התפקיד הבסיסי של קרינה סולארית ב- Polar Climate

קרינה השמש משמשת כנהג העיקרי של מערכת האקלים של כדור הארץ, והשפעתה בולטת במיוחד באזורים הקוטביים.האנטארקטי והאנטארקטיקה מקבלים אנרגיה סולארית בזווית של אובריקה, וכתוצאה מכך אנרגיה נמוכה יותר של פלוקס לכל אזור בהשוואה לאזורים קוהטוריים. גורם גיאומטרי זה מעצב באופן בסיסי דינמיק אקלים הקוטבי ומשלב את הבמה למנגנוני משוב עוצמתיים המאפיינת את הסביבות הללו.

הגמישות של קרינה סולארית באזורי הקוטב היא קיצונית.במהלך הקיץ, השמש נותרה מעל האופק למשך 24 שעות ביממה בקווי הרוח מעל חוג הארקטי והאנטארקטיקה, המספקת אנרגיה סולארית מתמשכת שמניעה התכה ופרודוקטיביות ביולוגית. בחורף, השמש נעלמת לחלוטין במשך חודשים, העמיסה את האזורים האלה לחשיכה ומאפשרת לטמפרטורות לצנרת.

קטגוריה: Solar Input

המעגל השנתי של קרינה השמש באזורי הקוטב הוא ייחודי אסימטרי.בקוט הצפוני, השמש עולה סביב השוויון המוחלט במארס ומארגן סביב השווין בסתיו בספטמבר, המספק שישה חודשים של אור יום מתמשך, אך מכיוון שמש נותרת נמוכה באופק אפילו בנקודה הגבוהה ביותר שלה, האנרגיה הכוללת המתקבלת ביום היא פחות מאשר באמצע הקיצור של התופעה הזאת, המכונה אור השמש 3.103, לעומת זאת, ללא קשר ישיר עם אור השמש: 1 ניגודים, ללא קשר ישיר עם הזמן, כאשר אין גבולי משקל, כאשר הוא פחות מגובהו של יום אחד, כאשר הוא פחות מאשר באמצע ימי הביניים, הוא פחות מאשר באמצע הקיץ, בין התאריכים 1 LTF2, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת 1 עד היום, לעומת 1 LTF1, לעומת 1 -2, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, כאשר הוא פחות מאשר רוחב יום אחד, לעומת זאת, כאשר הוא פחות מאשר באמצע ימי הביניים, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, כאשר הוא פחות מאשר באמצע ימי הביניים, לעומת זאת, לעומת זאת, 1 LTF1, לעומת זאת, כאשר אור

מחזור סולארי קיצוני זה משפיע ישירות על טמפרטורות פני השטח במהלך הלילה הקוטבי, קרינה גלי ארוך יוצאת עולה על קרינה גלי קצר מתקרב, גרימת אובדן אנרגיה נטו שמניעה טמפרטורות מתחת -40 מעלות צלזיוס באזורים רבים.כאשר אור השמש חוזר באביב, מאזן האנרגיה משתנה, אבל אלבדו הגבוה של שלג וקרח בתחילה משקפת הרבה של קרינה נכנסת, עיכוב התגובה הזו היא תכונה קריטית של אקלים הקוטב המשפיע על כל כך הרבה ממחזור הקרח.

קטגוריה: Solar Input

גודל הקרינה הסולארית המגיעה אל פני השטח הקוטבי תלוי לא רק באורך יום אלא גם בתנאי אטמוספיריים.כיסוי עננים, אווירוסולים, וחום מים אטמוספרי כל מאמת את העברת השמש.באנטארקטי, ענני קיץ לעתים קרובות מפחיתים קרינה סולארית על פני השטח ב-30 עד 50%, בעוד שמיים ברורים במהלך האביב יכולים להמיס באמצעות קרינה ישירה.

מדדים מפלטפורמות לוויין כגון ענני נאס"א ומערכת האנרגיה הרדיאנט של כדור הארץ (CERES) פיתחו את ההבנה שלנו של תהליכים אלה. נתונים מסה"נRES מראים כי הארקטי מקבל כ 80-100 W/m2 של קרינה סולארית ברשת במהלך יוני וולי, בהשוואה ל-400 W/m2 בטרופיים, אך קלט צנוע יחסית זה הוא מספיק כדי להניע שינויים דרמטיים בכיסוי של לולאות.

מכניזם של אנרגיה Absorption והשתקפות

כאשר קרינה סולארית מגיעה אל פני השטח הקוטבי, גורלה תלוי באופן ביקורתי על נכסים על פני השטח.על השלג והקרח הבהיר, עד 90% מקרינת הגל הקצר הקרובה משתקפת חזרה לחלל.Over Open Ocean, אותה קרינה נספגת במידה רבה, עם רק כ-6–8% משתקפים.

ספיגה של קרינה סולארית על ידי משטחים אפלים מניעים התכה דרך מספר מסלולים. ספיגת ישירה מחמם את שכבת פני השטח, בעוד קרינה מועברת חודרת מים רדודים וקרח, התחממות אותם מבפנים. בקרח הים, תהליך זה יוצר בריכות נמס על פני השטח - כתמים דקרקים כי עוד להפחית את albedo ולהמיס. היווצרות של בריכות נמס היא דוגמה קלאסית של משוב חיובי הפועלים בקנה מידה מקומי בתוך מערכת המשטח גדול יותר.

קרינה סולארית וקרח מלאט Dynamics

היחסים בין קרינה סולארית לקרח הם לא לינאריים ורגישים מאוד.שינויים קטנים בתזמון או אינטנסיביות של קלט סולארי יכול לייצר אפקטים גדולים באופן לא פרופורציונלי על היקף הקרח בגלל משוב אלבדו. לדוגמה, התפרצות באביב מוקדמת יותר חושפת פני השטח האפלים מוקדם יותר, מרחיבה את תקופת ספיגה אנרגיה נטו ולהגדיל את ההיתוך עונתי הכולל.

תצפית מהמרכז הלאומי שלג וקרח (NSIDC) מראה כי היקף הקרח הארקטי ירד בכ-13% בעשור מאז החל שיאי לוויין ב-1979. ירידה זו קשורה ישירות לקליטת קרינה סולארית במהלך חודשי הקיץ.כאשר נמס, האוקיינוס הכהה סופג יותר אנרגיה, אשר מחמם את המים והקפאה בסתיו, מה שמוביל לקרח פגיע יותר למחזור הקרח שלאחר הקיץ, הוא מכווץ את מעגל הקרח.

אפקט אלבדו: הקלה אקליםית קריטית

אפקט albedo הוא ככל הנראה משוב האקלים החשוב ביותר הפועלים באזורי הקוטב. Albedo, המוגדר כשבריר של קרינה סולארית מקרית שמשתקף על ידי משטח, משתנה באופן נרחב על פני סוגים שונים של משטחים שונים.של שלג טרי יש albedo של 0.8-0.9, כלומר זה משקף 80-90% של אור השמש הנכנס. ים ללא כיסוי שלג יש albedo של 0.5-07, בעוד הספירה לאחור הוא להפחית את זה עד 0.2 קמצוץ של מים.

Defining Albedo ו- Variability

Albedo הוא לא נכס קבוע אבל משתנה עם זווית zenith השמש, אורך גל ומצב פני השטח. באזורי הקוטב, זווית zenith גבוהה zenith זה אומר כי אור השמש נוסע דרך יותר אווירת ומכה את פני השטח בזווית של אובריקה, אשר בדרך כלל מגביר את albedo בהשוואה לתנאי השמש הקדמיים.בנוסף, שלג וקרח albedo הוא תלוי גל: הם משקפים חזק יותר בגל גלויות בתכונות גלויות כמעט מפסדות, קרוב לטכניקות מתוחכמות מרוחקות.

שינויים עונתיים באלבדו הם דרמטיים.ב הארקטי, פני השטח הממוצע albedo נע בין 0.8 באפריל, כאשר כיסוי שלג הוא נרחב ורענן, ל- 0.3 בספטמבר, כאשר רוב הקרח הימי נמס והאוקיינוס נחשף.זה עונתי של 0.5 באלבדאו מייצג שינוי מסיבי בתקציב האנרגיה של האזור, שווה שינוי משמעותי משקף מאוד למצב של מדינה מאוד.

ה- Ice-Albedo Feedback Loop

משוב קרח-אלבדו הוא דוגמה ויזואלית של משוב אקלים חיובי.זה פועל כדלקמן: התחממות ראשונית גורמת קצת קרח להתמוסס, צמצום השטח של משטח קרקעי גבוה.זה חושף משטחים כהים שספגו יותר קרינה סולארית, המוביל להתחממות נוספת והיתוך קרח נוסף.הלאה מגבירה את ההפוכה המקורית ויכולה להניע את המערכת למצב חדש.

משוב זה היה מסובך בירידה המהירה של קרח הים הארקטי שנצפה בעשורים האחרונים.מודלים אקלים הכוללים ייצוגים ריאליים של משוב על הקרח-אלבדו באופן עקבי פרויקט התחממות ארקטית מהירה יותר מאלה שאינם, תחת קורת חשיבותו.השוב פועל גם הפוך: אם האקלים קריר יותר, צורות קרח יותר, הגדלת alobed והשתקפות של יותר אור שמש, אשר משקף יותר בהירות.

הבדלים אזוריים: אנטארקטיקה לעומת אנטארקטיקה אלבדו

בעוד שני האזורים הקוטביים חווים את משוב הים הקרח, יש הבדלים חשובים.האנטארקטי הוא האוקיינוס מוקף יבשות, הקרח הימי שלה הוא דק יחסית ונייד. ים קרח, לעומת זאת, מקיף יבשת ומושפע על ידי הקרח המזרחי העצום של אנטארקטיקה, שיש לו albedo קרוב ל- 0.9.האוקיינוס הדרומי יש גם רוחות חזקות יותר ואוקיינוסים נוכחיים כי תחבורה הקרח אופקית, המשפיעה על ההפצה המרחבית של albed albedo.

מעניין לציין, היקף הקרח הימי האנטארקטי הראה יותר גמישות ועלייה קלה במהלך תקופת הלוויין, בניגוד להידרדרות הדרמטית באנטארקטיקה.ההבדל הזה מיוחס לגורמים כולל תחבורה חזקה יותר של חום האוקיינוס באוקיינוס הדרומי, ההשפעה של חור האוזון על מחזור אטמוספירי, ואת הגיאוגרפיה שונה של האזור האנטארקטי.

אינטראקציה בין קרינה סולארית ואלבדו

האינטראקציה בין קרינה סולארית ואלבדו אינה מערכת יחסים פשוטה, אלא מערכת דינמית, מזוגית.שינויים בקלט סולארי משפיעים על תנאי פני השטח, אשר בתורו משנה את albedo, אשר משנה את ספיגת האנרגיה הסולארית. הפיכה זו יוצרת לולאות משוב הפועלות על מספר רב של לוחות זמנים, ממחזורי התכה יומיומיים של התכה והתחדשות למגמות מרובות של קרח.

משככי כאבים חיוביים ושליליים

משוב על הקרח הוא המשוב החיובי הדומיננטי במערכת האקלים הקוטבית, אך משובים אחרים פועלים גם כן. משוב ענן-bedo, למשל, כרוך בשינויים בכיסוי ענן המשפיעים הן על גלי קצרים והן על קרינת גלי גלים ארוכים.ב הארקטי, עננים קיץ נוטים לקרר את פני השטח על ידי הרהורים של אור השמש, בעוד עננים החורף לחמם את פני השטח על ידי לכידת קרינה גלימה ארוכה.

ישנם גם משוב שלילי לפעול לייצוב המערכת.לדוגמה, כמו התכת קרח הים ואוקיאנוס חם, עלייה של evaporation, המוביל ליצירת ענן מוגברת כיסוי ענן יכול להפחית את הקרינה הסולארית להגיע אל פני השטח במהלך הקיץ, להאט את קצב ההיתוך. משוב שלילי זה עשוי באופן חלקי את משוב הקרחונים, אבל גודלו וחשיבות האזורית נותרים לא בטוחים.

השפעה על מערכות האקלים העולמי

ההשפעה של דינמיקת אלבדו הקוטב משתרעת הרבה מעבר לאנטארקטיקה ואנטארקטיקה.שינויים בכיסוי קרח הקוטבי משפיעים על דפוסי זרימת הדם האטמוספריים, כולל זרם סילון ומסילות סערה. הארקטי חם יותר עם פחות קרח ים יכול להחליש את הטמפרטורה בין הקוטב לבין הקווי הרוחב האמצעי, שעלול להוביל לזרם סילון מתפתל יותר שמביא אירועים קיצוניים לקווי הרוחב.

בנוסף, ספיגה של אנרגיה סולארית באזורי הקוטב משפיעה על זרימת האוקיינוס.מים טריים מקרח נמס יכול לשנות את מבנה צפיפות האוקיינוס, שעלול להשפיע על זרימת התרמו-ליין העולמית.אובדן כיסוי קרח רפלקטיבי גם מפחית את אלבדו הכולל של כדור הארץ, להגדיל את כמות האנרגיה הסולארית שנספגת על ידי כדור הארץ ותרומת להתחממות כדור הארץ תועדות קשרים נרחבים אלה, מה שמראה כיצד שינויים הקוטביים באמצעות מערכת האקלים.

השלכות על עתיד האקלים

הבנת הממשק בין קרינה סולארית לאלבדו חיונית לחיזוי שינויי האקלים העתידיים.מודלים אקלים חייבים לייצג במדויק את התהליכים הללו לקביעת היקף הקרח הימי, שינויי טמפרטורה והשפעות האקלים הגלובליות.ה-FLT:0 Interממשלתיות על שינויי האקלים (IPCC) ibph:1 זיהה באופן עקבי את משוב הקרחונים כמקור עיקרי של אי ודאות בתחזיות אקלים, במיוחד עבור הארקטי, אשר הוא התחממות כדור הארץ הוא יותר מאשר פעמיים.

מודלים של אתגרים והתקדמות

ייצוג משוב קרח על מודלים אקלים דורש סימולטור מדויק עובי קרח, כיסוי שלג, היווצרות הרמפה התכה, ואת ההשפעות שלהם על פני albedo. מודלים מוקדמים בשימוש פשוט prescribed ערכי albedo, אבל מודלים מודרניים משלבים פרמטרים מתוחכמת אשר מתפתחים עם תנאי פני השטח.מודלים המשתתפים בפרויקט Intercomparison מודל (CMIP) עכשיו כוללים תוכניות כי חשבון שלג, בריכה, ירידה במשקל, שיפור יכולת דינמית, , דינמיקה לכידת אלטרנטיבות, שיפור האקלים שלהם.

למרות ההתקדמות הזו, אתגרים משמעותיים נשארים.התהליכים בקנה מידה קטן ששולטים היווצרות עץ ההיתוך ודינמיקה קרח הים קשה לייצג במודלים עם תאי רשת עשרות קילומטרים ברחבי. מודלים ברזולוציה גבוהה ופרמטריזציה מבוססת תהליכים מפותחים כדי לטפל בזה, אבל מגבלות חישוביות מגבילות את היישום שלהם. תצפיות לוויין ממשיכות לשחק תפקיד קריטי באימות ושיפור ייצוגים של albedo ושיפור משוב.

מדיניות ושיקולים סביבתיים

ההשלכות של שינויי אלבדו הקוטביים לאקלים העולמי יש השלכות מדיניות ישירות.הפחתת פליטות גזי החממה יכולה להאט את ההתחממות שמניעה אובדן קרח, אך האינטרטי של מערכת האקלים פירושה כי שינויים מסוימים כבר נעולים.ההסכם של גזי חממה:0Paris AgreementphcioFLT:1 נועד להגביל את ההתחממות הגלובלית לתחת 2C, אך גם תחת תרחיש זה, אובדן קרח אנטארקטי משמעותי הוא השאלה אם לא יהיה לעתים קרובות קרח הארקטי.

מעבר להפחתה באקלים, אסטרטגיות הסתגלות חייבות לקחת בחשבון את ההשפעות של שינוי הקוטבי.קהילות חוף באלסקה, קנדה וגרינלנד להתמודד עם שחיקה ותשתיות כנסיגה קרח ימית ופורסמוטים. אקו-מערכתים דובים קוטבים ועד פלאקטון מופרכים שינויים בכיסוי הקרח ובקלט סולארי.

מסקנה

קרינה השמש ואפקט אלבדו הם המנועים התאומים שמניעים דינמיקות אקלים הקוטביות.התקניות הקיצונית של קלט סולארי יוצרת תנאים שבהם לולאות משוב, במיוחד משוב על הקרח, מגבירים את ההפרעות הקטנות לשינויים בקנה מידה גדול.הירידה המהירה של קרח הים הארקטי בעשורים האחרונים היא הפגנה של הגבר הזה, ואת הסימנים המתעוררים של שינוי באנטארקטיקה מדגישה את המשמעות הגלובלית של תהליכים אלה.

ניטור מתמשך של אלבדו הקוטב וקרינת השמש באמצעות מערכות לוויין, קמפיינים בשטח, ומודל מאמצים חיוני לשיפור ההבנה של תהליכים קריטיים אלה.כפי שהאקלים ממשיך להתחמם, האינטראקציות בין קרינה סולארית לבין רפלקטיביות פני השטח יישארו מוקד מרכזי של מדע האקלים, יצירת תחזיות של עליית פני הים, דפוסי מזג האוויר ושינוי האקלים העולמי.