NASA GISS:Science Brief:Earth's Energy Unbalance

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Earth’s Energy Unbalance

By James Hansen,Makiko Sato,Pushker Kharecha and Karina von Schuckmann—January2012

海洋熱content有量を2000mの深さまで測定するArgoフロートの国際配列の展開は、過去十年の間に完了し、最高の評価が可能になった。地球のエネルギー不均衡の遠い。最近の強い太陽極小期に観測された惑星エネルギーの増加は、気候の太陽強制が、重要ではあるが、はるかに大きな人為的な気候強制に圧倒されていることを明らかにしている。測定された不均衡は、他の気候強制が固定されている場合、大気中のCO2を約350ppm以下に低減してグローバルに停止する必要があることを確認していまwarming.In 私たちの最近出版された論文（Hansen et al.,2011),我々はまた、人工エアロゾルによる気候強制(空気中の微粒子)通常想定よりも大きいことを示しています,継続的な気候変動を解釈するために正確な全

図1。2005年から2010年にかけての地球の（正の）エネルギー不均衡への貢献。南部の深海と深淵の海の推定値は、purkey and Johnson(2010)による疎な観測に基づいています。（クレジット: 地球のエネルギー不均衡は、地球に吸収される太陽エネルギーの量と、惑星が熱として宇宙に放射するエネルギーの量との差です。不均衡が正であり、外出よりも多くのエネルギーが入ってくる場合、私たちは地球が将来暖かくなることを期待することができますが、不均衡が負地球のエネルギー不均衡は、したがって、地球の気候の状態の単一の最も重要な尺度であり、それは将来の気候変動への期待を定義します。

エネルギーの不均衡は、惑星の熱慣性と組み合わせて惑星に作用する気候力の変化のために生じる。たとえば、太陽が明るくなると、それは温暖化の原因となる肯定的な強制です。地球が水星のようなもので、導電性の低い物質で構成され、海洋がない場合、表面温度は急速に上昇し、吸収された太陽エネルギーと同じくらいの熱エネル

地球の温度は、海が風と対流によってかなりの深さに混合されているため、海洋の熱慣性のために水星ほど速く調整されません。したがって、地球の表面温度が気候の強制に完全に対応するためには、何世紀もの時間が必要です。

気候の強制は、地球のエネルギーバランスに摂動を課しています。自然の力には、太陽の明るさの変化や火山噴火が含まれ、成層圏にエアロゾルを堆積させ、太陽光を宇宙に反射させることによって地球を冷却します。主な人為的気候強制は、地球の熱放射を捕捉することによって温暖化を引き起こす温室効果ガス（主にCO2）と、火山エアロゾルのように日光を反射し、冷

長寿命の気候強制の影響を考えてみましょう。太陽が明るくなり、1世紀以上明るくなったり、人間が長寿命の温室効果ガスを増加させたりするとします。どちらかの強制は、外出よりも多くのエネルギーが入ってくる結果。この不均衡に応答して惑星が暖まるにつれて、地球によって宇宙に放射される熱が増加する。最終的には、地球は太陽から受け取るほどのエネルギーを宇宙に放射するのに十分暖かい地球の温度に到達し、新しいレベルで気候を安定させます。このプロセス中のいつでも、残りの惑星エネルギーの不均衡は、地球温暖化がまだどれくらいの量であるかを推定することを可能にします。”

多くの国は、約十年前、2キロの深さに海の温度を測定する機器を”ヨーヨー”することができ、世界の海の周りにフロートを展開するために始めました。 2006年までに世界の海のほとんどをカバーする約3000台の山車がありました。これらのフロートは、von SchuckmannとLe Traon(2011)が6年間の2005年から2010年の間に、世界の海の上の2kmが惑星上で平均0.41W/m2の速度でエネルギーを得たと推定することを可能にした。

私たちは、2005年から2010年の期間に、より深い海、大陸、および世界中の氷の融解に入るエネルギーを推定するために他の測定値を使用しました。我々は、図に示すように分割された+0.58±0.15W/m2の総地球エネルギー不均衡を発見した。 1.

太陽の役割。2005年から2010年にかけて測定された正の不均衡は、正確な太陽モニタリングの期間中に最も深い太陽極小期に発生したため、特に重要です（図。 2). 太陽が唯一の気候強制または支配的な気候強制であった場合、惑星は太陽の最大値の間にエネルギーを得るが、太陽の最小値の間にエネルギーを失う。

図2。正確な衛星データの時代の太陽放射照度。左のスケールは、太陽と地球の線に垂直な領域を通過するエネルギーです。地球の表面上で平均化された吸収された太陽エネルギーは〜240W/m2であるので、太陽変動の振幅は〜0.25W/m2の強制です。(Credit:NASA/GISS)
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地球が深い長期の太陽極小期に0.58W/m2の速度でエネルギーを得たという事実は、平均以下の太陽放射照度によその結果は、他の強制の知識を考えると、驚きではありませんが、それは、太陽が支配的な気候強制であるという主張の明白な反論を提供します。

ターゲットCO2。測定された惑星のエネルギー不均衡は、気候を安定させるための基本的な要件である地球のエネルギーバランスを回復するために大気中のCO2を他の気候の強制が変わらなかった場合、宇宙への地球の放射線を0.5W/m2増加させるには、CO2を〜30ppmから360ppmまで削減する必要があります。しかし、0.58±0.15W/m2の不均衡が深い太陽極小期に測定されたことを考えると、おそらく宇宙への放射を0に近づける必要があります。75W/m2は、CO2を-345ppmに減らす必要があり、他の強制は変更されません。したがって、地球のエネルギー不均衡は、気候を安定させるためにCO2を約350ppm以下に低減しなければならないという他の理由から、以前の推定値を確, 2008).

エアロゾル。測定された惑星のエネルギー不均衡はまた、人為的な大気エアロゾルによって引き起こされる気候強制を推定することを可能にする。これは、エアロゾル強制が大きいと考えられているが、実際には測定されていないため重要である。

図3。温室効果ガス、エアロゾル、およびそれらの正味の効果による人為的な気候強制の概略図。人為的な温室効果ガス（GHG）の強制力は約+3W/m2であることが知られています（図2）。 3). 人工エアロゾルの正味の強制力は負（冷却）であるが、その大きさは広い範囲では不確実である（図2）。 3). エアロゾル強制は、いくつかのエアロゾルタイプがあり、黒いすすのようないくつかのエアロゾルが部分的に入射日光を吸収し、大気を加熱するため、複雑である。また、エアロゾルは水蒸気の凝縮核として働くため、雲の性質を変えることによって追加のエアロゾル気候の強制を引き起こす。その結果、以下で説明するように、エアロゾルの気候強制を定義するためには、高度なグローバル測定が必要です。

エアロゾル強制を知ることの重要性は、次の二つのケースを考慮することによって示されます: （1）正味の気候強制が〜2W/m2であるように、約-1W/m2のエアロゾル強制、（2）-2W/m2のエアロゾル強制、正味強制〜1W/m2をもたらす。エアロゾル強制の不確実性のために，両方の場合が可能である。

どちらの選択肢が真実に近いかは、人類が自分自身のために設定した”Faustian bargain”の用語を定義しています。

エアロゾル冷却が温室効果ガスの温暖化を部分的に相殺しているため、これまでのところ地球温暖化は制限されています。しかし、エアロゾルは数日しか空中に残っていないので、長寿命の温室効果ガスの増加に対応するために、より速く、より速く空気中に汲み上げなければなりません（化石燃料の排出量によるCO2の多くは数千年にわたって空気中に残ります）。しかし、粒子状大気汚染の健康への影響についての懸念は、人為的なエアロゾルの最終的な減少につながる可能性があります。その結果、人類のファウスティアン支払いが原因で来るでしょう。

真の正味強制力が+2W/m2（エアロゾル強制力-1W/m2）の場合、エアロゾルをクリーンアップするための主要な努力、例えば半分の減少でさえ、正味強制力は25％（2W/m2から2.5W/m2）にしか増加しない。しかし、正味の強制力が+1W/m2（エアロゾル強制力-2W/m2）の場合、エアロゾルを半分に減らすと正味の気候強制力が倍増します（1W/m2から2W/m2）。地球規模の気候の影響がすでに観察されていることを考えると（IPCC、2007;Hansen et al.,2012),気候強制を倍増させることは、人類が悲惨なFaustian支払いに直面する可能性があることを示唆しています.

図4。エアロゾル気候強制の三つの選択肢のための予想される地球エネルギー不均衡。測定された不均衡は、0.6W/m2に近い、エアロゾル強制が-1.6W/m2に近いことを意味する。気候変動に関する政府間パネル（IPCC、2007）による最後の評価に貢献するほとんどの気候モデルは、-0.5から-1の範囲のエアロゾル強制を採用しました。1W/m2であり、過去一世紀にわたって観測された地球温暖化と良好な一致を達成し、エアロゾル強制が中程度であることを示唆している。しかし、気候モデルにはあいまいさがあります。 IPCC（2007）で使用されているモデルのほとんどは、中間海洋と深海に効率的に熱を混合しているため、過去1世紀にわたって観測された0.8°Cで地球の表しかし、海洋がより深い海洋に熱をあまり効率的に混合しない場合、観測された地球温暖化と一致させるために必要な正味の気候強制はより小さ

地球のエネルギー不均衡は、正確に測定されれば、このあいまいさを解決する一つの方法を提供します。急速な海洋混合と小さなエアロゾル強制の場合は、観測された表面温暖化をもたらすために大きな惑星エネルギー不均衡を必要とする。エアロゾル光学深さの異なる選択のために観測された温暖化をもたらすために必要な惑星エネルギー不均衡を図に示す。 4、地球規模の気候シミュレーションの簡略化された表現に基づく(Hansen et al., 2011).

測定された地球エネルギー不均衡、+0.58W/m2 2005年から2010年の間に、エアロゾル強制が約-1であることを意味します。6W/m2、ほとんどのIPCCモデルで用いられるより大きい否定的な強制。我々は、これらの以前の研究で採用されたほとんどの気候モデルが適度に過剰な海洋混合を持っていたという証拠の複数の行を議論し、これは、彼らがより小さなエアロゾル強制で観測された地球の温度変化に良い適合を達成したという事実を説明することができます。

大きな（負の）エアロゾル気候強制は、この強制を引き起こすエアロゾルのより良い理解を達成することが不可欠です。残念なことに、詳細なエアロゾルの物理的性質を測定することができる最初の衛星、栄光ミッション（Mishchenko et al. 2007年）、打ち上げ失敗に見舞われた。開発途上国と先進国における排出量の変化の現在の正味の影響は非常に不確実であるため、代替ミッションを実施することが急務である

雲に対するエアロゾルの間接的な気候強制を評価するためのグローバル測定は、同時に同じ領域を見て二つの機器を用いて反射日射の高精度偏光測定と放出された熱放射の干渉測定を同時に必要とする。このような任務の概念が定義されている（Ｈａｎｓｅｎｅｔａｌ．,1993)と最近の再評価は、過度の政府のレビューパネルの要件なしに民間部門によって実施された場合、約$100Mのコストで達成することができることを示

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