Albedo i energetski balans: osnove i klimatska relevantnost

El albedo To je odnos između reflektirane i upadne energije u talasnoj dužini vidljive svjetlosti, koja uzrokuje sjaj planeta. Budući da planete same ne posjeduju energiju, one reflektiraju dio svjetlosti koju primaju od Sunca. Albedo nije konstantna vrijednost i varira u zavisnosti od nekoliko faktora, prvenstveno nagib incidentnog zračenja I to priroda reflektirajuće površine. Jednostavno rečeno, sposobnost površine da reflektuje direktno je povezana sa njenom bojom: svetlo telo reflektuje više svetlosti nego tamno telo. Ovo svojstvo ima važne implikacije u klimatologiji i proučavanju klimatske promjene prekovremeno.

Na primjer, albedo tla prekrivenog snijegom znatno je veći od albeda livade. Snijeg ima prosječan albedo od 0,7, dok je albedo zelene šume samo 0,2. To znači da se 70% sunčeve energije koja pada na snijeg reflektira natrag u svemir, dok se samo 20% reflektira u slučaju šuma. Na planetarnom nivou, srednji albedo Zemlje je približno 0,3, što ukazuje da je oko 30% sunčeva energija koja ulazi u atmosferu vraća se u svemir u obliku direktnog zračenja. Ovaj procenat je neophodan za razumevanje energetski bilans sa zemlje.

Albedo kontinenata je približno 34%, dok okeana doseže a 26%, a oblak srednje i male visine nalazi se između 50% y el 70%. Ove varijacije u albedu su fundamentalne za energetski bilans Zemlje, a samim tim i za regulaciju njene klime. Albedo ne samo da definira kako se svjetlost reflektira, već ima i značajan utjecaj na globalnu temperaturu i klimu.

U smislu energetski bilans, na planetarnoj skali ustanovljeno je da je ravnoteža jednaka nuli; Međutim, u različitim dijelovima Zemljine površine, ova ravnoteža je daleko od konstantne. Postoje područja koja primaju više energije nego što emituju, dok druga emituju više nego što primaju. Generalno, energetski bilansi imaju tendenciju da budu u suficitu u regionima koji se nalaze između paralele 35º i 40º. Na ovim geografskim širinama, energetski ulazi i izlazi su jednaki, a izvan ovih paralela, ravnoteža postaje manjkava. Ovaj fenomen je povezan sa klimatske promjene globalno

Varijacije u količini primljene i emitovane energije su ključne, jer direktno utiču na grijanje o hlađenje zraka, te su odlučujući faktori u distribuciji različitih klima i atmosferske cirkulacije. Razumijevanje albeda i energetske ravnoteže Zemlje je od suštinskog značaja za analizu načina na koji ovi elementi međusobno djeluju i utiču na globalnu klimu.

El globalna radijaciona ravnoteža odnosi se na razliku između sunčeve energije koja doseže atmosferu i energije izgubljene u svemiru. U uslovima stabilnog stanja, gubici energije su jednaki ulazima. Međutim, na lokalnom nivou, uočeno je da na visokim geografskim širinama, zračena energija ima tendenciju da bude veća od primljene energije, i obrnuto na nižim geografskim širinama. Ova neravnoteža se kompenzuje mehanizmima prenosa toplote, koji uključuju atmosferska cirkulacija (vjetrovi) i cirkulacija okeana u kontekstu globalnog zagrevanja.

Zemlja, na gornjoj granici svoje atmosfere, prima relativno konstantnu količinu sunčevog zračenja, procijenjenu na 2 kalorije/cm² u minuti, poznat kao solarna konstanta. Ova količina energije je neophodna za održavanje temperature naše planete. Radijacija koja napušta Zemlju podijeljena je u različite kategorije:

• Kratkotalasno zračenje: Ovaj oblik zračenja odgovara energiji koju reflektuje Zemljina površina, što uključuje okeane, tlo, oblake i čestice u atmosferi. Albedo predstavlja oko 30% ukupnog zračenja, iako ova vrijednost može varirati s vremenom i atmosferskim uslovima.
• dugotalasno zračenje: Ova vrsta zračenja se odnosi na toplotnu energiju koju emituje Zemlja, uglavnom u obliku infracrvenog zračenja. Atmosfera zadržava dio ovog zračenja, što doprinosi efektu staklene bašte i utiče na globalnu temperaturu.

Zakon Stefan-Boltzmann Utvrđuje da je količina energije koju zrači crno tijelo, kao što se pretpostavlja da je Zemlja u ovom kontekstu, povezana s četvrtom potencijom njene temperature u Kelvinima. Kada se procjenjuje energetski bilans Zemlje, važno je uzeti u obzir kako se apsorbovana energija poklapa s energijom koja se zrači natrag u svemir. Ako Zemlja primi više energije nego što emituje, njena temperatura će se povećati, a ako emituje više nego što prima, njena temperatura će se smanjiti. Ovo je od vitalnog značaja za razumevanje kako su ljudi promenili energetski bilans.

Atmosfera igra ključnu ulogu u ovom energetskom balansu, budući da staklenički plinovi, kao što su ugljični dioksid i metan, zadržavaju dio emitiranog infracrvenog zračenja, što dodatno zagrijava planetu. Ovaj fenomen je od suštinskog značaja za razumevanje klimatske promjene i kako je ljudska aktivnost promijenila ovu prirodnu ravnotežu, tema o kojoj se detaljno raspravlja u nekoliko studija.

El zračenje odnosi se na promjenu energetskog bilansa Zemlje zbog vanjskih faktora. Mjeri se u vatima po kvadratnom metru (W/m²) i može biti pozitivan (uzrokuje zagrijavanje) ili negativan (izaziva hlađenje). Faktori koji mogu uticati na zračenje uključuju:

• Koncentracije gasova staklene bašte: Povećanje plinova kao što su CO₂, CH₄ i N₂O zadržava toplinu u atmosferi, što povećava pozitivno djelovanje zračenja.
• Aerosolni sprejevi: Ovisno o svom sastavu, aerosoli mogu imati pozitivno ili negativno djelovanje zračenja. Na primjer, sulfatni aerosoli imaju tendenciju da reflektiraju sunčevo zračenje natrag u svemir, dok čađ može zagrijati atmosferu.
• Promjene u namjeni zemljišta: Aktivnosti kao što je krčenje šuma mijenjaju albedo Zemljine površine, što zauzvrat utiče na zračenje. Smanjenje šumskih površina općenito povećava albedo i stoga može smanjiti zagrijavanje.
• Solarne varijacije: Promjene u solarnoj aktivnosti također utiču na djelovanje radijacije, iako su ti efekti općenito manji u usporedbi s utjecajima koncentracija stakleničkih plinova u kontekstu globalno zagrevanje.

El zračenje To je centralni koncept u klimatologiji, jer nam omogućava da kvantifikujemo uticaj različitih faktora na energetski bilans Zemlje. Prema izvještaju iz IPCC, antropogeno radijacijsko djelovanje u 2011. godini, u poređenju sa 1750. godinom, iznosilo je 2,29 W/m², što ukazuje na brži porast od 1970. godine zbog povišenih koncentracija stakleničkih plinova. Ovo je ključno za razumijevanje evolucije .

Ovo forsiranje je od suštinskog značaja za modeliranje klimatskih promjena i predviđanje kako promjene u energetskom bilansu mogu uticati na globalne temperature u budućnosti. Trenutni klimatski modeli razmatraju radijacijsko djelovanje kao jednu od glavnih varijabli koje treba uzeti u obzir u razumijevanju i ublažavanju uticaja klimatskih promjena.

Vezani članak:

Topljenje snijega moglo bi djelimično pomoći klimatskim promjenama