Які фактори визначають клімат Землі?

Кліматична система – складна, інтерактивна система, що складається з атмосфери, земної поверхні, снігу і льоду, океанів, інших водних просторів і живих істот. Атмосферний компонент кліматичної системи найбільш очевидно характеризує клімат; клімат часто визначають як «середню погоду». Зазвичай клімат описують такими показниками, як середня температура, мінливість температури, кількість опадів і вітер за деякий період часу, тривалістю від декількох місяців до мільйонів років (класичний період – 30 років). Кліматична система розвивається з часом під впливом власної динаміки і внаслідок змін у зовнішніх факторах, які впливають на клімат (їх називають впливами »). Зовнішні впливи включають явища природи, такі як виверження вулканів і зміни сонячної активності, а також антропогенні зміни в складі атмосфери. Сонячне випромінювання живить кліматичну систему. Є три основні шляхи зміни радіаційного балансу Землі: 1) зміна надходить сонячної радіації (наприклад, внаслідок змін в орбіті Землі або в самому Сонце); 2) зміна тієї частки сонячної радіації, від якої потерпають (її називають «альбедо», наприклад, внаслідок змін в хмарному покриві, атмосферних частинках або рослинності); 3) зміна довгохвильового випромінювання Землі назад у космос (наприклад, шляхом зміни концентрацій парникових газів). Клімат, в свою чергу, реагує на такі зміни як прямо, так і опосередковано, за допомогою найрізноманітніших механізмів зворотного зв’язку.

У довгостроковому розрізі кількість надходить сонячної радіації, що поглинається Землею і атмосферою, врівноважується тим, що Земля і атмосфера випромінюють один і той же кількість минає довгохвильового випромінювання. Близько половини надходить сонячної радіації поглинається поверхнею Землі. Ця енергія передається в атмосферу шляхом нагрівання повітря, яка має контакт з поверхнею (тепловими чинниками), за допомогою евапотранспіраціі і за рахунок довгохвильового випромінювання, яке поглинають хмари і парникові гази. Атмосфера, в свою чергу, випромінює довгохвильову енергію назад на Землю, а також в космос. Джерело :: Kiehl and Trenberth (1997).
Кількість енергії, що досягає верхнього шару атмосфери Землі, в розрахунку на один квадратний метр поверхні, звернена до Сонця, в денний час складає близько 1370 Вт в секунду, а кількість енергії на квадратний метр в секунду в середньому по всій планеті дорівнює четвертій частині цієї величини ( см. рис. 1). Близько 30% сонячного світла, що досягає верхніх шарів атмосфери, відбивається назад в космос. Приблизно на дві третини ця відбивна здатність обумовлена ​​хмарами і дрібними частинками в атмосфері, відомими як «аерозолі». Світлі кольорові ділянки Землі – в основному сніг, лід і пустелі – відображають решту третину сонячного світла. Найбільш суттєва зміна обумовленої аерозолями відбивної здатності має місце, коли в результаті вивержень великих вулканів високо в атмосферу викидаються різні матеріали.

Дощ, як правило, вичищає аерозолі з атмосфери за один-два тижні, але коли в результаті інтенсивного виверження вулкана різні речовини викидаються вище найвищих хмар, ці аерозолі, як правило, впливають на клімат протягом одного року або двох років, і лише потім випадають в тропосферу і переносяться на поверхню з опадами. Тому сильні виверження вулканів можуть викликати падіння середньої глобальної температури поверхні приблизно на півградуса за Цельсієм, що може тривати місяцями і навіть роками. Деякі штучні аерозолі також істотно відбивають сонячне світло.

Енергія, яка не відбивається назад в космос, поглинається поверхнею Землі і атмосферою. Ця кількість складає близько 240 ват на квадратний метр (Вт / м2). Щоб врівноважити надходить енергію, Земля сама повинна випромінювати назад в космос в середньому ту ж саму кількість енергії. Земля робить це шляхом випромінювання, що йде довгохвильової радіації. Така кількість енергії людина відчуває від вогню; чим тепліше об’єкт, тим більше теплової енергії він випромінює. Щоб випроменити 240 Вт / м2, земної поверхні довелося б мати температуру близько -19 ° C. Це набагато холодніше тих умов, які актически існують на поверхні Землі (глобальна середня приземному температура – близько 14 ° C), тоді необхідні – 19 ° C спостерігаються на висоті близько 5 км від земної поверхні.

Причина, по якій поверхня Землі настільки тепла, складається в присутності парникових газів, які діють як частковий покрив для довгохвильового випромінювання, що надходить із земної поверхні. Це явище відоме як природний парниковий ефект. Найважливіші парникові гази – водяна пара і вуглекислий газ. Два найбільш поширених компонента атмосфери – азот і кисень – такого ефекту не мають.

В кліматичній системі є багато механізмів зворотного зв’язку, які можуть або посилювати ( «позитивний зворотний зв’язок»), або послаблювати ( «негативний зворотний зв’язок») ефекти зміни кліматичного впливу. Наприклад, у міру потепління клімату Землі через зростаючих концентрацій парникових газів сніг і лід починають танути. В результаті цього танення оголюються більш темні земні та водні поверхні, які були приховані під снігом і льодом, і ці темніші поверхні поглинають більше тепла Землі, викликаючи подальше потепління, що викликає подальше танення, і так далі, тобто має місце самопосилюється цикл. Цей контур зворотного зв’язку, відомий як «зворотний зв’язок між льодом і альбедо», підсилює початкове потепління, викликане підвищенням рівнів концентрації парникових газів. Виявлення, розуміння і точне вимірювання кліматичної зворотного зв’язку знаходиться в центрі великої кількості досліджень, проведених вченими, розгадувати складні загадки клімату Землі.

Посилання на основну публікацію