Энергетический дисбаланс Земли.
Погода и климат на планете Земля возникают главным образом в результате дифференцированного радиационного нагрева и обусловленного этим движения энергии динамичными компонентами климатической системы: атмосферой и океанами.
Обе эти жидкости могут перемещать тепло и влагу через адвективные процессы под воздействием атмосферных ветров и океанических течений, а также вихрей, крупномасштабных струй атмосферных потоков и конвекции.
Другие основные компоненты климатической системы включают морской лед, сушу и ее особенности (включая альбедо, растительность, другую биомассу и экосистемы), снежный покров, сухопутный лед (включая ледниковый покров Антарктиды и Гренландии и горные ледники), реки, озера, поверхностные и подземные воды.
- Около 30% поступающей солнечной радиации отражается и рассеивается из облаков и земной поверхности обратно в космос.
Оставшаяся поглощенная солнечная радиация в климатической системе трансформируется в различные формы (внутреннее тепло, потенциальная энергия, скрытая энергия, кинетическая энергия и химические формы), перемещается, накапливается и изолируется главным образом в океане, а также в атмосферу, землю и ледовые компоненты климатической системы. В конечном итоге он излучается обратно в космос в виде исходящего длинноволнового излучения.
В равновесном климате существует глобальный баланс 2 между ПЗО и ОЛР, который определяет радиационный бюджет Земли.
Возмущения этого бюджета в результате внутренних или внешних изменений климата создают ИЭЭ, проявляющиеся в дисбалансе радиационного потока в верхней части атмосферы. ИЭЭ формируется рядом климатических явлений, некоторые из которых происходят естественным путем, а другие - антропогенного происхождения.
Чувство относительной важности этих факторов для данного временного диапазона достигается путем оценки их "эффективного радиационного воздействия".
Явления, приводящие к изменениям в ERF, варьируются от региона к региону и с течением времени. Внутренняя изменчивость климата возникает ежедневно и из месяца в месяц, связанная с метеорологическими системами и такими явлениями, как Мадден-Юлианское колебание (МДО), вызывающее кратковременные изменения облачности.
В межгодовых временных масштабах Эль-Ниньо-Южное колебание играет существенную роль, поскольку энергия поглощается и накапливается в океане, а затем перемещается вокруг него и в конечном итоге выбрасывается в атмосферу, что приводит к значительным колебаниям ИООС.
Долгосрочная изменчивость, вызванная внутренними климатическими режимами, такими как Тихоокеанское десятилетие колебаний, может временно изменить ИЭО на несколько десятилетий, поскольку тепло поглощается океаном на различных глубинах и позднее выбрасывается в атмосферу.
Все эти внутренние естественные колебания могут скрыть любой сигнал изменения климата. Изменения солнечной активности в течение нескольких лет (например, 11-летний цикл солнечных пятен), крупные извержения вулканов, приводящие к образованию облаков мусора в атмосфере в течение года и более, и деятельность человека являются основными внешними воздействиями на ИЭО в десятилетний и более длительный периоды6.
В частности, антропогенное воздействие в настоящее время достаточно велико, чтобы нарушить работу ИЭО так, как это заметно в климатической системе. Во второй половине 20-го века антропогенные аэрозоли и изменения в землепользовании внесли отрицательный вклад. В декадных временных рамках все больше доминирует влияние углекислого газа и других парниковых газов, способствуя накоплению избыточного тепла, что приводит к глобальному потеплению.
Более 90% этой положительной ИЭО проявляется в увеличении содержания тепла в океане. Небольшие объемы (несколько %) уходят на таяние арктических морских льдов и сухопутного льда (ледники, Гренландия, Антарктида). Остальное уходит в потепление земли и атмосферы, при этом изменения в кинетических и химических формах энергии снова на несколько порядков уменьшаются.
Симптомы изменения климата происходят в результате корректировки навязанной ЕЭИ, поскольку система Земли пытается восстановить радиационное равновесие. Например, с увеличением количества парниковых газов, удерживающих тепло, OLR может первоначально уменьшиться, что приведет к положительному значению.
Затем, по мере повышения температуры тропосферы, OLR снова увеличивается в соответствии с законом Штефана-Больцмана, и положительная EEI уменьшается, пока не наступит новое равновесие. Однако в реальности возникает много дополнительных сложностей.
ИЭО представляет собой фундаментальную величину, определяющую темпы антропогенного глобального потепления. Отслеживание и понимание ИЭО и места секвестирования энергии, а также того, где и когда она может вновь появиться, необходимо для улучшения сезонно-декадных климатических прогнозов и прогнозов на вековые временные рамки, что позволит улучшить планирование и адаптацию к изменению климата.
