לדלג לתוכן

מאזן הקרינה של כדור הארץ

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
האקלים של כדור הארץ נקבע במידה רבה על ידי מאזן האנרגיה של כוכב הלכת, כלומר, האיזון בין קרינה נכנסת ויוצאת. הוא נמדד על ידי לוויינים ומוצג ב-W/m2. חוסר האיזון (או קצב החימום הגלובלי; מוצג באיור ככמות ה"נספג נטו") צמח מ-W/m2‏ 0.6+ (הערכה של 2009[1]) למעל ל-W/m2‏ 1.0+ בשנת 2019.[2]

במטאורולוגיה מאזן הקרינה של כדור הארץ דן באיזון שבין האנרגיה שכדור הארץ מקבל מהשמש לבין האנרגיה שכדור הארץ מאבד בחזרה לחלל החיצון. מקורות אנרגיה קטנים יותר, כמו החום הפנימי של כדור הארץ, נלקחים בחשבון, אך תורמים תרומה זעירה בהשוואה לאנרגיה סולארית. מאזן האנרגיה מסביר גם איך האנרגיה נעה במערכת האקלים (אנ').[3] כיוון שהשמש מחממת את האזורים הטרופיים המשוונים יותר מאשר את אזורי הקוטב (אנ'), קרינת השמש המתקבלת מתפזרת בצורה לא אחידה. כאשר האנרגיה מחפשת שיווי משקל על פני כדור הארץ, היא מניעה אינטראקציות במערכת האקלים של כדור הארץ, כלומר המים של כדור הארץ, הקרח, האטמוספירה, הקרום הסלעי וכל היצורים החיים.[3] התוצאה היא האקלים של כדור הארץ.

מאזן האנרגיה של כדור הארץ תלוי בגורמים רבים, כמו אירוסולים אטמוספיריים, גזי חממה, אלבדו פני כדור הארץ (החזרוּת[א]), עננות, צמחייה, דפוסי שימוש בקרקע ועוד. כאשר שטפי האנרגיה (אנ') הנכנסים והנפלטים מאוזנים, כדור הארץ נמצא בשיווי משקל קרינתי (אנ') ומערכת האקלים תהיה יציבה יחסית. התחממות כדור הארץ מתרחשת כאשר כדור הארץ מקבל יותר אנרגיה ממה שהוא מחזיר לחלל, והתקררות עולמית (אנ') מתרחשת כאשר האנרגיה הנפלטת גדולה יותר.[4] סוגים מרובים של מדידות ותצפיות מראים על חוסר איזון של התחממות מאז שנת 1970 לפחות.[5][6] קצב ההתחממות מאירוע זה, שנגרם על ידי האדם, הוא ללא תקדים.[7]

כאשר מאזן האנרגיה משתנה, יש השהיה לפני שהטמפרטורה הממוצעת העולמית של פני השטח (אנ') משתנה באופן משמעותי. דבר זה נובע מהאינרציה התרמית של האוקיינוסים, היבשה והקריוספירה.[8] כימות מדויק של זרימות האנרגיה וכמויות האגירה הללו הוא דרישה ברוב המודלים של האקלים (אנ').

זרמי האנרגיה של כדור הארץ

[עריכת קוד מקור | עריכה]
קרינת שטף של גלים קצרים "נכנסת", לחלק עליון של אטמוספירה, מציגה אנרגיה המתקבלת מהשמש כפי שמוסקת ממדידות CERES[ב] (26-27 בינואר 2012). האזורים הלבנים הבהירים ביותר מראים את ההחזרוּת הגבוהה ביותר (הכי פחות ספיגה) של אנרגיית השמש, בעוד שהאזורים הכחולים הכהים ביותר מראים את הספיגה הגדולה ביותר.

למרות ההעברות העצומות של אנרגיה אל כדור הארץ וממנו, הוא שומר על טמפרטורה קבועה יחסית. כיוון שככלל יש רווח או הפסד קטן נטו: כדור הארץ פולט באמצעות קרינה אטמוספירית וקרקעית (מוסטת לאורכי גל אלקטרומגנטיים גדולים יותר) לחלל בערך אותה כמות אנרגיה כפי שהיא מקבל.

אנרגיה סולארית נכנסת (קרינת גלים קצרים)

[עריכת קוד מקור | עריכה]

כמות האנרגיה הכוללת המתקבלת בשנייה בחלק העליון של אטמוספירת כדור הארץ (TOA[ג]) נמדדת בוואט וניתנת על ידי הקבוע הסולארי כפול שטח הגזרה של כדור הארץ המקבלת את הקרינה. כיוון ששטח הפנים של כדור הוא פי ארבעה משטח החתך של כדור (כלומר שטח המעגל), שטף ה-TOA הממוצע הגלובלי והשנתי הוא רבע מהקבוע הסולארי ובכך הוא בערך 340 וואט למטר רבוע W/m2).[1][9] כיוון שהכמות הקרינה הנספגת משתנה בהתאם למיקום וכיוון שקיימים שינויים יומיומיים, עונתיים ושנתיים, המספרים המצוינים הם ממוצעים רב-שנתיים המתקבלים ממספר מדידות לוויינים.[1]

מתוך W/m2‏ 340~ של קרינת השמש המתקבלת בכדור הארץ, ממוצע של W/m2‏ 77~ מוחזר לחלל על ידי עננים והאטמוספירה ו-W/m2‏ 23~ מוחזר על ידי אלבדו פני השטח, מה שמותיר W/m2‏ 240~ של הזנת אנרגיה סולארית למאזן הקרינה של כדור הארץ. כמות זו נקראת קרינת השמש הנספגת (Absorbed Solar Radiation או בראשי תיבות ASR). זה מרמז על ערך של בערך 0.3 עבור האלבדו הנטו הממוצע של כדור הארץ, הנקרא גם אלבדו בונד (אנ') (A):[1]

קרינה יוצאת בגלים ארוכים

[עריכת קוד מקור | עריכה]
קרינת שטף גל ארוך "יוצאת" בחלק העליון של האטמוספירה (26–27 בינואר 2012). אנרגיית החום המוקרנת מכדור הארץ (בוואט למטר רבוע) מוצגת בגוונים של צהוב, אדום, כחול ולבן. האזורים הצהובים-הבהירים ביותר הם החמים ביותר ופולטים את מירב האנרגיה החוצה לחלל, בעוד שהאזורים הכחולים הכהים והעננים הלבנים הבוהקים קרים הרבה יותר, ופולטים הכי פחות אנרגיה.

קרינת גלים יוצאת (Outgoing Longwave Radiation בראשי תיבות OLR) מוגדרת בדרך כלל כאנרגיה יוצאת הנפלטת מכוכב הלכת, רובה באורך גל של תת-אדום. בדרך כלל, אנרגיית השמש הנספגת מומרת לצורות שונות של אנרגיית חום. חלק מהאנרגיה הזו נפלטת כ-OLR ישירות לחלל, בעוד שהשאר מועבר תחילה דרך מערכת האקלים כצורות קורנות וצורות אחרות של אנרגיה תרמית. לדוגמה, פליטות עקיפות מתרחשות בעקבות הובלת חום משכבות פני כדור הארץ (יבשה ואוקיינוס) לאטמוספירה באמצעות אִדּוּי–דִּיּוּת (אנ')[ד] ושטפי חום כמוס או תהליכי הולכה/הסעה.[1] בסופו של דבר, כל האנרגיה הנפלטת מוקרנת בצורה של קרינת גלים ארוכים בחזרה לחלל.

ההובלה של OLR מפני השטח של כדור הארץ דרך האטמוספירה הרב-שכבתית שלו מקיימת את חוק קירכהוף לקרינה תרמית. מודל חד-שכבתי מייצר תיאור משוער של OLR אשר מניב טמפרטורות על פני השטח (Ts) של 288 קלווין ובאמצע הטרופוספירה (Ta) 242 קלווין הקרובות לערכים הממוצעים שנצפו:

בביטוי זה σ הוא קבוע סטפן-בולצמן ו-ε מייצג את האמיסיביות של האטמוספירה. אירוסולים, עננים, אדי מים וגזי חממה תורמים לערך אפקטיבי של כ-ε=0.78. רגישות הטמפרטורה החזקה (החזקה הרביעית) שומרת על איזון כמעט של זרימת האנרגיה היוצאת לזרימה הנכנסת באמצעות שינויים קטנים בטמפרטורות האבסולוטיות של כדור הארץ.

מקורות החום הפנימיים של כדור הארץ והשפעות קטנות אחרות

[עריכת קוד מקור | עריכה]

זרימת החום הגאותרמית (אנ') מתוך פנים כדור הארץ מוערכת ב-47 טרה וואט (TW),[10] ומתחלקת בערך שווה בשווה בין חום רדיוגני לחום שנותר מהיווצרות כדור הארץ. נתון זה מקביל לשטף ממוצע של W/m2‏ 0.087 ומייצג רק 0.027% ממאזן האנרגיה הכולל של כדור הארץ על פני השטח, והוא מתגמד מול TW ‏173,000 של קרינת השמש הנכנסת.[11]

ייצור אנרגיה ממקורות אנושיים (אנ') נמוך עוד יותר בהערכה של TW-hr‏ 160,000 עבור כל שנת 2019. נתון זה מקביל לזרימת חום רציפה ממוצעת של כ-TW‏ 18.[12] עם זאת, הצריכה גדלה במהירות והפקת אנרגיה באמצעות דלקים מאובנים מייצרת גם עלייה בגזי החממה האטמוספיריים, מה שמוביל לחוסר איזון גדול יותר מפי 20 בזרימות הנכנסות/יוצאות שמקורן בקרינת השמש.[13]

גם לפוטוסינתזה יש השפעה משמעותית: כ-TW‏ 140 (או בסביבות 0.08%) של אנרגיה נלכדת על ידי פוטוסינתזה, ומאפשרת לצמחים ליצור ביומסה.[14] זרימה דומה של אנרגיה תרמית משתחררת במהלך שנה כאשר משתמשים בצמחים כמזון או כדלק.

בדרך כלל מתעלמים ממקורות אנרגיה מינוריים אחרים בחישובים, כולל הצטברות של אבק בין-פלנטרי (אנ') ורוח השמש, אור מכוכבים שאינם השמש וקרינה תרמית מהחלל. ז'וזף פורייה טען כי קרינה בחלל העמוק הייתה משמעותית במאמר שצוטט לעיתים קרובות כראשון שדן באפקט החממה.[15]

אנליזה של המאזן

[עריכת קוד מקור | עריכה]
דיאגרמת סאנקי (אנ') הממחישה דוגמה מאוזנת של מאזן האנרגיה של כדור הארץ. עובי הקו הוא פרופורציונלי ליניארי לכמות האנרגיה היחסית.[16]

במילים הפשוטות ביותר, מאזן האנרגיה של כדור הארץ מאוזן כאשר הזרימה הנכנסת שווה לזרימה היוצאת. מכיוון שחלק מהאנרגיה הנכנסת מוחזר ישירות, ניתן להגדיר את האיזון גם כקרינת שמש נכנסת (גל קצר) הנקלטת השווה לקרינת גל ארוך יוצאת:

אנליזה של הזרימה הפנימית

[עריכת קוד מקור | עריכה]

כדי לתאר חלק מהזרימות הפנימיות במסגרת המאזן, נניח שהבידוד המתקבל בחלק העליון של האטמוספירה יהיה 100 יחידות (שווה ל-W/m2‏ 340), כפי שמוצג בדיאגרמת סאנקי המצורפת. האלבדו של כדור הארץ, כ-35 יחידות בדוגמה זו מוחזרות ישירות חזרה לחלל: 27 מהקצה העליון של העננים, 2 מאזורים מכוסי שלג וקרח, ו-6 מחלקים אחרים של האטמוספירה. 65 היחידות הנותרות (W/m2‏ 220 ה-ASR) נספגות: 14 בתוך האטמוספירה ו-51 על ידי פני כדור הארץ.

51 היחידות המגיעות ונספגות על ידי פני השטח נפלטות חזרה לחלל באמצעות צורות שונות של אנרגיה יבשתית: 17 מוקרנות ישירות לחלל ו-34 נספגות על ידי האטמוספירה (19 באמצעות חום אידוי כמוס, 9 באמצעות הסעה ומערבולת, ו-6 שנספגות כתת-אדום על ידי גזי חממה). 48 היחידות הנקלטות באטמוספירה (34 יחידות מאנרגיה יבשתית ו-14 מקרינה) מוקרנות לבסוף בחזרה לחלל. דוגמה מפושטת זו מזניחה כמה פרטים של מנגנונים הממחזרים, מאחסנים, ובכך מובילים להצטברות נוספת של חום ליד פני השטח.

בסופו של דבר 65 היחידות (17 מהקרקע ו-48 מהאטמוספירה) נפלטות כ-OLR. הם מאזנים בערך את 65 היחידות (ASR) הנספגות מהשמש כדי לשמור על תוספת אפס נטו של אנרגיה על ידי כדור הארץ.[16]

תפקיד אפקט החממה

[עריכת קוד מקור | עריכה]
אפקט החממה הוא הפחתה בשטף של קרינת גלים ארוכים הנפלטת, המשפיעה על איזון הקרינה של כדור הארץ. ספקטרום הקרינה הנפלטת מראה את ההשפעות של גזי חממה שונים.
ניתן להבין את אפקט החממה כירידה ביעילות ההתקררות הפלנטרית. אפקט החממה נכמת כחלק משטף הקרינה הנפלט על ידי פני השטח פחות מה שאינו מגיע לחלל, כלומר 40% או W/m2‏ 159. חלק מהקרינה הנפלטת מתבטלת למעשה על ידי קרינה יורדת, וכך לא מעבירה חום. אידוי והסעה מפצים חלקית על הפחתה זו בקירור פני השטח. טמפרטורות נמוכות בגבהים מגבילות את קצב הפליטות התרמיות לחלל.

הגזים האטמוספיריים העיקריים (חמצן וחנקן) שקופים לאור השמש הנכנס, אך שקופים גם לקרינה נפלטת של גל ארוך (תרמית/תת-אדום). עם זאת, אדי מים, פחמן דו-חמצני, מתאן וגזי קורט אחרים אטומים לאורכי גל רבים של קרינה תרמית.[17]

גזי חממה סופגים את רוב האנרגיה התרמית בתת-אדום שנפלטת משטח כדור הארץ. גזים אלה גם מקרינים אנרגיית תרמית לכל הכיוונים. כאשר קרינה נעה לכל הכיוונים, ההשפעה נטו היא העברת אנרגיה קטנה נטו (העברת חום קרינה) באטמוספירה התחתונה. האטמוספירה מתדלדלת עם הגובה, ובגובה של כ-5–6 קילומטרים, ריכוז גזי החממה באטמוספירה שמעל הוא כה דליל עד שחום המוקרן יכול לברוח לחלל.[17]

מכיוון שמולקולות גזי חממה מקרינות אנרגיית בתת-אדום לכל הכיוונים, חלק ממנה מתפשט כלפי מטה וחוזר בסופו של דבר אל פני כדור הארץ, שם היא נספגת. זרימת האנרגיה הקרינה כלפי מטה מאזנת את רוב זרימת אנרגיית הקרינה התרמית כלפי מעלה מפני השטח של כדור הארץ, ומפחיתה מאוד את קצב הקירור באמצעות קרינה של פני השטח. זה מוביל להצטברות אנרגיית השמש, מעלה את טמפרטורת פני השטח עד שהמשטח חם מספיק כדי שקצב התקררות יתאים לקצב ההתחממות מאור השמש שנבלע. כתוצאה מכך פני השטח יהיו חמים יותר ממה שהיה אם גזי חממה לא היו מעכבים אובדן חום קרינתי. הקירור המופחת הזה והעלייה בטמפרטורה הנלווית הוא אפקט החממה הטבעי.[17] זה כאילו כדור הארץ מכוסה בשמיכה המאפשרת כניסת קרינת גלים קצרים (אור שמש), אך מגבילה את קצב יציאת קרינת הגלים הארוכים בתת-אדום.

במבט מהחלל הסובב את כדור הארץ, גזי חממה משפיעים על האמיסיביות האטמוספירית של כדור הארץ (ε). שינויים בהרכב האטמוספירי יכולים אם כן לשנות את מאזן הקרינה הכולל. לדוגמה, עלייה בלכידת חום על ידי ריכוז גובר של גזי חממה (כלומר אפקט חממה מוגבר) מאלצת ירידה ב-OLR וחוסר איזון באנרגיה. בסופו של דבר כאשר כמות גזי החממה עולה או יורדת, טמפרטורות פני השטח עולות או יורדות עד שהאיזון ASR = OLR מושג שוב.

מאגרי אחסון חום

[עריכת קוד מקור | עריכה]
ההצטברות המתגברת של האנרגיה ברכיבים האוקיינוסיים, היבשתיים, הקרחיים והאטמוספיריים של מערכת האקלים של כדור הארץ מאז 1960.[6]

אדמה, קרח ואוקיינוסים הם מרכיבים חומריים פעילים של מערכת האקלים של כדור הארץ יחד עם האטמוספירה. יש להם מסה וקיבול חום הרבה יותר גדולה, ולכן אינרציה תרמית הרבה יותר. כאשר קרינה נספגת ישירות או טמפרטורת פני השטח משתנה, אנרגיה תרמית תזרום כחום מוחש אל תוך המסה הגדולה של רכיבים אלה או החוצה מהם באמצעות תהליכי מעבר חום של הולכה/הסעה. ההתמרה של מים בין המצבים המוצקים/נוזליים/אדים שלהם פועלת גם כמקור או כיור של אנרגיה פוטנציאלית בצורה של חום כמוס. תהליכים אלו חוצצים את תנאי פני השטח מפני חלק משינויי הקרינה המהירים באטמוספירה. כתוצאה מכך, ההבדל בשעות היום לעומת הלילה בטמפרטורות פני השטח קטן יחסית. כמו כן, מערכת האקלים של כדור הארץ בכללותה מראה תגובה איטית לשינויים במאזן הקרינה האטמוספירי.[18]

המטרים העליונים של האוקיינוסים של כדור הארץ מכילים יותר אנרגיה תרמית מכל האטמוספירה שלו.[19] כמו גזים אטמוספיריים, מי האוקיינוס הנוזלים מעבירים כמויות אדירות של אנרגיה כזו על פני כדור הארץ. חום מוחש גם נע לתוך ומחוץ לעומקים גדולים בתנאים המעדיפים ירידה או עלייה.[20][21]

למעלה מ-90 אחוז מהאנרגיה הנוספת שהצטברה על פני כדור הארץ מההתחממות הגלובלית המתמשכת מאז 1970 נאגרה באוקיינוס (אנ').[19] כשליש התפשט לעומקים מתחת ל-700 מטר. גם קצב הגידול הכולל עלה במהלך העשורים האחרונים, והגיע לקרוב ל-TW‏ 500 (W/m2‏ 1) נכון ל-2020.[2][6] זה הוביל לכ-14 זטה-ג'ול (ZJ) של עלייה בחום בשנה, מעבר ל-570 אקסה-ג'ול (שווה ערך ל-TW-h‏ 160,000[12]) של האנרגיה הראשונית הכוללת (אנ') שצורכים בני אדם בפקטור של לפחות פי 20.[13]

ניתוח קצב התחממות/התקררות

[עריכת קוד מקור | עריכה]

באופן כללי, ניתן להתייחס לשינויים במאזן השטף האנרגטי של כדור הארץ כתוצאה של כוחות חיצוניים (טבעיים ואנתרופוגניים, קרינתיים ולא קרינתיים), משובים של מערכת ושונות מערכת פנימית.[22] שינויים כאלה מתבטאים בעיקר כשינויים הניתנים לצפייה בטמפרטורה (T), עננים (C), אדי מים (W), אירוסולים (A), גזי חממה (G), החזרת פני הקרקע/אוקיינוס/קרח (S), וכדומה. שינויים מזעריים בבידוד (I) בין גורמים אפשריים אחרים. לאחר מכן ניתן לנתח את קצב התחממות/התקררות של כדור הארץ על פני מסגרות זמן נבחרות (Δt) כשינוי נטו באנרגיה (ΔE) הקשור לתכונות אלה:

כאן המונח ΔET הוא בעל ערך שלילי כאשר הטמפרטורה עולה עקב ההשפעה הישירה החזקה על ה-OLR.[2][23]

העלייה בעשרות השנים האחרונות בכמות גזי החממה מייצרת אפקט חממה משופר, ולפיכך המשתנה ΔEG חיובי. לעומת זאת, התפרצות געשית גדולה (למשל ההתפרצות של פינטובו ב-1991 או ההתפרצות של אל צ'יצ'ון (אנ') ב-1982) יכולה להזריק תרכובות המכילות גופרית לאטמוספירה העליונה. ריכוזים גבוהים של אירוסולים של גופרית בסטרטוספירה עשויים להתמיד עד כמה שנים, ולהניב תרומה שלילית ל-ΔEA.[24][25] סוגים שונים אחרים של פליטות אירוסול אנתרופוגניות תורמים ל-ΔEA תרומות חיוביות ושליליות כאחד. מחזורים סולאריים מייצרים ΔEI בקנה מידה קטן יותר מאלה של מגמות ΔEG האחרונות מפעילות אנושית.[26][27]

אילוצי אקלים[ה] מורכבים מכיוון שהם יכולים לייצר משובים ישירים ועקיפים שמעצימים (משוב חיובי) או מחלישים (משוב שלילי) את האילוץ המקורי. אלו, לעיתים קרובות, עוקבים אחר תגובת הטמפרטורה. מגמות אדי מים כמשוב חיובי ביחס לשינויי טמפרטורה עקב שינויי אידוי ויחס קלאוזיוס-קלפרון. עלייה באדי מים גורמת ל-ΔEW חיובי עקב שיפור נוסף של אפקט החממה. משוב חיובי איטי יותר הוא משוב הקרח אלבדו. לדוגמה, הצטמצמות הקרח הארקטי (אנ') עקב עליית הטמפרטורות הופך את האזור לפחות מחזיר קרינה, מה שמוביל לספיגה רבה יותר של אנרגיה ולקצבי הפשרת קרח מהירים יותר, ובכך השפעה חיובית על ΔES.[28] באופן מצטבר, משובים נוטים להגביר את ההתחממות או ההתקררות הגלובלית.[29]

עננים אחראים לכמחצית מהאלבדו של כדור הארץ והם ביטויים רבי עוצמה לשונות פנימית של מערכת האקלים.[30][31] הם עשויים גם לשמש כמשובים לאילוצים, ויכולים להיות אילוצים בעצמם אם למשל הם תוצאה של פעילות זריעת עננים. התרומות ל-ΔEC משתנות באופן אזורי ובהתאם לסוג הענן. מדידות מלוויינים נאספות יחד עם סימולציות ממודלים במאמץ לשפר את ההבנה ולהפחית את אי הוודאות.[32]

חוסר איזון האנרגיה של כדור הארץ

[עריכת קוד מקור | עריכה]
הגידול בחוסר איזון האנרגיה של כדור הארץ ממדידות לווין ובאין סיטו (2005–2019). קצב של W/m2‏ 1.0+ המסוכם על פני השטח של כוכב הלכת שווה לספיגת חום רציפה של כ-500 טרה-וואט (~0.3% מקרינת השמש הנכנסת).[2][33]

אם שטף האנרגיה הנכנס לכדור הארץ גדול או קטן משטף האנרגיה היוצא, אזי כוכב הלכת יקבל (יתחמם) או יאבד (יתקרר) אנרגיית חום נטו בהתאם לחוק שימור האנרגיה:

כאשר חוסר האיזון האנרגטי (Earth's Energy Imbalance, בראשי תיבות EEI) של כדור הארץ משתנה בכמות גדולה מספיק, הוא ניתן למדידה ישירה על ידי מכשירים רדיומטריים על לוויינים במסלול סביב כדור הארץ.[25][34] חוסר איזון שלא יצליח לשנות כיוון לאורך זמן יביא גם לשינויי טמפרטורה ארוכי טווח במרכיבי האטמוספירה, האוקיינוס, היבשה והקרח של מערכת האקלים.[35][36] שינויי טמפרטורות באין סיטו והשפעות נלוות מספקות אפוא מדדים עקיפים של EEI. מאמצע 2005 עד אמצע 2019, תצפיות לוויינים ואוקיינוסים על טמפרטורות הראו כל אחת באופן עצמאי הכפלה משוערת של חוסר האיזון הגלובלי לכיוון התחממות במאזן האנרגיה של כדור הארץ.[2][6]

מדידה ישירה

[עריכת קוד מקור | עריכה]

כמה לוויינים מודדים ישירות את האנרגיה הנספגת והנפלטת על ידי כדור הארץ, וכך על ידי הסקה את חוסר האיזון באנרגיה. פרויקט NASA Earth Radiation Budget Experiment (ERBE) כולל שלושה לוויינים כאלה: Earth Radiation Budget Satellite (אנ') ("לוויין מאזן הקרינה של כדור הארץ", בראשי תיבות ERBS), ששוגר באוקטובר 1984; NOAA-9, ששוגר בדצמבר 1984; ו-NOAA-10, שששוגר בספטמבר 1986.[37]

המכשירים של מערכת הקרנת האנרגיה של העננים ושל כדור הארץ (אנ') (בראשי תיבות CERES) של נאס"א הם חלק ממערכת התצפית על כדור הארץ (אנ') (בראשי תיבות EOS) מאז 1998. CERES נועד למדוד הן קרינת שמש מוחזרת (אורך גל קצר) וגם קרינה הנפלטת מכדור הארץ (אורך גל ארוך).[38] ניתוח נתוני CERES על ידי החוקרים הראשיים שלו הראה מגמת עלייה ב-EEI מ-W/m2‏ 0.42±0.48‏+ ב-2005 ל-W/m2‏ 1.12±0.48‏+ ב-2019. הגורמים התורמים כללו יותר אדי מים, פחות עננים, הגדלת כמות גזי חממה, והצטמצמות משטחי הקרח שקוזזו בחלקם על ידי עליית הטמפרטורות.[2][33] מחקרים מאוחרים יותר של ההתנהגות באמצעות מודל האקלים (אנ') CM4/AM4 של המעבדה הגאופיזית לדינמיקת נוזלים (אנ') הגיע למסקנה שיש סיכוי של פחות מ-1% ששונות אקלים פנימית בלבד גרמה למגמה.[39]

אנימציה של המסלולים של צי לווייני החישה מרחוק של נאס"א משנת 2011.

חוקרים אחרים השתמשו בנתונים מ-CloudSat‏, CERES‏, AIRS (אנ') ומכשירי EOS אחרים כדי לחפש מגמות של אילוץ קרינה (אנ') המוטבעות בנתוני EEI. הניתוח שלהם הראה עלייה מאולצת של W/m2‏ 0.53±0.11‏+ בשנים 2003 עד 2018. כ-80% מהעלייה הייתה קשורה לעלייה בריכוז גזי החממה שגרם להפחתה בקרינת הגלים הארוכים הנפלטת.[40][41][42]

מדידות לווייניות נוספות, כולל נתוני TRMM (אנ') וקליפסו, הצביעו על כמות משקעים נוספים, שמקורם באנרגיה מוגברת הנפלטת מפני השטח באמצעות אידוי (שטף החום הכמוס), ומקזזת חלק מהעלייה בשטף הגלים הארוכים, כתוצאה מאפקט החממה, אל פני השטח.[43]

אי-ודאויות של כיול רדיומטרי (אנ') מגבילות את היכולת של הדור הנוכחי של מכשירים מבוססי לוויין, שהם יציבים ומדויקים מכל בחינה אחרת. כתוצאה מכך, שינויים יחסיים ב-EEI ניתנים לכימות ברמת דיוק שאינה ניתנת להשגה גם עבור כל מדידה בודדת של חוסר האיזון המוחלט.[44][45]

מדידות על פני השטח

[עריכת קוד מקור | עריכה]

טמפרטורת פני השטח הגלובלית (Global surface temperature, בראשי תיבות GST): GST מחושב על ידי ממוצע טמפרטורות הנמדדות על פני הים יחד עם טמפרטורות אוויר הנמדדות על פני היבשה. נתונים מהימנים המשתרעים עד 1880 לפחות מראים שה-GST עבר עלייה מתמדת של כ-0.18 מעלות צלזיוס לעשור בערך מאז שנת 1970.[46]

תכולת חום האוקיינוס (Ocean heat content, בראשי תיבות OHC): מי האוקיינוס הם סופגים יעילים במיוחד של אנרגיית השמש ויש להם קיבול חום כולל גדול בהרבה מזה של האטמוספירה.[47] ספינות מחקר ותחנות דגמו טמפרטורות ים בעומק וסביב הגלובוס מלפני 1960. בנוסף לאחר שנת 2000, רשת מתרחבת של למעלה מ-3,000 מצופים רובוטיים של ארגו (אנ') מדדה את החריגה בטמפרטורה, או באופן שווה את ערך שינוי תכולת החום (ΔOHC). מאז 1990 לפחות, OHC גדל בקצב קבוע או מואץ. שינויים אלה מספקים את המדד העקיף החזק ביותר של EEI מכיוון שהאוקיינוסים לוכדים למעלה מ-90% מעודפי החום:[48][49]

אובדן קרח עולמי: שיעור הקרח הצף על פני הים ושיעור הקרח על פני היבשה נמדד על ידי לוויינים, בעוד שהשינוי במסה מוסק משינויים שנמדדו בגובה פני הים בהתאמה עם מודלים חישוביים המסבירים התפשטות תרמית וגורמים אחרים. תצפיות מאז 1994 מראות שהקרח נסוג מכל חלק בכדור הארץ בקצב מואץ.[50]

  • GST מאז 1850
    GST מאז 1850
  • OHC מאז 1958 ב-2,000 המטרים העליונים
    OHC מאז 1958 ב-2,000 המטרים העליונים
  • איבוד קרח עולמי מאז 1994
    איבוד קרח עולמי מאז 1994

חשיבות כמדד לשינויי האקלים

[עריכת קוד מקור | עריכה]
שרטוט סכמטי של מלאי החום העודף של כדור הארץ בהתייחס לחוסר האיזון האנרגטי של כדור הארץ במשך שתי תקופות זמן אחרונות.[6]

חוקרי האקלים קווין טרנברת' (אנ'), ג'יימס הנסן (אנ') ועמיתיהם זיהו את הניטור של חוסר האיזון האנרגטי של כדור הארץ כהכרח כדי לעזור לקובעי המדיניות להנחות את קצב התכנון להתאמה לשינויי האקלים (אנ'). בשל אינרציה של מערכת האקלים (אנ'), מגמות EEI ארוכות טווח יכולות לחזות שינויים נוספים שהם "בצינור".[35][36][51]

בשנת 2012, מדענים של נאס"א דיווחו שכדי לעצור את ההתחממות העולמית, צריך ריכוז ה-CO2 באטמוספירה לרדת ל-ppm‏[ו] 350 או פחות, בהנחה שיתוקנו כל אילוצי האקלים האחרים.[52] החל משנת 2020, הגיע ריכוז ה-CO2 באטמוספירה ל-ppm‏ 415 וכל גזי החממה ארוכי החיים עלו על ריכוז שווה ערך ל-ppm‏ 500 של CO2 עקב המשך הגידול בפליטות ממקור אנושי.[53]

קישורים חיצוניים

[עריכת קוד מקור | עריכה]
ויקישיתוף מדיה וקבצים בנושא מאזן הקרינה של כדור הארץ בוויקישיתוף

ביאורים

[עריכת קוד מקור | עריכה]
  1. ^ reflectivity - מידת החזר האור המוקרן על משטח
  2. ^ ראשי תיבות של Clouds and the Earth's Radiant Energy System, כלומר עננים ומערכת אנרגיית הקרינה של כדור הארץ
  3. ^ מאנגלית Top Of Atmosphere
  4. ^ ההצעה של האקדמיה ללשון העברית לשילוב תהליכים שבהם המים נעים מפני השטח של כדור הארץ לאטמוספירה. הוא מכסה הן התאיידות מים (העברת מים לאוויר ישירות מהאדמה, מעלים אחרי גשם וממקווי מים) והן דיות (העברת מים מהאדמה, דרך שורשים וגופי צמחייה, אל העלים ואז לאוויר).
  5. ^ ההצעה של האקדמיה העברית ל-Climate forcing, מונח המתאר שינוי במאזן האנרגיה של מערכת האקלים
  6. ^ ראשי תיבות של חלקים למיליון

הערות שוליים

[עריכת קוד מקור | עריכה]
  1. ^ 1 2 3 4 5 "The NASA Earth's Energy Budget Poster". NASA. אורכב מ-המקור ב-21 באפריל 2014. {{cite web}}: (עזרה)
  2. ^ 1 2 3 4 5 6 Loeb, Norman G.; Johnson, Gregory C.; Thorsen, Tyler J.; Lyman, John M.; et al. (15 ביוני 2021). "Satellite and Ocean Data Reveal Marked Increase in Earth's Heating Rate". Geophysical Research Letters. 48 (13). Bibcode:2021GeoRL..4893047L. doi:10.1029/2021GL093047. {{cite journal}}: (עזרה)
  3. ^ 1 2 Annex III: Glossary
  4. ^ "Climate and Earth's Energy Budget". earthobservatory.nasa.gov. 2009-01-14.
  5. ^ Trenberth, Kevin E.; Fasullo, John T.; von Shuckmann, Karina; Cheng, LiJing (2016). "Insights into Earth's Energy Imbalance from Multiple Sources". Journal of Climate. 29 (20): 7495–7505. Bibcode:2016JCli...29.7495T. doi:10.1175/JCLI-D-16-0339.1.
  6. ^ 1 2 3 4 5 von Schuckman, K.; Cheng, L.; Palmer, M. D.; Hansen, J.; et al. (7 בספטמבר 2020). "Heat stored in the Earth system: where does the energy go?". Earth System Science Data. 12 (3): 2013-2041 Material was copied from this source, which is available under a Creative Commons Attribution 4.0 International License. Bibcode:2020ESSD...12.2013V. doi:10.5194/essd-12-2013-2020. {{cite journal}}: (עזרה)
  7. ^ Allen, M. R.; Dube, O. P.; Solecki, W.; Aragón-Durand, F.; et al. (2018). "Chapter 1: Framing and Context", Page 54
  8. ^ Previdi, M; et al. (2013). "Climate sensitivity in the Anthropocene". Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society. 139 (674): 1121–1131. Bibcode:2013QJRMS.139.1121P. doi:10.1002/qj.2165.
  9. ^ Wild, Martin; Folini, Doris; Schär, Christoph; Loeb, Norman; Dutton, Ellsworth G.; König-Langlo, Gert (2013). "The global energy balance from a surface perspective" (PDF). Climate Dynamics. 40 (11–12): 3107–3134. Bibcode:2013ClDy...40.3107W. doi:10.1007/s00382-012-1569-8.
  10. ^ Davies, J. H.; Davies, D. R. (2010-02-22). "Earth's surface heat flux". Solid Earth. 1 (1): 5–24. Bibcode:2010SolE....1....5D. doi:10.5194/se-1-5-2010. ISSN 1869-9529.Davies, J. H., & Davies, D. R. (2010). Earth's surface heat flux. Solid Earth, 1(1), 5–24.
  11. ^ Archer, David (2012). Global Warming: Understanding the Forecast, 2nd Edition (2nd ed.). ISBN 978-0-470-94341-0.
  12. ^ 1 2 Hannah Ritchie; Max Roser (2020). "Global Direct Primary Energy Consumption". Our World in Data. Published online at OurWorldInData.org.
  13. ^ 1 2 Chelsea Harvey (2022-01-12). "Oceans break heat record for third year in a row". Scientific American.
  14. ^ "Earth's energy flow - Energy Education". energyeducation.ca.
  15. ^ Fleming, James R. (1999). "Joseph Fourier, the 'greenhouse effect', and the quest for a universal theory of terrestrial temperatures". Endeavour. 23 (2): 72–75. doi:10.1016/S0160-9327(99)01210-7.
  16. ^ 1 2 Sharma, P.D. (2008). Environmental Biology & Toxicology (2nd ed.). Rastogi Publications. pp. 14–15. ISBN 9788171337422.
  17. ^ 1 2 3 Lindsey, Rebecca (2009-01-14). "Climate and Earth's Energy Budget (Part 6-The Atmosphere's Energy Budget)". earthobservatory.nasa.gov. Earth Observatory, part of the EOS Project Science Office, located at NASA Goddard Space Flight Center.
  18. ^ Michon Scott (2006-04-24). "Earth's Big Heat Bucket". NASA Earth Observatory.
  19. ^ 1 2 "Vital Signs of the Plant: Ocean Heat Content". NASA.
  20. ^ "Air-Sea interaction: Teacher's guide". American Meteorological Society. 2012.
  21. ^ "Ocean Motion : Definition : Wind Driven Surface Currents - Upwelling and Downwelling".
  22. ^ National Research Council (2005). Radiative Forcing of Climate Change: Expanding the Concept and Addressing Uncertainties. The National Academic Press. doi:10.17226/11175. ISBN 978-0-309-09506-8.
  23. ^ Thorsen, Tyler J.; Kato, Seiji; Loeb, Norman G.; Rose, Fred G. (15 בדצמבר 2018). "Observation-Based Decomposition of Radiative Perturbations and Radiative Kernels". Journal of Climate. 31 (24): 10039–10058. Bibcode:2018JCli...3110039T. doi:10.1175/JCLI-D-18-0045.1. ISSN 0894-8755. PMC 8793621. PMID 35095187. {{cite journal}}: (עזרה)
  24. ^ Robock, Alan (2000-05-01). "Volcanic eruptions and climate". Reviews of Geophysics. 38 (2): 191–219. Bibcode:2000RvGeo..38..191R. doi:10.1029/1998RG000054.
  25. ^ 1 2 Allan, Richard P.; Liu, Chunlei; Loeb, Norman G.; Palmer, Matthew D.; et al. (18 ביולי 2014). "Changes in global net radiative imbalance 1985–2012". Geophysical Research Letters. 41 (15): 5588–5597. Bibcode:2014GeoRL..41.5588A. doi:10.1002/2014GL060962. PMC 4373161. PMID 25821270. {{cite journal}}: (עזרה)
  26. ^ Gareth S. Jones, Mike Lockwood, Peter A. Stott (2012-03-16). "What influence will future solar activity changes over the 21st century have on projected global near-surface temperature changes?". Journal of Geophysical Research: Atmospheres. 117 (D5): n/a. Bibcode:2012JGRD..117.5103J. doi:10.1029/2011JD017013.{{cite journal}}: תחזוקה - ציטוט: multiple names: authors list (link)
  27. ^ "What Is the Sun's Role in Climate Change?". NASA. 2019-09-06.
  28. ^ Lindsey, Rebecca (2009-01-14). "Climate and Earth's Energy Budget (Part 7-Climate Forcings and Global Warming)". earthobservatory.nasa.gov. Earth Observatory, part of the EOS Project Science Office, located at NASA Goddard Space Flight Center.
  29. ^ Global Warming of 1.5°C
  30. ^ Stephens, Graeme L.; O'Brien, Denis; Webster, Peter J.; Pilewski, Peter; Kato, Seiji; Li, Jui-lin (2015-01-25). "The albedo of Earth". Reviews of Geophysics. 53 (1): 141–163. Bibcode:2015RvGeo..53..141S. doi:10.1002/2014RG000449. ארכיון מ-2021-05-24.
  31. ^ Datseris, George; Stevens, Bjorn (2021-08-11). "Earth's albedo and its symmetry". AGU Advances. 2 (3): 1–13. Bibcode:2021AGUA....200440D. doi:10.1029/2021AV000440.
  32. ^ "Clouds and Global Warming". NASA Earth Observatory. 2010-06-10.
  33. ^ 1 2 Joseph Atkinson (22 ביוני 2021). "Earth Matters: Earth's Radiation Budget is Out of Balance". NASA Earth Observatory. {{cite web}}: (עזרה)
  34. ^ Murphy, D. M.; Solomon, S.; Portmann, R. W.; Rosenlof, K. H.; et al. (9 בספטמבר 2009). "An observationally based energy balance for the Earth since 1950". Journal of Geophysical Research: Atmospheres. 114 (D17). Bibcode:2009JGRD..11417107M. doi:10.1029/2009JD012105. {{cite journal}}: (עזרה)
  35. ^ 1 2 Trenberth, Kevin E. (1 באוקטובר 2009). "An imperative for climate change planning: tracking Earth's global energy" (PDF). Current Opinion in Environmental Sustainability. 1 (1): 19–27. Bibcode:2009COES....1...19T. doi:10.1016/j.cosust.2009.06.001. {{cite journal}}: (עזרה)
  36. ^ 1 2 von Schuckman, K.; Palmer, M. D.; Trenberth, K. E.; Cazenave, A.; et al. (27 בינואר 2016). "An imperative to monitor Earth's energy imbalance". Nature Climate Change. 6 (2): 138-144. Bibcode:2016NatCC...6..138V. doi:10.1038/NCLIMATE2876. {{cite journal}}: (עזרה)
  37. ^ "GISS ICP: Effect of the Sun's Energy on the Ocean and Atmosphere". icp.giss.nasa.gov. אורכב מ-המקור ב-7 ביולי 2019. {{cite web}}: (עזרה)
  38. ^ Wielicki, Bruce A.; Harrison, Edwin F.; Cess, Robert D.; King, Michael D.; Randall, David A.; et al. (1995). "Mission to Planet Earth: Role of Clouds and Radiation in Climate". Bulletin of the American Meteorological Society (באנגלית). 76 (11): 2125–2153. Bibcode:1995BAMS...76.2125W. doi:10.1175/1520-0477(1995)076<2125:mtpero>2.0.co;2. ISSN 0003-0007.
  39. ^ Raghuraman, S. P.; Paynter, D.; Ramaswamy, V. (28 ביולי 2021). "Anthropogenic forcing and response yield observed positive trend in Earth's energy imbalance". Nature Communications. 12 (4577): 4577. Bibcode:2021NatCo..12.4577R. doi:10.1038/s41467-021-24544-4. PMC 8319337. PMID 34321469. {{cite journal}}: (עזרה)
  40. ^ Kramer, Ryan J.; He, Haozhe; Soden, Brian J.; Oreopoulos, Lazaros; et al. (2021-03-25). "Observational Evidence of Increasing Global Radiative Forcing". Geophysical Research Letters. 48 (7). Bibcode:2021GeoRL..4891585K. doi:10.1029/2020GL091585.
  41. ^ Sarah Hansen (12 באפריל 2021). "UMBC's Ryan Kramer confirms human-caused climate change with direct evidence for first time". University of Maryland, Baltimore County. {{cite web}}: (עזרה)
  42. ^ "Direct observations confirm that humans are throwing Earth's energy budget off balance". phys.org. 26 במרץ 2021. {{cite web}}: (עזרה)
  43. ^ Stephens, Graeme L.; Li, Juilin; Wild, Martin; Clayson, Carol Anne; et al. (2012). "An update on Earth's energy balance in light of the latest global observations". Nature Geoscience (באנגלית). 5 (10): 691–696. Bibcode:2012NatGe...5..691S. doi:10.1038/ngeo1580. ISSN 1752-0894.
  44. ^ Loeb, Norman G.; Lyman, John M.; Johnson, Gregory C.; Allan, Richard P.; et al. (22 בינואר 2012). "Observed changes in top-of-the-atmosphere radiation and upper-ocean heating consistent within uncertainty". Nature Geoscience. 5 (2): 110–113. Bibcode:2012NatGe...5..110L. doi:10.1038/ngeo1375. {{cite journal}}: (עזרה)
  45. ^ Loeb, Norman G.; Doelling, David R.; Hailan, Wang; Su, Wenling; et al. (15 בינואר 2018). "Clouds and the Earth's Radiant Energy System (CERES) Energy Balanced and Filled (EBAF) Top-of-Atmosphere (TOA) Edition-4.0 Data Product". Journal of Climate. 31 (2): 895–918. Bibcode:2018JCli...31..895L. doi:10.1175/JCLI-D-17-0208.1. {{cite journal}}: (עזרה)
  46. ^ "Global Annual Mean Surface Air Temperature Change". NASA. נבדק ב-23 בפברואר 2020. {{cite web}}: (עזרה)
  47. ^ LuAnn Dahlman and Rebecca Lindsey (2020-08-17). "Climate Change: Ocean Heat Content". NOAA.
  48. ^ Cheng, Lijing; Foster, Grant; Hausfather, Zeke; Trenberth, Kevin E.; Abraham, John (2022). "Improved Quantification of the Rate of Ocean Warming". Journal of Climate. 35 (14): 4827–4840. Bibcode:2022JCli...35.4827C. doi:10.1175/JCLI-D-21-0895.1.
  49. ^ Abraham, J. P.; Baringer, M.; Bindoff, N. L.; Boyer, T.; et al. (2013). "A review of global ocean temperature observations: Implications for ocean heat content estimates and climate change". Reviews of Geophysics. 51 (3): 450–483. Bibcode:2013RvGeo..51..450A. doi:10.1002/rog.20022.
  50. ^ Slater, Thomas; Lawrence, Isobel R.; Otosaka, Inès N.; Shepherd, Andrew; et al. (25 בינואר 2021). "Review article: Earth's ice imbalance". The Cryosphere. 15 (1): 233–246. Bibcode:2021TCry...15..233S. doi:10.5194/tc-15-233-2021. ISSN 1994-0416. {{cite journal}}: (עזרה)
  51. ^ Hansen, J.; Sato, M.; Kharecha, P.; von Schuckmann, K. (22 בדצמבר 2011). "Earth's energy imbalance and implications". Atmospheric Chemistry and Physics. 11 (24): 13421–13449. Bibcode:2011ACP....1113421H. doi:10.5194/acp-11-13421-2011. {{cite journal}}: (עזרה)
  52. ^ Hansen, James; Sato, Makiko; Kharecha, Pushker; von Schuckmann, Karina (בינואר 2012). "Earth's Energy Imbalance". NASA. אורכב מ-המקור ב-2012-02-04. {{cite web}}: (עזרה)
  53. ^ "NOAA's Annual Greenhouse Gas Index (An Introduction)". NOAA.
אוחזר מתוך "https://he.wikipedia.org/w/index.php?title=מאזן_הקרינה_של_כדור_הארץ&oldid=38161612"