Administração Nacional Aeronáutica e Espaço

Ciência Cuecas

Desequilíbrio de Energia da Terra

Por James Hansen, Makiko Sato, Pushker Kharecha e Karina von Schuckmann —janeiro de 2012

a Implantação de uma variedade internacional de flutuadores Argo, de medição do conteúdo de calor do oceano, a uma profundidade de 2000 m, foi concluído durante a última década, permitindo a melhor avaliação até o momento de desequilíbrio de energia da Terra. O ganho de energia planetária observado durante o recente forte mínimo solar revela que o esforço solar do clima, embora significativo, é esmagado por uma força climática humana muito maior. O desequilíbrio medido confirma que, se forem fixados outros forcings climáticos, o CO2 atmosférico deve ser reduzido para cerca de 350 ppm ou menos para parar o nível global. warming.In o nosso trabalho recentemente publicado (Hansen et al., 2011), também mostramos que o clima forçado por aerossóis feitos pelo homem (partículas finas no ar) é maior do que normalmente assumido, implicando uma necessidade urgente de medições precisas de aerossóis globais para ajudar a interpretar a mudança climática contínua.

Earth ‘ s energy desbalance is the difference between the amount of solar energy absorbed by Earth and the amount of energy the planet radiates to space as heat. Se o desequilíbrio é positivo, mais energia entrando do que saindo, podemos esperar que a terra se torne mais quente no futuro — mas mais fria se o desequilíbrio for negativo. O desequilíbrio energético da terra é, portanto, a medida mais crucial do Estado do clima da terra e define as expectativas para as futuras alterações climáticas.o desequilíbrio de energia surge por causa das mudanças das forças climáticas atuando no planeta em combinação com a inércia térmica do planeta. Por exemplo, se o sol se torna mais brilhante, isso é uma força positiva que causará o aquecimento. Se a Terra fosse como mercúrio, um corpo composto de material de baixa condutividade e sem oceanos, sua temperatura de superfície subiria rapidamente para um nível em que o planeta estava novamente irradiando tanta energia de calor para o espaço quanto a energia solar absorvida.a temperatura da terra não se ajusta tão rapidamente quanto a de mercúrio devido à inércia térmica do oceano, o que é substancial porque o oceano é misturado a profundidades consideráveis por ventos e convecção. Assim, requer séculos para que a temperatura da superfície da Terra responda plenamente a um clima forçado.forcamentos climáticos são impostas perturbações ao balanço energético da Terra. Forcings naturais incluem a mudança do brilho do sol e erupções vulcânicas que depositam aerossóis na estratosfera, assim esfriando a Terra refletindo a luz solar de volta ao espaço. Os principais factores climáticos produzidos pelo ser humano são os gases com efeito de estufa (principalmente o CO2), que provocam o aquecimento através da captura da radiação de calor da terra, e aerossóis produzidos pelo ser humano, que, tal como os aerossóis vulcânicos, reflectem a luz solar e têm um efeito de arrefecimento.vamos considerar o efeito de um clima de longa duração forçando. Digamos que o sol se torna mais brilhante, ficando mais brilhante por um século ou mais, ou os seres humanos aumentam gases de efeito estufa de longa duração. Ou forçar resulta em mais energia a entrar do que a sair. À medida que o planeta aquece em resposta a este desequilíbrio, o calor irradiado para o espaço pela Terra aumenta. Eventualmente a Terra atingirá uma temperatura global quente o suficiente para irradiar para o espaço tanta energia como recebe do sol, estabilizando assim o clima no novo nível. A qualquer momento durante este processo, o desequilíbrio de energia planetária restante nos permite estimar o quanto o aquecimento global ainda está “no oleoduto.”

muitas nações começaram, cerca de uma década atrás, a implantar flutuadores ao redor do oceano mundial que poderiam “yo-yo” um instrumento medindo a temperatura do oceano a uma profundidade de 2 km. Em 2006, havia cerca de 3000 carros alegóricos cobrindo a maior parte do oceano mundial. Estes flutuadores permitiram que von Schuckmann e Le Traon (2011) estimassem que, durante o período de 6 anos 2005-2010, os 2 km superiores do oceano mundial ganharam energia a uma taxa de 0,41 W/m2 em média sobre o planeta.usamos outras medidas para estimar a energia que vai para o oceano mais profundo, para os continentes e para a fusão do gelo em todo o mundo no período 2005-2010. Encontramos um desequilíbrio total de energia terrestre de + 0.58±0.15 W / m2 dividido como mostrado na Fig. 1.o papel do sol.O desequilíbrio positivo medido em 2005-2010 é particularmente importante porque ocorreu durante o mínimo solar mais profundo no período de monitorização solar precisa(Fig. 2). Se o Sol fosse o único clima forçando ou o clima dominante forçando, então o planeta ganharia energia durante o máximo solar, mas perderia energia durante os mínimos solares.

O fato de que a Terra ganho de energia, a uma taxa 0.58 W/m2 durante uma profunda prolongada solar mínimo revela que existe uma forte positiva forçando sobrecarregar o negativo forçando abaixo da média irradiância solar. Esse resultado não é uma surpresa, dado o conhecimento de outros forcings, mas fornece uma refutação inequívoca das afirmações de que o sol é o clima dominante forçando.CO2 alvo.O desequilíbrio energético planetário medido fornece uma avaliação precisa imediata de quanto CO2 atmosférico precisaria ser reduzido para restaurar o balanço energético da Terra, que é o requisito básico para estabilizar o clima. Se outros forcings climáticos não fossem alterados, o aumento da radiação da terra para o espaço em 0,5 W / m2 exigiria a redução do CO2 em ~30 ppm a 360 ppm. No entanto, dado que o desequilíbrio de 0,58±0,15 W/m2 foi medido durante um mínimo solar profundo, é provavelmente necessário aumentar a radiação para o espaço mais próximo de 0.75 W / m2, o que exigiria a redução do CO2 para ~345 ppm, mantendo-se inalterados os outros revestimentos. Assim, o desequilíbrio de energia da Terra confirma uma estimativa anterior por outro motivo que o CO2 deve ser reduzido para cerca de 350 ppm ou menos para estabilizar o clima (Hansen et al., 2008).aerossóis.O desequilíbrio de energia planetária medido também nos permite estimar a força climática causada por aerossóis atmosféricos de origem humana. Isto é importante porque acredita-se que a força aerossol seja grande, mas é praticamente não mensurado.

the human-made greenhouse gas (GHG) forcing is known to be about +3 W/m2 (Fig. 3). A força líquida de aerossol feita pelo homem é negativa (resfriamento), mas sua magnitude é incerta dentro de uma ampla gama (Fig. 3). A força do aerossol é complexa porque existem vários tipos de aerossol, com alguns aerossóis, como fuligem preta, parcialmente absorvendo a luz solar incidente, aquecendo assim a atmosfera. Também aerossóis servem como núcleos de condensação para o vapor de água, causando um clima adicional de aerossol forçando por alterar as propriedades da nuvem. Como resultado, medições globais sofisticadas são necessárias para definir o forçamento do clima do aerossol, como discutido abaixo.

a importância de conhecer a força do aerossol é demonstrada considerando os dois casos seguintes:: (1) aerossol forçando cerca de -1 W/m2, de tal forma que o clima líquido forçando é ~ 2 W/m2, (2) força aerossol de -2 W/m2, resultando em uma rede forçando ~1 W/m2. Ambos os casos são possíveis, devido à incerteza na força aerossol.

Que alternativa está mais perto da verdade define os Termos de um “acordo faustiano” que a humanidade estabeleceu para si mesma. Até agora, o aquecimento Global tem sido limitado, uma vez que o arrefecimento do aerossol compensou parcialmente o aquecimento dos gases com efeito de estufa. Mas os aerossóis permanecem no ar apenas vários dias, então eles devem ser bombeados para o ar mais rápido e rápido para manter o ritmo com o aumento de gases de efeito estufa de longa duração (grande parte do CO2 das emissões de combustíveis fósseis permanecerá no ar por vários milênios). No entanto, é provável que a preocupação com os efeitos da poluição atmosférica em partículas na saúde conduza a uma eventual redução dos aerossóis de origem humana. Então, o pagamento faustiano da humanidade será devido.

Se a verdadeira força da rede for +2 W / m2( força aerossol-1 W / m2), mesmo um grande esforço para limpar aerossóis, por exemplo, redução pela metade, aumenta a força líquida apenas 25% (de 2 W/m2 para 2,5 W/m2). Mas se a força líquida for +1 W / m2( força aerossol-2 W / m2), a redução de aerossóis em metade duplica a força climática líquida (de 1 W/m2 para 2 W/m2). Dado que os efeitos climáticos globais já são observados (IPCC, 2007; Hansen et al.,2012), dobrando o clima forçando sugere que a humanidade pode enfrentar um pagamento faustiano grave.

Most climate models contributing to the last assessment by the Intergovernamental Panel on Climate Change (IPCC, 2007) employed aerossol forcings in the range -0.5 to -1.1 W / m2 e alcançou um bom acordo com o aquecimento global observado ao longo do século passado, sugerindo que a força aerossol é apenas moderada. No entanto, há uma ambiguidade nos modelos climáticos. A maioria dos modelos usados no IPCC (2007) misturam o calor de forma eficiente no oceano intermediário e profundo, resultando na necessidade de um grande clima forçando (~2 W/m2) a aquecer a superfície da Terra pela observada 0,8°C ao longo do século passado. Mas se o oceano mistura calor no oceano mais profundo de forma menos eficiente, o clima líquido forçando necessário para igualar o aquecimento global observado é menor.o desequilíbrio de energia da terra, se medido com precisão, fornece uma maneira de resolver esta ambiguidade. O caso da rápida mistura oceânica e do pequeno esforço de aerossol requer um grande desequilíbrio de energia planetária para produzir o aquecimento da superfície observado. O desequilíbrio de energia planetário necessário para produzir o aquecimento observado para diferentes escolhas de profundidade óptica de aerossol é mostrado na figura. 4, baseado em uma representação simplificada de simulações climáticas globais (Hansen et al., 2011).

desequilíbrio de energia da Terra medido, +0,58 W / m2 durante 2005-2010, implica que o esforço do aerossol é cerca de -1.6 W / m2, uma força negativa maior do que a utilizada na maioria dos modelos IPCC. Discutimos várias linhas de evidência de que a maioria dos modelos climáticos Empregados nesses estudos anteriores tinham uma mistura de oceano moderadamente excessiva, o que poderia explicar o fato de que eles conseguiram um bom ajuste para a mudança de temperatura global observada com um menor força aerossol.

O grande (negativo) clima aerossol forçando torna imperativo que nós alcancemos uma melhor compreensão dos aerossóis que causam este esforço. Infelizmente, o primeiro satélite capaz de medir propriedades físicas detalhadas de aerossol, a missão Glory (Mishchenko et al., 2007), sofreu uma falha no lançamento. É urgente que uma substituição missão de ser realizadas, como o presente líquido do efeito de mudança de emissões em países desenvolvidos e em desenvolvimento é altamente incerto

Global medições para avaliar o aerossol indiretos do clima forçar, através de aerossol efeitos sobre as nuvens, exigem simultânea de alta precisão polarimetric medições de radiação solar reflectida e interferométrico de medições de emissão de radiação de calor com os dois instrumentos olhando para a mesma área ao mesmo tempo. Tal conceito de missão foi definido (Hansen et al., 1993) e recentes reavaliações indicam que ele poderia ser alcançado a um custo de cerca de US $100 milhões se realizado pelo setor privado, sem a exigência de painéis de revisão do governo indevido.

Related Link

NASA News Release:Earth’s Energy Budget Remained Out of Balance Despite Unusually Low Solar Activity

Hansen, J., W. Rossow, and I. Fung (Eds.), 1993: Long-term Monitoring of Global Climate Forcings and Feedbacks,NASA Conf. Publ. 3234, Goddard Institute for Space Studies, New York.Hansen, J., Mki. Sato, P. Kharescha, D. Beerling, R. Berner, V. Masson-Delmotte, M. Pagani, M. Raymo, D. L. Royer, and J. C. Zachos, 2008:Target atmospheric CO2: Where should humanity aim?Abrir Atmos. Ciência. J., 2, 217-231, doi:10.2174/1874282300802010217. Hansen, J., Mki. Sato, P. Kharescha, and K. von Schuckmann, 2011:Earth’s energy desequilíbrio and implications.Atmos. Chem. Phys., 11, 13421-13449,doi:10.5194/acp-11-13421-2011. Hansen, J., Mki. Sato, and R. Ruedy, 2012:Perceptions of climate change: The new climate dice, URL http://www.columbia.edu/~jeh1/mailings/2012/20120105_PerceptionsAndDice.pdf, last accessed Jan. 6, 2012-não disponível abr. 10, 2018

Intergovernamental Panel on Climate Change (IPCC),Climate Change 2007: the Physical Science Basis,S. Solomon, D. Qin, M. Manning, Z. Chen, M. Marquis, K. B. Averyt, M. Tignor and H. L. Miller (Eds.), Cambridge Univ. Press, 996 pp.

Mishchenko, M. I., B. Cairns, G. Kopp, C. F. Schueler, A. B. Fafaul, J. E. Hansen, R. J. Hooker, T. Itchkawich, H. B. Maring, e L. D. Travis, 2007:monitoramento Preciso da terrestres: aerossóis e irradiância solar total: Introdução a Glória missão.iBull. Amer. Meteorol. Soc., 88, 677-691,doi: 10.1175/BAMS-88-5-677.

Purkey, S. G., and G. C. Johnson, 2010: Warming of global abyssal and deep southern ocean between the 1990s and 2000s: contributions to global heat and sea level rise budgets, J. Climate, 23, 6336-6351, doi:10.1175/2010JCLI3682.1.Von Schuckmann, K., and P.-Y. Le Traon, 2011: How well can we derive global ocean indicators from Argo data?Ocean Sci., 7, 783-791, doi: 10.5194/os-7-783-2011.

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