетических потоков на поверхности Земли имеет особое значение, поскольку оно способствует циркуляции воды в океане, способствует испарению воды с поверхности Земли и регулирует гидрологический цикл планеты. Изменения в поверхностном энергетическом балансе в конечном счете также влияют на то, как этот гидрологический цикл реагирует на небольшие энергетические дисбалансы, которые приводят к изменению климата.
Более века назад стало понятно основополагающее значение энергетического баланса Земли для климата. Хотя самые ранние изображения среднегодового глобального энергетического баланса Земли относятся к началу двадцатого века, наиболее значительный прогресс в нашем понимании этого энергетического баланса произошел после космической эры в 1960-х годах. Среди основных результатов, полученных на ранних спутниковых снимках Земли, можно отметить измерение альбедо Земли (отношение исходящего потока солнечной энергии к входящему потоку от Солнца) на уровне приблизительно 30%, что положило начало давней дискуссии о его величине - значения колебались от 89% до 29% до этих измерений.
Знак и величина чистого воздействия облаков на потоки в верхней части атмосферы (ВЧА) также были позднее установлены с помощью космических наблюдений с помощью сканирующего прибора в эксперименте по определению радиационного бюджета Земли (РБЗ), который позволил лучше разграничить чистое и облачное небо. РБЗ, а затем облака и система излучения Земли (СИЗ) и французский сканер радиационного бюджета подтвердили, что глобальный облачный альбедо-эффект был значительно больше парникового эффекта облаков. Хотя в то время это было значительным достижением, при определении влияния облаков на атмосферный и поверхностный потоки приходилось ждать результатов последних спутниковых измерений вертикальной структуры облаков, полученных с помощью спутника «A-train 10».
Глобальный среднегодовой энергетический баланс
Совокупная неопределенность чистого потока TOA, полученная из СИЗ, составляет ±4 Вт-2 (95% достоверности), в основном из-за ошибок калибровки прибора. Таким образом, сумма текущих спутниковых потоков не может определить чистый радиационный дисбаланс ВЧА с точностью, необходимой для отслеживания таких небольших дисбалансов, связанных с вынужденным изменением климата.
Несмотря на это ограничение, было показано, что изменения в чистом потоке СИЗ позволяют отслеживать изменения в данных OHC. Это позволяет предположить, что внутренняя точность СИЗ способна устранить небольшие дисбалансы в межгодовых временных шкалах, обеспечивая тем самым основу для ограничения баланса измеренных потоков излучения переменными во времени изменениями в OHC.
Среднегодовой избыток чистой радиации ВЧА, ограниченной ОГК, составляет 0,6±0,4 Вт-2 (90% достоверности) с 2005 г., когда стали известны данные Арго 14, до чего данные по ОГК стали гораздо более неопределенными. Неопределенность в отношении этого оценочного дисбаланса основана на сочетании данных о чистом потоке как ОГК Арго, так и СИЗ.
Спутниковые наблюдения в сочетании с другими данными в настоящее время убедительно подтверждают предыдущие основанные на наблюдениях оценки длинноволнового потока с поверхности вниз. Пересмотренные оценки этих потоков варьируются от 342 до 350 Вт-2 и на 10-17 Вт-2 больше, чем прошлые оценки, основанные главным образом на глобальных моделях. Недавние спутниковые наблюдения за глобальными осадками также показывают, что на Земле выпадает больше осадков, чем учитывалось ранее.
Таким образом, поток скрытого тепла, покидающий поверхность, которая поддерживает это увеличение осадков, также больше, чем предполагалось. Этот повышенный поток компенсирует большую часть измененного потока больших длинных волн на поверхность.
Поскольку предыдущие исследования энергобаланса, как правило, не учитывали неопределенностей в этих компонентах потока, последующие корректировки поверхностных потоков для достижения баланса не имеют большого смысла. Измерение гравитационных колебаний в результате экспедиции по гравитационному восстановлению и климатическому эксперименту также позволяет получить информацию о накоплении снега на обширных ледовых массах и альтернативный способ ограничения вклада снега в скрытый поток тепла, среди прочего.
Для получения более точного представления об энергетическом балансе Земли необходимо объединить все такие имеющиеся ресурсы, а также изыскать более совершенные способы усвоения этих данных и соответствующие ограничения. Для того чтобы прогресс продолжался, необходимо поддерживать основные наблюдения, такие как осадки, потоки радиации ВЧА, поверхностные ветры океана и облака. Но даже при наличии этих мер точность, необходимая для мониторинга изменений потоков, связанных с вынужденным изменением климата, остается серьезной проблемой.
