Введение

Учет потоков энергии, определяющих температуру поверхности Земли и обеспечивающих функционирование ее климата.
Потоки энергии на поверхности Земли и выше.

[[File:16.8 sunEarth energy imbalancev2. png|thumb|upright=1.4|Энергетический баланс и дисбаланс Земли, показывающий, куда направляется избыточная энергия: исходящее излучение уменьшается из-за увеличения концентрации парниковых газов в атмосфере, что приводит к энергетическому дисбалансу Земли, составляющему около 460 ТВт. Основной причиной изменений в энергетическом балансе Земли являются изменения в составе атмосферы, вызванные деятельностью человека. Эти изменения включают в себя "энергетический бюджет верхней границы атмосферы, бюджет энергии поверхности, изменения в глобальном энергетическом запасе и внутренние потоки энергии в климатической системе". В этом выражении σ – постоянная Стефана-Больцмана, а ε – эмиссионная способность атмосферы, которая меньше 1, поскольку атмосфера не излучает в диапазоне длин волн, известном как атмосферное окно. Аэрозоли, облака, водяной пар и следовые парниковые газы вносят вклад в эффективное значение, приблизительно равное ε = 0,78. Высокая чувствительность к температуре (в четвертой степени) поддерживает близкий баланс между исходящим и входящим потоками энергии за счет небольших изменений абсолютной температуры планеты. thumb|upright=1.3|Увеличение парникового эффекта Земли без учета облачности (2000–2022) на основе спутниковых данных. Наблюдая за Землей из окружающего космоса, можно увидеть, что парниковые газы влияют на эмиссионную способность атмосферы планеты (ε). Изменения в составе атмосферы таким образом могут смещать общий радиационный баланс. Например, увеличение удержания тепла из-за роста концентрации парниковых газов (т.е. усиление парникового эффекта) приводит к уменьшению OLR и возникновению энергетического дисбаланса, вызывающего потепление (восстановительного характера). В конечном итоге, при увеличении или уменьшении количества парниковых газов температура поверхности повышается или понижается до тех пор, пока поглощенное солнечное излучение не станет равным исходящему длинноволновому излучению, то есть ASR не станет равным OLR.

Энергетический дисбаланс Земли (EEI)

Файл: Плакат энергетического бюджета Земли НАСА. Флюсы инфракрасного излучения спутниковой системы. Энергетический бюджет Земли (в Вт/м²) определяет климат. Это баланс входящего и исходящего излучения, который можно измерить с помощью спутников. Энергетический дисбаланс Земли – это количество "чистой поглощенной" энергии, которое возросло с +0,6 Вт/м² (оценка на 2009 год). [[Файл:Схематическая презентация теплового запаса Земли для текущего антропогенно вызванного положительного энергетического дисбаланса Земли (EEI) в верхней части атмосферы (TOA).png|thumb|upright=1.3|Схематическое изображение избыточного теплового запаса Земли и энергетического дисбаланса за два последних периода времени. Океанские воды особенно эффективно поглощают солнечную энергию и обладают гораздо большей общей теплоемкостью, чем атмосфера. Исследовательские суда и станции измеряют температуру моря на глубине и по всему миру с до 1960 года. Кроме того, после 2000 года расширяющаяся сеть из почти 4000 автономных буев Argo измеряет температурную аномалию или, эквивалентно, изменение теплового содержания океана (ΔOHC). По крайней мере с 1990 года ΔOHC увеличивается устойчивыми или ускоряющимися темпами. ΔOHC представляет собой наибольшую часть EEI, поскольку океаны до сих пор поглощают более 90% избыточной энергии, поступающей в систему с течением времени (Δt): большая часть поглощенного тепла идет на таяние льда и вечной мерзлоты или на испарение большего количества воды из почвы.

Измерения в верхней части атмосферы (TOA)

Несколько спутников измеряют энергию, поглощаемую и излучаемую Землей, и, следовательно, косвенно оценивают энергетический дисбаланс. Они расположены на верхней границе атмосферы (TOA) и предоставляют данные, охватывающие всю планету. Проект NASA Earth Radiation Budget Experiment (ERBE) включал три таких спутника: Earth Radiation Budget Satellite (ERBS), запущенный в октябре 1984 года; NOAA 9, запущенный в декабре 1984 года; и NOAA 10, запущенный в сентябре 1986 года. Последующее исследование поведения с использованием климатической модели GFDL CM4/AM4 показало, что вероятность того, что наблюдаемая тенденция вызвана исключительно внутренней изменчивостью климата, составляет менее 1%. Дальнейшие спутниковые измерения, включая данные TRMM и CALIPSO, выявили увеличение количества осадков, которое поддерживается усилением энергии, уходящей с поверхности посредством испарения (скрытой теплоты), частично компенсируя рост длинноволнового парникового потока к поверхности. Эти изменения привели к измеримым изменениям геометрической формы и гравитации планеты. Изменения в распределении массы воды в гидросфере и криосфере были определены на основе гравиметрических наблюдений, полученных с помощью приборов спутников GRACE. Эти данные были сопоставлены с топографией поверхности океана и дополнительными гидрографическими наблюдениями с использованием вычислительных моделей, учитывающих тепловое расширение, изменения солености и другие факторы. Полученные таким образом оценки ΔOHC и EEI согласуются с другими (в основном) независимыми оценками в пределах погрешности.

Значение как показатель изменения климата

Ученые-климатологи Кевин Тренберт, Джеймс Хансен и их коллеги выделили мониторинг энергетического дисбаланса Земли как важный показатель, который поможет политикам определить темпы реализации мер по смягчению последствий изменения климата и адаптации к ним. В силу инерции климатической системы, долгосрочные тенденции ЭДЗ (энергетического дисбаланса Земли) могут прогнозировать дальнейшие изменения, которые уже "заложены" в систему. Понимание того, как избыточная энергия влияет на погодные системы и количество осадков, имеет решающее значение для объяснения участившихся экстремальных погодных явлений.