地球能量收支

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地球的氣候主要由地球能量收支决定。例如的进入和放出辐射量的平衡。辐射量由卫星测量,单位为 W/m2.[1]

地球能量收支全球能量收支预算(英語:Earth's energy budget)指的是入射大气系统的来自太阳能量减去散失到外层空间的能量后留在地球地球大氣層中的能量。[2]对于地球能量收支变化的的量化测量值准确地和全球变暖相联系。[3]

2012年1月26-27日大气顶入射太阳短波辐射,表示了从太阳得到的能量。
2012年1月26-27日大气顶地球的长波辐射,表示地球散发的能量。

由于赤道接收的来自太阳的能量较两极多,入射太阳短波辐射在地球不均匀地分布。入射能量被大气圈水圈吸收,通过地表水蒸发對流降水洋流进一步分布。当入射的太阳辐射与散发到外层空间的能量相同时,地球属于辐射平衡英语Radiative_equilibrium,全球气温相对稳定。

当例如温室气体增加时,地球辐射平衡被改变,全球气温也会改变。[4]然而,地球能量平衡和热量的变动受许多因素影响,例如大气层中化学各物质的占比(主要有气溶胶、温室气体的占比)、地表物体的反照率云量植被和土地利用方式。地球表面温度的改变并不是紧随着地球能量收支的变化而变化,由于海洋冰雪圈对于新能量收支反应的滞后性。净热流量变化在辐射强迫和相应的气候响应达到新的平衡态之前,主要受到海洋热含量英语Ocean_heat_content的缓冲。[5]

能量收支[编辑]

入射辐射能量[编辑]

入射辐射能量指大气顶(英語:Top of atmosphere (TOA))每秒入射能量,以瓦特作为计量单位,是太阳常数和地球横截面积的乘积。由于球体表面积是球体横截面积的4倍,所以大气顶入射能量通量为是太阳常数的四分之一,约为340 W/[1][6]由于入射能量在各地吸收程度的不同和数据的日变化、季节变化和周年变化,使用的数据通常为多个卫星长期检测的平均值。[1]

全球平均每340 W/m²的入射短波辐射有75 W/m²被云层反射回外层空间,30 W/m²被地表反照反射,大约235 W/m²被地球吸收。[7]

地球内部热量和其他小影响[编辑]

来自地球的地热能量约为47太(47,000,000,000,000瓦)。[8]平均为0.087 W/m²,只占地球表面总能量收支的0.027%,相对于主要的入射太阳辐射(约173,000太瓦(173x1015瓦))十分微小。[9]

另外也有其他微小的能量来源会影响地球能量收支,但由于数值过于微小而通常忽略不计。例如星际物质的堆积、来自其他行星和太空热辐射。虽然这些辐射经常被忽略不计,但是约瑟夫·傅里叶认为这些辐射对于地球能量收支存在一定影响,同时在他的论文中常将其引用为温室效应的诱因之一。[10]

地球长波辐射[编辑]

地球长波辐射指的是地球到外层空间的低能量辐射红外线。当长波辐射离开地球表面后,会先受到大气层的吸收和云层的反射,其余的热量将传导到外层空间。

地球能量不平衡[编辑]

当入射能量和散失的热辐射不相等时,地球能量不平衡将会产生,导致净热通量增加或减少。由Argo计划提供的地球能量不平衡数据测量了近十年的累计海洋热含量。在2005至2010年间的太阳极小期,不平衡量的估算值被测量得0.58 ± 0.15 W/m²。[11]而更新的研究估算这个数据已经增长至0.60 ± 0.17 W/m²。[12]

为了研究地球能量不平衡,一些卫星也被发射到了地球轨道用以间接测量地球吸收和散失的能量,从而推断出地球能量不平衡,这些卫星包括来自美国国家航空航天局的地球辐射收支实验(英語:Radiation Budget Experiment (ERBE))的卫星。[13]

美国国家航空航天局地球观测系统(英語:Earth Observing System (EOS))的云和地球辐射能量系统(英語:Clouds and Earth's Radiant Energy System (CERES))的卫星专门设计为测量大气顶到地面的太阳反射辐射和地球放出辐射而设计。[14]

参看[编辑]

参考资料[编辑]

  1. ^ 1.0 1.1 1.2 The NASA Earth's Energy Budget Poster. NASA. (原始内容存档于2014-04-21). 
  2. ^ IPCC AR5 WG1 Glossary 2013 "energy budget (of the earth)" 页面存档备份,存于互联网档案馆
  3. ^ Graeme L. Stephens, Juilin Li, Martin Wild, Carol Anne Clayson, Norman Loeb, Seiji Kato, Tristan L'Ecuyer, Paul W. Stackhouse Jr, Matthew Lebsock and Timothy Andrews. An update on Earth's energy balance in light of the latest global observations (PDF). Nature Geoscience. September 23, 2012. Bibcode:2012NatGe...5..691S. doi:10.1038/NGEO1580. 
  4. ^ Lindsey, Rebecca. Climate and Earth's Energy Budget. NASA Earth Observatory. 2009. 
  5. ^ M, Previdi; 等. Climate sensitivity in the Anthropocene. Royal Meteorological Society. 2013. Bibcode:2013QJRMS.139.1121P. doi:10.1002/qj.2165. 
  6. ^ Wild, Martin; Folini, Doris; Schär, Christoph; Loeb, Norman; Dutton, Ellsworth; König-Langlo, Gert. The Earth's radiation balance and its representation in CMIP5 models. Copernicus. 2013. Bibcode:2013EGUGA..15.1286W. 
  7. ^ Kevin E. Trenberth, John T. Fasullo, Jeffrey Kiehl. 周跃武,白虎志 译. 全球能量收支预算 (PDF). 干旱气象. 2010, (2010年6月第28卷第2期). 
  8. ^ Davies, J. H., & Davies, D. R. (2010).
  9. ^ Archer, D. Global Warming: Understanding the Forecast. 2012. ISBN 978-0-470-94341-0. 
  10. ^ Connolley, William M. William M. Connolley's page about Fourier 1827: MEMOIRE sur les temperatures du globe terrestre et des espaces planetaires. William M. Connolley. 18 May 2003 [5 July 2010]. 
  11. ^ James Hansen, Makiko Sato, Pushker Kharecha and Karina von Schuckmann. Earth's Energy Imbalance. NASA. January 2012. 
  12. ^ http://www.nature.com/ngeo/journal/v5/n10/full/ngeo1580.html
  13. ^ Effect of the Sun's Energy on the Ocean and Atmosphere (1997). [2015-07-16]. (原始内容存档于2019-07-07). 
  14. ^ B.A. Wielicki; 等. Mission to Planet Earth: Role of Clouds and Radiation in Climate. Bull. Amer. Meteorol. Soc. 1996, 77 (5): 853–868. Bibcode:1996BAMS...77..853W. doi:10.1175/1520-0477(1996)077<0853:CATERE>2.0.CO;2. 

外部链接[编辑]