อัลเบโดและสมดุลพลังงาน: พื้นฐานและความเกี่ยวข้องกับสภาพอากาศ

El อัลเบโด้ เป็นความสัมพันธ์ระหว่างพลังงานสะท้อนและพลังงานตกกระทบในช่วงความยาวคลื่นของแสงที่มองเห็น ซึ่งทำให้ดาวเคราะห์ส่องสว่าง เนื่องจากดาวเคราะห์ไม่มีพลังงานในตัว ดาวเคราะห์จึงสะท้อนแสงที่ได้รับจากดวงอาทิตย์บางส่วน ค่าสะท้อนแสงไม่ใช่ค่าคงที่และเปลี่ยนแปลงตามปัจจัยหลายประการ โดยหลักๆ แล้วคือ ความเอียงของแสงตกกระทบ และ ลักษณะพื้นผิวสะท้อนแสง- หากพูดอย่างง่ายๆ ความสามารถในการสะท้อนของพื้นผิวจะเกี่ยวข้องโดยตรงกับสีของมัน โดยวัตถุแสงจะสะท้อนแสงได้มากกว่าวัตถุมืด คุณสมบัติเหล่านี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อภูมิอากาศวิทยาและการศึกษาวิจัย การเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศ เมื่อเวลาผ่านไป

ตัวอย่างเช่น ค่าสะท้อนแสงของดินที่ปกคลุมด้วยหิมะจะมีค่ามากกว่าค่าสะท้อนแสงของทุ่งหญ้าอย่างมาก หิมะมีค่าอัลเบโดเฉลี่ย 0,7ขณะที่ค่าสะท้อนแสงของป่าสีเขียวมีเพียง 0,2- ซึ่งหมายความว่าพลังงานแสงอาทิตย์ที่ตกกระทบหิมะร้อยละ 70 จะถูกสะท้อนกลับสู่อวกาศ ในขณะที่ป่าไม้มีเพียงร้อยละ 20 เท่านั้นที่สะท้อนออกมา ในระดับดาวเคราะห์ ค่าสะท้อนเฉลี่ยของโลก คือประมาณ 0,3 ซึ่งแสดงว่าประมาณ 30% ของพลังงานแสงอาทิตย์ที่เข้าสู่ชั้นบรรยากาศจะถูกส่งกลับคืนสู่อวกาศในรูปแบบของรังสีโดยตรง เปอร์เซ็นต์นี้เป็นสิ่งสำคัญในการทำความเข้าใจ สมดุลพลังงาน จากพื้นโลก

ค่าสะท้อนแสงของทวีปอยู่ที่ประมาณ 34% ขณะที่มหาสมุทรไปถึง 26% และเมฆระดับกลางและระดับต่ำจะอยู่ระหว่าง 50% และ y 70% - การเปลี่ยนแปลงของค่าอัลเบโดเหล่านี้ถือเป็นพื้นฐานของ สมดุลพลังงาน ของโลกและเพื่อการควบคุมสภาพภูมิอากาศด้วย ค่าการสะท้อนแสงไม่เพียงแต่กำหนดว่าแสงจะถูกสะท้อนอย่างไรเท่านั้น แต่ยังมีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่ออุณหภูมิและสภาพภูมิอากาศโลกอีกด้วย

ในแง่ของ สมดุลพลังงานในระดับโลกนั้น ได้มีการกำหนดให้สมดุลเท่ากับศูนย์ อย่างไรก็ตาม ในบริเวณต่างๆ ของพื้นผิวโลก สมดุลนี้ยังคงห่างไกลจากความคงที่ มีพื้นที่บางส่วนที่ได้รับพลังงานมากกว่าที่ปล่อยออกมา ในขณะที่บางพื้นที่ปล่อยพลังงานมากกว่าที่ได้รับ โดยทั่วไปดุลพลังงานมีแนวโน้มที่จะเกินดุลในภูมิภาคที่ตั้งอยู่ระหว่าง เส้นขนาน 35º และ 40º- ที่ละติจูดเหล่านี้ ปริมาณพลังงานเข้าและออกจะเท่ากัน และหากเกินขอบเขตเหล่านี้ ความสมดุลก็จะขาดหายไป ปรากฏการณ์นี้มีความเกี่ยวข้องกับ เปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ ทั่วโลก

การเปลี่ยนแปลงในปริมาณพลังงานที่ได้รับและปล่อยออกมาถือเป็นสิ่งสำคัญ เนื่องจากส่งผลโดยตรงต่อ อุ่นขึ้น o เย็นลง ของอากาศและเป็นปัจจัยกำหนดการกระจายตัวของภูมิอากาศที่แตกต่างกันและการหมุนเวียนของบรรยากาศ การทำความเข้าใจค่าสะท้อนแสงและสมดุลพลังงานของโลกเป็นสิ่งสำคัญในการวิเคราะห์ว่าองค์ประกอบเหล่านี้โต้ตอบกันและส่งผลต่อสภาพภูมิอากาศโลกอย่างไร

El สมดุลรังสีโลก หมายถึงความแตกต่างระหว่างพลังงานแสงอาทิตย์ที่ไปถึงชั้นบรรยากาศและพลังงานที่สูญเสียไปสู่อวกาศ ภายใต้สภาวะคงที่ การสูญเสียพลังงานจะเท่ากับอินพุต อย่างไรก็ตาม ในระดับท้องถิ่น พบว่าที่ละติจูดสูง พลังงานที่แผ่ออกมามีแนวโน้มที่จะมากกว่าพลังงานที่รับ และในทางกลับกัน ที่ละติจูดต่ำกว่า ความไม่สมดุลนี้ได้รับการชดเชยด้วยกลไกการถ่ายเทความร้อน ซึ่งรวมถึง การหมุนเวียนของบรรยากาศ (ลม) และ การไหลเวียนของมหาสมุทร ในบริบทของภาวะโลกร้อน.

โลกที่ขอบบนของชั้นบรรยากาศได้รับรังสีดวงอาทิตย์ในปริมาณที่ค่อนข้างคงที่ ซึ่งประมาณได้ที่ 2 แคลอรี่/ซม² ต่อ XNUMX นาทีที่เรียกว่า ค่าคงที่ของแสงอาทิตย์- พลังงานจำนวนนี้มีความจำเป็นต่อการรักษาอุณหภูมิของโลกของเรา รังสีที่ออกจากโลกแบ่งออกเป็นหลายประเภทดังนี้

• รังสีคลื่นสั้น: รูปแบบของรังสีนี้สอดคล้องกับพลังงานที่สะท้อนจากพื้นผิวโลก ซึ่งรวมไปถึงมหาสมุทร ดิน เมฆ และอนุภาคในชั้นบรรยากาศ ค่าอัลเบโดแสดงถึง 30% ของรังสีทั้งหมดถึงแม้ว่าค่านี้อาจเปลี่ยนแปลงไปตามเวลาและสภาพบรรยากาศก็ตาม
• รังสีคลื่นยาว: รังสีประเภทนี้หมายถึงพลังงานความร้อนที่ปล่อยออกมาจากโลก โดยส่วนใหญ่อยู่ในรูปของอินฟราเรด บรรยากาศยังคงกักเก็บรังสีบางส่วนไว้ ส่งผลให้เกิดปรากฏการณ์เรือนกระจก และส่งผลต่ออุณหภูมิโลก

กฎหมายของ สเตฟาน-โบลต์ซมันน์ ได้มีการกำหนดว่าปริมาณพลังงานที่แผ่ออกมาจากวัตถุดำ ซึ่งถือว่าโลกเป็นอยู่ในบริบทนี้ เกี่ยวข้องกับอุณหภูมิยกกำลังสี่ในหน่วยเคลวิน เมื่อประเมินสมดุลพลังงานของโลก สิ่งสำคัญคือต้องพิจารณาว่าพลังงานที่ดูดซับนั้นตรงกับพลังงานที่แผ่กลับสู่อวกาศอย่างไร หากโลกได้รับพลังงานมากกว่าที่ปล่อยออกมา อุณหภูมิของโลกก็จะเพิ่มขึ้น ในขณะที่หากโลกปล่อยพลังงานมากกว่าที่ได้รับ อุณหภูมิของโลกก็จะลดลง สิ่งนี้มีความสำคัญต่อการทำความเข้าใจว่ามนุษย์ได้เปลี่ยนแปลงไปอย่างไร สมดุลพลังงาน.

บรรยากาศมีบทบาทสำคัญในสมดุลพลังงานเนื่องจาก ก๊าซเรือนกระจกเช่น คาร์บอนไดออกไซด์และมีเทน ดักจับรังสีอินฟราเรดที่ปล่อยออกมาบางส่วน ซึ่งทำให้โลกอบอุ่นขึ้น ปรากฏการณ์นี้เป็นสิ่งสำคัญในการทำความเข้าใจ เปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ และกิจกรรมของมนุษย์ได้เปลี่ยนแปลงสมดุลตามธรรมชาติได้อย่างไร ซึ่งเป็นหัวข้อที่ได้รับการพูดคุยกันอย่างเจาะลึกในหลายการศึกษา

El แรงบังคับการแผ่รังสี หมายถึงการเปลี่ยนแปลงสมดุลพลังงานของโลกอันเกิดจากปัจจัยภายนอก มีหน่วยวัดเป็นวัตต์ต่อตารางเมตร (W/m²) และอาจเป็นค่าบวก (ทำให้เกิดความร้อน) หรือค่าลบ (ทำให้เกิดความเย็น) ก็ได้ ปัจจัยที่สามารถส่งผลต่อแรงบังคับการแผ่รังสี ได้แก่:

• ความเข้มข้นของก๊าซเรือนกระจก: การเพิ่มขึ้นของก๊าซ เช่น CO₂, CH₄ และ N₂O จะกักเก็บความร้อนไว้ในชั้นบรรยากาศ ซึ่งจะเพิ่มแรงบังคับแผ่รังสีบวก
• สเปรย์ละออง: ละอองลอยอาจมีแรงบังคับการแผ่รังสีเป็นบวกหรือเป็นลบ ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบ ตัวอย่างเช่น ละอองซัลเฟตมีแนวโน้มที่จะสะท้อนรังสีดวงอาทิตย์กลับสู่อวกาศ ในขณะที่เขม่าสามารถทำให้บรรยากาศอบอุ่นขึ้นได้
• การเปลี่ยนแปลงการใช้ที่ดิน: กิจกรรมต่างๆ เช่น การตัดไม้ทำลายป่าทำให้ค่าสะท้อนแสงของพื้นผิวโลกเปลี่ยนแปลง ซึ่งส่งผลกระทบต่อการบังคับแผ่รังสีในที่สุด การลดพื้นที่ป่าโดยทั่วไปจะช่วยเพิ่มค่าสะท้อนแสงและอาจช่วยลดภาวะโลกร้อนได้
• การเปลี่ยนแปลงของพลังงานแสงอาทิตย์: การเปลี่ยนแปลงในกิจกรรมของดวงอาทิตย์ยังส่งผลต่อการบังคับการแผ่รังสี แม้ว่าผลกระทบเหล่านี้โดยทั่วไปจะเล็กน้อยเมื่อเทียบกับผลกระทบของความเข้มข้นของก๊าซเรือนกระจกในบริบทของ ภาวะโลกร้อน.

El แรงบังคับการแผ่รังสี เป็นแนวคิดสำคัญในภูมิอากาศวิทยา เนื่องจากช่วยให้เราสามารถวัดผลกระทบของปัจจัยต่างๆ ต่อสมดุลพลังงานของโลกได้ ตามรายงานของ IPCCการบังคับแผ่รังสีที่เกิดจากมนุษย์ในปี 2011 เทียบกับปี 1750 อยู่ที่ 2,29 W/m² ซึ่งบ่งบอกถึงการเพิ่มขึ้นที่เร็วขึ้นตั้งแต่ปี 1970 เนื่องมาจากความเข้มข้นของก๊าซเรือนกระจกที่เพิ่มขึ้น สิ่งนี้มีความสำคัญต่อการทำความเข้าใจวิวัฒนาการของ

แรงบังคับนี้มีความจำเป็นต่อการสร้างแบบจำลองการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศและคาดการณ์ว่าการเปลี่ยนแปลงสมดุลพลังงานจะส่งผลต่ออุณหภูมิโลกในอนาคตอย่างไร แบบจำลองสภาพภูมิอากาศปัจจุบันถือว่าการบังคับแผ่รังสีเป็นหนึ่งในตัวแปรหลักที่ต้องพิจารณาในการทำความเข้าใจและบรรเทาผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ

บทความที่เกี่ยวข้อง:

หิมะที่ละลายอาจช่วยเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศได้ส่วนหนึ่ง