地球的“能源预算”失衡。这是什么意思?

由:斯科特·丹宁|

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来自太阳的入射和输出能量之间的平衡被称为地球的能量平衡。美国国家航空航天局

你可能还记得小学的科学老师是怎么解释的能源既不能被创造,也不能被消灭。这是宇宙的基本属性。

然而,能量是可以转化的。当太阳光线到达地球时,它们会转化为分子的随机运动,你会感觉到它们是热。与此同时,地球和大气层正在向太空发射辐射。输入和输出能量之间的平衡被称为地球的“能量预算”

我们的气候是由这些能量流决定的。当输入的能量大于输出的能量时,地球就会变暖。

这可能以几种方式发生,比如当通常将太阳辐射反射回太空的海冰消失时,黑暗的海洋吸收了这些能量。当温室气体在大气中积聚并捕获一些本来会辐射出去的能量时,也会发生这种情况。

像我这样的科学家一直在测量地球的能量收支从20世纪80年代开始在卫星,空中,海洋和地面上使用仪器。你将会听到更多关于这些测量和地球的能量预算,当联合国政府间气候变化专门委员会的报告该片将于8月9日上映。

但在那之前,让我们更仔细地看看能量是如何流动的,以及能量预算告诉我们地球是如何和为什么变暖的。

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地球的能量平衡描述了从太阳到达地球的辐射能和从地球流回太空的能量之间的平衡。
美国国家航空航天局

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平衡来自太阳的能量

地球气候系统中几乎所有的能量都来自太阳。只有很小的一部分从地球内部向上传导

平均而言,行星每平方米接收340.4瓦的阳光. 所有的阳光都落在白天,而在当地的中午,这个数字要高得多。

在每平方米340.4瓦的功率中:

  • 99.9瓦被云层、尘埃、雪和地球表面反射回太空。
  • 剩下的240.5瓦被吸收——大约四分之一被大气层吸收,其余的被地球表面吸收。这种辐射在地球系统内转化为热能。几乎所有被吸收的能量都与发射回太空的能量相匹配。随着全球变暖,微小的余量——每平方米0.6瓦——累积起来。这听起来可能不多,但它累积起来。

大气层吸收了大量的能量,并将其以辐射的形式发射到太空和地球表面。事实上,地球表面从大气中获得的辐射几乎是阳光直射的两倍。这主要是因为太阳只在白天加热地表,而温暖的大气层全天候在那里。

从太阳和大气层到达地球表面的能量加在一起约为每平方米504瓦特。地球表面释放出其中的79%。剩下的表面能量会蒸发水分,使空气、海洋和陆地变暖。

射入的阳光和传出的红外线之间的微小残留是由于积累温室气体就像空气中的二氧化碳。这些气体是对阳光透明,但对红外线不透明-它们吸收并发射大量的红外线。

地球表面的温度也会随之升高,直到入射和输出的辐射恢复平衡。

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这对全球气温意味着什么?

增加一倍的二氧化碳会增加每平方米3.7瓦特的热量地球的。想象一下,世界上每隔3英尺(0.9米)就有一盏老式白炽灯,永远亮着。

按照目前的排放速度,到本世纪中叶,温室气体水平将比工业化前水平翻一番。

气候科学家计算,给世界增加这么多热量会使地球气候变暖5华氏度(3摄氏度).要防止这种情况发生,需要用其他形式的能源取代温室气体排放的主要来源——化石燃料燃烧。

这篇文章是从谈话在知识共享许可下。你可以找到原文在这里

斯科特·丹宁是科罗拉多州立大学的大气科学教授。他得到了美国国家海洋和大气管理局、美国国家航空航天局、美国国家科学基金会和美国能源部的资助。

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