כיצד קרינה השמש משפיעה על הטמפרטורה והאקלים של כדור הארץ

קרינה סולארית היא מקור האנרגיה העיקרי המניע את מערכת האקלים של כדור הארץ.כל דפוס מזג אוויר, זרם האוקיינוס והתהליך הביולוגי בסופו של דבר תלוי בזרימת האנרגיה מהשמש. להבין בדיוק איך האנרגיה הזו מגיעה לפלנטה, איך היא נספגת או משתקפת, וכיצד היא אינטראקציה עם האווירה, האוקיינוסים, משטחי הקרקע חיוני לתפוס את יכולת האוויר הטבעית ואת השינויים המוגברים על ידי פעילות אנושית, מספק מאמר מעמיק של פיזיקת, ואפקטים של הטמפרטורה הסולארית של כדור הארץ.

יסודות הקרינה השמש

טבע האנרגיה השמש

השמש פולטת אנרגיה על פני הספקטרום האלקטרומגנטי, מקרני גלמה באנרגיה גבוהה ועד גלי רדיו ארוכים באורך גלי גלי רדיו, עם זאת, רוב האנרגיה העצום שמגיע אל פני כדור הארץ נופל בתוך שלוש קטגוריות רחבות: אולטרה סגול (FLT:0UVoriphFLT:1), קרינה (כ-8% מהאנרגיה הנכנסתחילה), אור גלוי (כ-44%), ואדום (F:2IR 3: 3, 3, 000) הוא גם עבור חומר קרינה של כדור הארץ, 4.

קרינה סולארית מופקת על ידי תגובות היתוך גרעיניות בלב השמש, שם אטומי מימן מתמזגים אל הליום, שחרור כמויות עצומות של אנרגיה.אנרגיה זו קורנת החוצה ולוקח כשמונה דקות נסיעה של 150 מיליון קילומטרים לכדור הארץ.

השמש קונסטנטינוס

הקבוע הסולארי הוא הכמות הממוצעת של קרינה אלקטרומגנטית סולארית (התמדה) שהתקבלה בחלק העליון של האווירה של כדור הארץ על פני השטח perpendicular לקרני השמש.ערך שלה הוא בערך FLT:01361 וואט למטר מרובע (W/m2)FLT:1, למרות שדמות זו יציבה להפליא על פני כדור הארץ, היא משתנה מעט עם פעילות השמש של 11 שנים ומחזור אנרגיה ארוך טווח (מחזור זמן קצר) של כדור הארץ הוא שינויים קריטיים).

(ב) [15] ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

בידוד והפצתו

בידוד - כמות הקרינה הסולארית שמגיעה לאזור נתון - משתנה עם רוחב, זמן של יום, ועונה. כי כדור הארץ הוא spherical, קרני השמש להכות את המשווה ישירות יותר (זווית גבוהה יותר) מאשר הקטבים (זווית נמוכה יותר) זה לא אחידה הפצה היא הנהג הבסיסי של ⁇ טמפרטורה גלובלית ומחזור אטמוספרי.

תקציב האנרגיה של כדור הארץ: כיצד קרינת השמש מחממת את כדור הארץ

קרינה השמש הנכנסת

מתוך 1361 W/m2 בחלק העליון של האווירה, כ-30% משתקפים מיד לחלל על ידי עננים, חלקיקים אטמוספריים, משטחים בהירים (אלבדו) 20% נוספים נספגים על ידי האווירה, בעיקר על ידי אוזון (UV), מים פנויים ועננים.השאר FLT:050%FLT:1 מגיע על פני השטח, שם הוא נספג ומותיר לתוך חום זה, ונופח, ונופח, כוח השמש.

אפקט ההרזיה והירוקהאוס

פני האדמה, חמים על ידי קרינה סולארית, פולטים אנרגיה בצורת קרינה אינפרא אדום.עם זאת, לא כל זה IR בורח ישירות לחלל. גזי גרינהאוס - בעיקר מים vapor (H2O), פחמן דו חמצני (CO2), מתאן (CH4), וחמצן ניטרי (N2O) - סופג ו-Re-emit אטמוספירת אווירת מים בכל הכיוונים, כולל חזרה לאפקט טבעי של כדור הארץ (F) מאשר 0 ° C-F) מאשר תמיכה רגילה (N2C) בטמפרטורה של כדור הארץ (N2C) במקום 018D) בממוצע) – 018D) – 018D) – 018D) – 0183 (N2O) – 0183) – סופגת רגל) – 018D) – 0183) – 0) – 0 0 0 0 0) – 0) – 0-F) – סופגת מים בלבד, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת

פעילות אנושית הגבירה משמעותית את ריכוזי CO2, CH4 ו- N2O, שיפור אפקט החממה ומובילה להתחממות הגלובלית.הפיזיקה של תהליך זה מובנת היטב ואומתה כבר עשרות שנים של מדידות לוויין ובסיס קרקעיות.

(ב) [15] , [15] [15]

איזון תקציב אנרגיה

באקלים יציב, כמות האנרגיה הסולארית הנספסת על ידי מערכת כדור הארץ שווה את כמות האנרגיה אינפרא אדום הנפלטת בחזרה לחלל.כל חוסר איזון - בשל שינויים בתפוקה הסולארית, albedo או ריכוזי גזי החממה - מניע את האקלים לקראת איזון חדש.

Albedo: How Surface Type משפיע על הטמפרטורה

Albedo הוא השבריר של קרינה סולארית נכנסת אשר משתקפת על ידי משטח.זהו מספר חסר ממד בין 0 (מגש מושלם, למשל, אספלט שחור) ו 1 (משקל מושלם, למשל, שלג טרי).

Surface Type	Typical Albedo	Effect on Temperature
Fresh snow	0.80–0.90	Cools the surface by reflecting most incoming energy
Ice (e.g., sea ice)	0.50–0.70	Moderate cooling effect
Desert sand	0.30–0.45	Warms because much energy is absorbed
Forest (coniferous)	0.08–0.15	Low albedo; absorbs most solar energy
Open ocean	0.06–0.10	Very low albedo; absorbs heat strongly
Urban surfaces (asphalt, roofs)	0.05–0.20	Low albedo contributes to urban heat islands

Ice-Albedo Feedback

אחת הלולאות המשוב האקלימיות החשובות ביותר כרוכה שלג וקרח.כאשר הטמפרטורות עולות, התכות קרח, חשיפת אדמה או ים כהה יותר.המשטח הכהה סופג יותר קרינה סולארית, מה שהופך יותר התחממות, משוב חיובי.מנגנון זה מגביר את ההתחממות באזורים הקוטביים, מה שמוביל לתופעה המכונה הגדלת הקוטב.

שינוי וארץ

פעילויות אנושיות שמשנות כיסוי קרקע יש השפעה משמעותית על albedo וטמפרטורה מקומית. Deforestation, במיוחד באזורים טרופיים, מחליפות יערות אפלים, מורכבים עם יבולים קלים או מרעה.שינוי זה משתנה:0increasesFLT1 albedo, אשר עשוי להיות צפוי קירור פני השטח.

ריאציות עונתיות ולא-אפיודינאליות: מדוע אזורי אקלים קיימים

Axial Tilt and Seasons

ציר כדור הארץ נוטה בערך 23.5 מעלות יחסית למטוס המסלול שלה.הטיה גורמת לזווית של קרינה סולארית נכנסת להשתנות לאורך כל השנה, כמו כדור הארץ המקיף את השמש. במהלך הקיץ בחצי הכדור הצפוני, הקוטב הצפוני נוטה לכיוון השמש, וכתוצאה מכך אור שמש ישיר יותר וימים ארוכים יותר.ההפך מתרחש בחורף.

גודל השינוי עונתי תלוי בקווי הרוח.סמוך לקו המשווה, זווית השמש נותרה גבוהה יחסית לאורך השנה, המוביל לטמפרטורה עונתית מינימלית (למרות שהמשקעים יכולים להשתנות באופן דרמטי) באמצע הקווי הרוח (למשל, ארה"ב, אירופה, סין), עונות בולטות. באזורי הקוטב, הטיה הקיצונית מייצרת 24 שעות ביממה בקיץ וב-24 שעות ביממה בחורף, לטמפרטורות עצומות.

אזורי אקלים

ההפצה הבלתי שוויונית של קרינה סולארית על פני קווי הרוח יוצרת אזורי אקלים נפרדים:

(FLT:0) ,Tropical ZoneFLT:1 ( °-23.5°): טמפרטורות גבוהות של השנה; טמפרטורות חמות (ממוצע > 18 מעלות צלזיוס); גשם גבוה ליד אזור הריכוז הטרופי.
(ב) [ה] [ה] [ה]] [ה] [ה]] [ב] [ב]] [ב]]] [ב]]: חגורות לחץ גבוהות; שמים צלולים; תנאים עקשניים או חצי-ממדיקים (למשל, במדבר סהרה, ערב).
(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
(ב) [ה]:0] ⁇ ⁇ ⁇ [ה]: [ה] [ה] [ה]: [ה] ⁇ [ה], [ה], [ה]] ⁇ [ה], [התחילה], [התחילה] נמוכה מאוד; אוויר קר, יבש; יבש; קרח וצמחייה.

מערכות סיווג אקלים (למשל, Köppen-Geiger) משתמשות בטמפרטורות ובסףי משקעים שמקורם בסופו של דבר מהדפוס הזמני של קרינה סולארית.

שינויי השמש והשפעתו על האקלים

מחזורי כתמי השמש וההרסה המוחלטת

הפלט של השמש אינו קבוע לחלוטין.מעל מחזור של 11 שנים, פעילות השמש - נמדדת על ידי ספירת כתמי השמש - משתנה. במהלך מקסימום השמש, השמש פולטת מעט יותר אנרגיה (כ-0.1% גבוה יותר אי-הוריות הסולאריות) מאשר במהלך המינימום הסולארי.בעוד ששינוי זה קטן, הוא יכול להשפיע על דפוסי מזג האוויר העליונות והאזוריים של כדור הארץ.

וריאציות סולאריות ארוכות טווח, כגון המינימום של מאבא (תקופה של פעילות קטנה מאוד כתמי שמש בין 1645 ל-1715), במקביל לטמפרטורות גלובליות קרירות יותר (עידן הקרח הקטן) עם זאת, גודלה של השמש המאולץ במהלך תקופה זו מוערך להיות רק על −0.2 W/m2, הרבה יותר קטן מהעוצמה האנתרופית הנוכחית של +2.7/m (ARCC6).

(ב) ויקרא י"א:2 ,2 ,2NOAA חלל חיזוי מזג אוויר - מרכז חיזוי מזג האוויר של מחזור השמש

אורביטל (מילנקוביץ') מעגלי מחזור

מעל עשרות אלפי שנים, מסלול כדור הארץ משתנה בשלושה פרמטרים: אקסצנטריות (שאפת מסלול), אוברואה (נטייה אקסקלית), ופרישה (החלל) מחזורים אלה, אשר מחושבים לראשונה על ידי מילטונין מילטונין מילטוקוביץ', משנים את ההפצה והכמות של קרינה השמש שמגיעה לכוכב, במיוחד בקווי הרוחב גבוהים.

שינויים אנושיים לקרינת השמש ולאקלים

Greenhouse Gas Emissions

ההשפעה האנושית המשמעותית ביותר על תקציב האנרגיה של כדור הארץ היא העלייה בגזי החממה.מכיוון המהפכה התעשייתית, ריכוזי CO2 עלו מ-280 ppm ליותר מ-420 ppm, עלייה של 50%.מאטאן הוכפלה יותר מאשר גזים אלה סופגים קרינה אינפרא אדום, צמצום כמות המפלט לחלל.

קונסולות וזיהום

אווירוסולים של אדם (סולפט, פחמן שחור, אבק) יש השפעות קירור והתחממות.Sulfate aerosols לשקף קרינה סולארית נכנסת (כוח שלילי) ויכולים להאיר עננים (אפקט ענן albedo), לייצר קירור נטו. בניגוד, פחמן שחור (סווט) סופג קרינה סולארית ומחמם את האווירה.

שינויים קרקעיים

כפי שנדון תחת אלבדו, שינויים בשימוש הקרקע משנים כמה קרינה סולארית נספגת או משתקפת.אורבניזציה, חקלאות ופירוק שינויים באנרגיה מקומית ויכולים להשפיע על האקלים האזורי, כולל דפוסי המשקעים.

משככי כאבים שמגבירים או לשינויי האקלים

מים Vapor Feedback

מים vapor הוא גז חממה בשפע ביותר. as the airirth חם, היכולת שלה להחזיק מים vapor עלייה (יחס קלאסיוס-קלירון) יותר מים נפיחות יותר אינפרא אדום, עוד התחממות כדור הארץ - משוב חיובי חזק.זה מכפיל את ההתחממות מ- CO2 לבד.

Cloud Feedback

לעננים יש תפקיד כפול: הם משקפים קרינה סולארית מתקרבת (התרגילה) אבל גם לוכדים קרינה אינפרא אדום מתמשכת (התעוררות) בין אם משוב ענן הוא חיובי או שלילי הכולל תלוי בסוג, גובה וכיסוי של עננים.נמוך, עננים עבים (למשל, סטרטומולוס) נוטים להתקרר; עננים גבוהים, דקים (למשל, cirrus) נוטים לדגמי אקלים נוכחיים, אך ורק לדגמי אקלים חיוביים, אך ורק לאטמוספירה חיובית, אך ורק אם כן, אך ורק אם כן, היא עדיין נמוכה יותר, היא מוסיפה מקור זה עדיין נמוכה יותר, אך ורק לאטמוספירה של חוסר ודאות חיובית, אך היא עדיין נמוכה יותר.

Ice-Albedo Feedback (revisited)

כבר תיאר, זהו משוב חיובי ברור המזרז את ההתחממות באזורים עשירים בכישוף.

כמות הפחמן

חימום יכול לשחרר פחמן מאוחסן ב permafrost וקרקעות, הוספת יותר CO2 ומתאן לאטמוספירה - משוב חיובי נוסף. משוב אלה גורמים לו להיות חיוני להגביל התחממות נוספת.

השלכות על מודלים אקלים ופרויקטים עתידיים

סימולציה של השמש במודלים אקלים

מודלים כלליים של מחזור (GCMs) ומודלים של מערכת כדור הארץ (ESMs) חייבים לדמות במדויק את העברת הקרינה הסולארית דרך האווירה והאינטראקציה שלה עם עננים, אווירוסולים, ונכסים על פני השטח.מודלים אלה מחלקים את כדור הארץ לתוך תאי רשת והופכים את השטף האנרגיה בכל שלב.הייצוג של תהליכים רדיואקטיביים השתפר באופן דרמטי, אך לא בטוח בעננים ותהליכי אווירו-Aerosol נשארים בהצלחה.

דרישות קרינת השמש (SRM)

כמה הציע אסטרטגיות גיאו-גרינרינג נועדו להפחית באופן מלאכותי את כמות הקרינה הסולארית שמגיעה אל פני השטח - למשל, על ידי הזרקת אווירוסולים רפלקטיביים לתוך הסטרטוספרה (זריקת אווירוסול הסטרופלית) או על ידי עננים ימיים בהירים. בעוד שיטות אלה עלולות באופן זמני לזרז כמה התחממות, הם נושאים סיכונים משמעותיים, כגון שינוי דפוסים, דפלת איברים, אוזון, והתחממות פתאומית אם ההתחממות מהירה אם ההתחממות מהירה הייתה להפסיק את ההתחממות מהירה.

השורה התחתונה לעתיד האקלים

הבנת קרינה סולארית אינה רק פעילות אקדמית.אנרגיה השמש שמגיעה לכדור הארץ היא הנהג הבסיסי של האקלים שלנו.פעילות אנושית שינתה את האיזון הטבעי על ידי שיפור אפקט החממה ושינוי פני השטח אלבדו. התחממות עתידית תלויה בכמות גדולה יותר CO2 וגזי חממה אחרים שאנו פולטים, אלא גם תלוי משוב שיכול להגביר או לחט את התחזיות הראשוניות.

מסקנה

קרינה השמש היא המנוע של האקלים של כדור הארץ.הרכב ספקטרלי שלה, ההפצה שלה על פני שטח וזמן, ואת הדרך שבה היא אינטראקציה עם האווירה והמשטח לקבוע כל היבט של טמפרטורה ואקלים מן הסקאלה העולמית ועד מזג האוויר המקומי.מהפיזיקה של קבוע השמש ואלבדו ועד הלולאות המושמעות של קרח, עננים ונפיחות מים, הסיפור של קרינה סולארית הוא סיפור של אקלים כדור הארץ עצמו, כמו גם כדי לשנות את כדור הארץ, אבל לאזן את כדור הארץ קריטי של מערכות האנרגיה, אבל לא צריך להיות יותר של כדור הארץ, אבל לאזן, אלא גם את מערכות האנרגיה הקריטית, אלא גם את כדור הארץ, אבל לאזן, אבל לאזן, אבל לאזן את מערכות האנרגיה של כדור הארץ, אלא גם את כדור הארץ, לאזן, לאזן, אלא גם את כדור הארץ, אלא גם את מערכות האנרגיה הקריטית, אלא גם את מערכות האנרגיה הקריטיות, אלא גם את כדור הארץ, כדי לשנות את מערכות האנרגיה של אקלים, אבל לאזן, אבל לאזן בין כוכבי הלכת של אקלים, אבל לא יותר של כדור הארץ, אלא גם את כדור הארץ, אלא גם את מערכות האנרגיה של כדור הארץ, אלא גם את מערכות האנרגיה של אקלים, לאזן, לא צריך להיות יותר של כדור הארץ, אלא גם את מערכות האנרגיה הקריטית