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기후 시스템

Climate system
기후 시스템의 다섯 가지 구성 요소는 모두 상호 작용합니다.

지구의 기후 시스템은 5개의 상호작용 요소, 즉 대기권, 수권, 극저온권, 암석권, 생물권 등을 가진 복잡한 시스템이다.[1]기후는 기후 시스템의 [2]통계적 특성으로, 일반적으로 30년 동안의 평균 날씨를 나타내며, 해류와 바람 [3][4]패턴과 같은 기후 시스템의 프로세스 조합에 의해 결정됩니다.대기와 해양의 순환은 주로 태양 복사에 의해 이루어지며, 열대의 열을 태양으로부터 에너지를 덜 받는 지역으로 운반한다.물의 순환은 또한 기후 시스템 전체에 걸쳐 에너지를 이동시킨다.또한 생명에 필요한 다양한 화학 원소가 서로 다른 구성 요소 간에 지속적으로 재활용됩니다.

실내 온도 시스템은 내부 변동과 외부 강제력에 의해 변경될 수 있습니다.이러한 외부 강제력은 태양 강도 및 화산 폭발의 변화와 같이 자연적이거나 사람에 의해 야기될 수 있다.화석연료를 태우는 사람들에 의해 주로 배출되는 열을 가두는 온실가스의 축적은 지구 온난화를 야기하고 있다.인간의 활동은 또한 냉각 에어로졸을 방출하지만, 그 순효과는 온실가스에 [1]비해 훨씬 적다.변화는 다양한 실내 온도 조절 시스템 구성 요소에서 피드백 프로세스를 통해 증폭될 수 있습니다.

실내 온도 조절 시스템의 구성 요소

대기는 지구를 감싸고 지표에서 수백 킬로미터나 뻗어 있다.그것은 대부분 불활성 질소(78%), 산소(21%), 아르곤(0.[5]9%)으로 구성되어 있다.수증기와 이산화탄소와 같은 대기 중의 미량 가스들은 기후 시스템의 작동에 가장 중요한 가스이다. 왜냐하면 그것들은 태양으로부터 가시적인 빛을 표면으로 투과하게 하지만, 태양 방사선의 균형을 맞추기 위해 지구 표면이 방출하는 일부 적외선을 차단하는 온실 가스이기 때문이다.이로 인해 표면 온도가 [6]상승합니다.수문학적 순환은 물이 대기를 통해 이동하는 것이다.수문학적 순환은 강수 패턴을 결정할 뿐만 아니라 기후 [7]시스템 전체의 에너지 이동에도 영향을 미칩니다.

수구는 지구의 모든 액체 상태의 물을 포함하고 있으며, 그 대부분은 세계의 [8]바다에 포함되어 있다.바다는 지구 표면의 71%를 평균 4km(2.5마일)[9] 가까이 덮고 있으며, 해양 열 함량은 [10][11]대기에 의해 유지되는 열보다 훨씬 크다.염분 함량이 평균 약 3.5%인 바닷물을 함유하고 있지만 공간적으로 차이가 [9]있다.하구 및 일부 호수에서 기수가 발견되며, 대부분의 담수(전체 물의 2.5%)는 얼음과 [12]눈에 잠겨 있다.

저온권에는 물이 고체로 되어 있는 기후 시스템의 모든 부분이 포함되어 있습니다.여기에는 해빙, 빙상, 영구 동토층 및 눈 덮개가 포함됩니다.남반구에 비해 북반구에 땅이 더 많기 때문에, 북반구의 더 많은 부분이 [13]눈으로 덮여 있다.두 반구는 거의 같은 양의 해빙을 가지고 있다.대부분의 얼어붙은 물은 그린란드와 남극 대륙의 얼음판에 포함되어 있으며, 평균 높이는 약 2킬로미터이다.이 빙상들은 천천히 [14]가장자리를 향해 흐른다.

지구의 지각, 특히 산과 계곡은 세계적인 바람 패턴을 형성한다: 광대한 산맥은 바람과 비가 [15][16]내리는 장소와 영향에 대한 장벽을 형성한다.외양에 가까운 육지는 바다에서 [17]멀리 떨어진 육지보다 기후가 온화하다.기후를 모델링하기 위해 토지는 기후 [18]시스템을 구성하는 다른 요소에 비해 매우 느리게 변화하기 때문에 정적인 것으로 간주되는 경우가 많다.대륙의 위치는 바다의 기하학적 구조를 결정하며, 따라서 해양 순환 패턴에 영향을 미칩니다.바다의 위치는 지구 전체의 열과 습기의 전달을 통제하고, 따라서 지구 [19]기후를 결정하는 데 중요하다.

마지막으로, 생물권은 기후 시스템의 나머지 부분과도 상호작용합니다.식생은 종종 아래 토양보다 어둡거나 밝기 때문에 태양의 열의 대부분은 식물이 있는 지역에 [20]갇힙니다.초목은 물을 잡아서 뿌리로 흡수하는 데 능숙하다.식물이 없었다면 이 물은 가장 가까운 강이나 다른 수역으로 흘러갔을 것이다.식물에 의해 흡수된 물은 대신 증발하여 수문학적 [21]순환에 기여한다.강수량과 온도는 다양한 식생 [22]지대의 분포에 영향을 미친다.작은 식물성 플랑크톤의 성장에 의한 해수로부터의 탄소 동화는 거의 대기의 [23]육지 식물과 같다.인간은 엄밀히 말하면 생물권의 일부이지만 [20]지구에 미치는 영향이 크기 때문에 종종 지구 기후 시스템인 인류권의 개별적인 구성요소로 취급된다.

에너지, 물 및 요소의 흐름

지구의 대기 순환은 적도와 극지 사이의 에너지 불균형에 의해 움직인다.그것은 지구가 [24]자신의 축을 중심으로 자전하는 것에 의해 더욱 영향을 받는다.

에너지 및 일반 순환

기후 시스템은 태양으로부터 에너지를 공급받으며, 지구의 중심핵으로부터는 훨씬 적은 범위로, 달로부터도 조력 에너지를 공급받는다.지구는 두 가지 형태로 바깥 우주에 에너지를 방출한다: 태양 복사의 일부를 직접적으로 반사하는 것과 흑체 복사로 적외선을 방출한다.들어오는 에너지와 나가는 에너지의 균형, 그리고 기후 시스템을 통한 에너지의 통과가 지구의 에너지 예산을 결정합니다.유입되는 에너지의 총합이 유출되는 에너지보다 클 때, 지구의 에너지 예산은 긍정적이고 기후 시스템은 따뜻해지고 있습니다.더 많은 에너지가 방출되면 에너지 예산은 음이 되고 지구는 [25]냉각됩니다.

극지방보다 더 많은 에너지가 열대지방에 도달하고 그에 따른 온도차가 대기와 [26]해양의 전지구 순환을 촉진한다.공기는 따뜻해지면 상승하고, 극지방으로 흘러갔다가 차가워지면 다시 가라앉아 [27]적도로 돌아간다.각운동량의 보존으로 인해, 지구의 자전은 북반구에서는 공기를 오른쪽으로, 남반구에서는 왼쪽으로 돌리게 하고, 따라서 뚜렷한 대기 [28]세포를 형성합니다.계절적 변화인 몬순은 주로 열대지방에서 발생하며, 육지가 바다보다 더 쉽게 뜨거워지기 때문에 형성된다.온도차는 육지와 해양의 압력차를 유발하여 일정한 바람을 [29]몰고 옵니다.

염분이 더 많은 바닷물은 밀도가 높고 밀도의 차이가 해양 순환에 중요한 역할을 한다.열염 순환은 열대지방에서 [30]극지방으로 열을 운반한다.해양순환은 바람과의 상호작용에 의해 더욱 촉진된다.소금 성분은 빙점 [31]온도에도 영향을 미칩니다.수직 이동은 상승이라고 불리는 과정으로 표면으로 차가운 물을 불러올 수 있는데,[32] 이것은 위의 공기를 식힌다.

수문 순환

수문학적 순환 또는 물의 순환은 그것이 지구의 표면과 [33]대기 사이에서 어떻게 끊임없이 움직이는지를 묘사한다.식물은 증발하고 햇빛은 소금과 다른 미네랄을 남기면서 바다와 다른 수역에서 물을 증발시킨다.증발된 담수는 나중에 다시 [34]지표로 비가 내린다.강수량과 증발량은 전 세계에 고르게 분포되어 있지 않으며, 열대지방과 같은 지역은 증발량보다 비가 더 많이 내리고, [35]다른 지역은 강우량보다 증발이 더 많다.물의 증발은 상당한 양의 에너지를 필요로 하는 반면, 응축 과정에서 많은 열이 방출됩니다.이 잠열은 [36]대기의 주요 에너지원입니다.

생화학 주기

탄소는 끊임없이 기후 시스템의 다른 요소들 사이에서 운반된다: 생물에 의해 고정되고 바다와 대기를 통해 운반된다.

생명에 필수적인 화학 원소는 기후 시스템의 여러 구성 요소를 통해 지속적으로 순환됩니다.탄소 순환은 대기 중 두 개의 중요한 온실 가스인 CO와2 [37]메탄의 농도를 결정하기 때문에 기후에 직접적으로 중요하다.탄소 순환의 빠른 부분에서, 식물은 광합성을 사용하여 대기 중의 이산화탄소를 흡수한다; 이것은 나중에 생물체의 [38]호흡에 의해 다시 방출된다.느린 탄소 순환의 일부로, 화산은 지구의 지각과 [39]맨틀에서 이산화탄소를 배출하면서 가스를 제거함으로써 이산화탄소를 배출한다2.대기 중의 이산화탄소가 비를 약간 산성으로 만들기 때문에2, 이 비는 풍화라고 알려진 몇몇 암석들을 천천히 녹일 수 있다.이런 방식으로 방출되어 바다로 운반되는 광물질은, 그 잔해가 퇴적암을 형성하여 탄소를 [40]암석권으로 다시 가져올 수 있는 생물에 의해 사용된다.

질소 사이클은 활성 질소의 흐름을 설명합니다.대기 중 질소가 불활성이기 때문에,[41] 미생물은 생물권의 구성 요소로 사용되기 전에 먼저 질소 고정이라고 불리는 과정에서 활성 질소 화합물로 전환해야 합니다.인간의 활동은 탄소와 질소 순환 모두에서 중요한 역할을 한다: 화석 연료의 연소는 탄소를 암석권에서 대기로 대체시켰고, 비료의 사용은 사용 가능한 고정 [42]질소의 양을 크게 증가시켰다.

실내 온도 조절 시스템 내의 변화

주요 기사:기후 변화

기후는 계절부터 지구의 [43]수명에 이르는 시기에 따라 끊임없이 변화한다.시스템 자체의 구성 요소와 역학에 의해 발생하는 변화를 내부 기후 변동이라고 합니다.시스템은 또한 시스템 외부의 현상(예: 지구 [44]궤도의 변화)으로 인한 외부 힘을 경험할 수 있습니다.일반적으로 적어도 30년 동안 지속되는 변화로 정의되는 더 긴 변화는 기후 [45]변화라고 불리지만, 이 문구는 일반적으로 현재의 지구 기후 [46]변화를 가리킵니다.기후가 변화할 때, 그 영향은 서로 축적되어 일련의 기후 피드백(예: 알베도 변화)으로 시스템의 다른 부분을 통과하여 여러 가지 다른 영향(예: 해수면 상승)[47]을 발생시킬 수 있다.

내부 변동성

12월 해수면 온도 [°C]와 1997년 엘니뇨 강도의 온도 차이.엘니뇨는 전형적으로 멕시코와 미국에 [48]더 습한 날씨를 가져온다.

실내 온도 조절 시스템의 구성 요소는 외부 압력(외부 강제력) 없이도 지속적으로 변화합니다.대기 중의 한 예는 대기압 시소 역할을 하는 북대서양발진(NAO)이다.포르투갈 아조레스는 일반적으로 높은 압력을 가지고 [49]있는 반면 아이슬란드에서는 낮은 압력을 가지고 있다.기압의 차이는 진동하고 이것은 북대서양 지역부터 유라시아 [50]중부까지의 날씨 패턴에 영향을 미친다.예를 들어,[51] 그린란드와 캐나다의 날씨는 NAO가 긍정적인 동안 춥고 건조하다.북대서양 진동의 다른 위상은 수십 [52]년 동안 지속될 수 있습니다.

바다와 대기는 동시에 [53][54]몇 년에서 수십 년 동안 지속될 수 있는 내부 기후 변화를 자발적으로 발생시키기 위해 함께 일할 수도 있습니다.이러한 유형의 변동의 예로는 엘니뇨-남부 발진, 태평양 데카달 발진, 대서양 다층 발진 등이 있습니다.이러한 변화는 깊은 바다와 [55][56]대기 사이에 열을 재분배함으로써 지구 평균 표면 온도에 영향을 미칠 수 있지만, 구름, 수증기 또는 해빙 분포를 변경함으로써 지구의 [57][58]총 에너지 예산에 영향을 미칠 수 있습니다.

이러한 진동의 해양적인 측면은 해양이 대기보다 수백 배나 더 많은 질량을 가지고 있기 때문에 100년마다 변동성을 일으킬 수 있고, 따라서 매우 높은 열 관성을 가지고 있습니다.예를 들어, 열염 순환과 같은 해양 과정의 변화는 세계 바다에서 열을 재분배하는 데 중요한 역할을 합니다.내부의 변동성을 이해하는 것은 과학자들이 최근의 기후 변화를 온실가스로 [59]돌리는 데 도움을 주었다.

외부 실내 온도 조절

긴 시간 척도에서 기후는 대부분 얼마나 많은 에너지가 시스템에 있고 어디로 가느냐에 따라 결정됩니다.지구의 에너지 예산이 바뀌면, 기후가 따라붙는다.에너지 버젯의 변화는 강제력이라고 불리며, 그 변화가 기후 시스템의 5가지 구성 요소 이외의 무언가에 의해 야기될 때, 그것은 외부 [60]강제력이라고 불립니다.예를 들어, 화산은 기후 시스템의 일부로 여겨지지 않는 지구 내의 깊은 과정으로부터 발생한다.태양 변화나 다가오는 소행성과 같은 행성 밖의 변화도 인간의 [61]행동과 마찬가지로 기후 시스템의 다섯 가지 요소에 대한 "외부"이다.

기후 강제력을 정량화하고 비교하는 주요 값은 복사 강제력이다.

들어오는 햇빛

태양은 지구에 대한 주요 에너지 공급원이며 대기 [62]순환을 촉진합니다.태양으로부터 오는 에너지의 양은 11년의 태양[63] 주기와 장기 시간 [64]척도를 포함하여 짧은 시간 척도에 따라 달라집니다.태양 주기는 지구의 표면을 직접 덥히고 식히기에는 너무 작지만,[65] 지표면 근처의 대기에 영향을 미칠 수 있는 대기의 높은 층인 성층권에 직접적으로 영향을 미친다.

지구 운동의 약간의 변화는 지구 표면에 도달하는 태양빛의 계절적 분포와 그것이 지구 전체에 어떻게 분포되는지에 큰 변화를 일으킬 수 있지만, 지구 전체와 연간 평균 태양빛은 아니다.운동학적 변화의 세 가지 유형은 지구 이심률의 변화, 지구 자전축의 기울기 각도의 변화, 지구 축의 세차 운동이다.이것들은 모두 기후에 영향을 주고 빙하기와 [66]간빙기와의 상관관계로 유명한 밀란코비치 사이클을 생성한다.

온실 가스

온실가스는 장파 복사를 흡수함으로써 대기 하부에 열을 가둔다.과거에는 많은 과정이 온실 가스 농도 변화에 기여했습니다.현재, 사람에 의한 배출은 CO, 메탄, [67]NO와2 같은 일부2 온실가스의 농도를 증가시키는 원인이다.온실 효과의 주요 요인은 수증기(~50%)이며, 구름(~25%)과2 CO(~20%)도 중요한 역할을 한다.CO와 같은2 장수명 온실가스의 농도가 증가하고 온도가 상승하면 수증기의 양도 증가하여 수증기와 구름이 외부의 강제력이 아닌 [68]피드백으로 인식된다.암석 풍화는 대기 [69]중의 탄소를 제거하는 매우 느린 과정이다.

에어로졸

에어로졸이라고 총칭되는 대기 중의 액체 입자와 고체 입자는 기후에 다양한 영향을 미친다.어떤 것들은 주로 햇빛을 산란시켜 지구를 식히는 반면, 다른 것들은 햇빛을 흡수하여 [70]대기를 따뜻하게 한다.간접적인 영향에는 에어로졸이 구름 응축 핵으로 작용하여 구름 [71]형성을 자극할 수 있다는 사실이 포함됩니다.에어로졸의 천연 공급원에는 바다 스프레이, 광물 먼지, 운석, 화산이 포함되지만, 산불이나 화석 연료의 연소와 같은 인간의 활동이 에어로졸을 대기로 방출하는 것도 한몫한다[70].에어로졸은 배출된 온실가스의 온난화 영향의 일부를 상쇄시키지만, 몇 년 [72]안에 지표로 다시 떨어질 때까지 작용한다.

1979년부터 2010년까지의 대기 온도에서는 MSUNASA 위성에 의해 측정되며, 주요 화산 폭발에 의해 방출된 에어로졸(El Chichon 및 Pinatubo)에서 영향이 나타난다.엘니뇨는 바다의 변동과는 별개의 사건이다.

비록 화산이 기술적으로 기후 시스템의 일부인 암석권의 일부이지만, 화산활동은 외부의 [73]강제력으로 정의된다.평균적으로, 수 톤의 SO를2 성층권으로 [74][75]방출함으로써 1년 이상 지구의 기후에 영향을 미치는 화산 폭발은 세기마다 몇 번 있을 뿐이다.아황산가스는 화학적으로 에어로졸로 변환되어 지구 표면에 들어오는 햇빛의 일부를 차단함으로써 냉각을 일으킨다.작은 폭발은 대기권에 [74]미묘하게만 영향을 미친다.

토지 이용 및 커버 변경

특히 육지의 사용을 통한 삼림 벌채(예: 해수면 상승, 호수 건조 및 홍수와 같은) 또는 육지 커버의 변화는 기후에 영향을 미칠 수 있다.이 영역의 반사율은 변화할 수 있으며, 이로 인해 이 지역은 햇빛을 거의 받지 못할 수 있습니다.또한 식생은 수문학적 순환과 상호작용하기 때문에 강수량도 [76]영향을 받습니다.풍경화재는 온실가스를 대기로 방출하고 검은 탄소를 방출하는데, 이는 눈을 어둡게 해서 [77][78]녹이기 쉽게 만든다.

응답 및 피드백

지구 온난화의 일부 영향은 (긍정적 피드백)을 강화하거나 (부정적 피드백) [79][80]미래 온난화를 억제할 수 있다.

기후 시스템의 다른 요소들은 다른 방식으로 외부의 힘에 반응합니다.구성 요소 간의 한 가지 중요한 차이점은 구성 요소가 힘에 반응하는 속도입니다.대기는 보통 몇 시간에서 몇 주 안에 반응하는 반면, 심해와 빙상은 새로운 [81]평형에 도달하는 데 수 세기에서 수 천 년이 걸린다.

외부 강제력에 대한 구성요소의 초기 반응은 부정적인 피드백에 의해 감쇠되고 긍정적인 피드백에 의해 강화될 수 있습니다.예를 들어, 태양 강도의 현저한 감소는 빠르게 지구의 온도 저하로 이어질 것이고, 그러면 얼음과 눈 덮개가 확장될 것이다.여분의 눈과 얼음은 알베도나 반사율이 더 높기 때문에, 태양 복사가 기후 시스템에 전체적으로 흡수되기 전에 우주로 더 많이 반사됩니다; 이것은 결국 지구를 [82]더 차갑게 만듭니다.

메모 및 출처

메모들

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