지구의 에너지 예산

Earth's energy budget
이 기사는 지구 표면과 표면 위의 에너지 흐름에 관한 것입니다. 지구 내부 열에 대해서는 지구 내부 열 예산을 참조하십시오.
초과 에너지가 어디로 가는지 보여주는 지구의 에너지 균형과 불균형: 방출되는 방사선은 대기 중 온실가스 증가로 인해 감소하고 있으며, 이로 인해 약 460 TW의 지구 에너지 불균형이 발생하고 있습니다.[1] 기후 시스템의 각 영역으로 들어가는 비율도 표시됩니다.

지구의 에너지 예산(또는 지구의 에너지 균형)은 지구가 태양으로부터 받는 에너지와 지구가 다시 우주 공간으로 빼앗기는 에너지 사이의 균형을 설명합니다. 지구 내부의 열과 같은 작은 에너지원이 고려되지만 태양 에너지와 비교하면 작은 기여를 합니다. 에너지 예산은 또한 에너지가 기후 시스템을 통해 이동하는 방법을 설명합니다.[2]: 2227 태양은 극지방보다 적도 열대 지방을 더 뜨겁게 달구기 때문에 수신된 태양의 복사량이 불균일하게 분포됩니다. 에너지가 지구 전체에서 평형을 추구할 때 지구의 기후 시스템, 즉 지구의 물, 얼음, 대기, 암석 지각 및 모든 생물의 상호 작용을 유도합니다.[2]: 2224 그 결과는 지구의 기후입니다.

지구의 에너지 예산은 대기 에어로졸, 온실 가스, 지구의 표면 알베도(반사율), 구름, 식생, 토지 이용 패턴 등과 같은 많은 요인에 의해 결정됩니다. 들어오는 에너지 흐름과 나가는 에너지 흐름이 균형을 이룰 때, 지구는 복사 평형 상태에 있고 기후 시스템은 비교적 안정적일 것입니다. 지구 온난화는 지구가 우주로 되돌려 주는 에너지보다 더 많은 에너지를 받을 때 발생하고, 지구 냉각은 나가는 에너지가 더 클 때 발생합니다.[3]

여러 유형의 측정 및 관측은 적어도 1970년 이후 온난화 불균형을 보여줍니다.[4][5] 인간이 일으킨 이 사건의 난방 속도는 전례가 없습니다.[6]: 54 지구 에너지 변화의 주요 원인은 인간이 유도한 대기의 구성 변화에서 비롯됩니다.[1] 2005년부터 2019년까지 지구의 에너지 불균형(EEI)은 평균 약 460 TW 또는 전 세계적으로 m당2 0.90 ± 0.15 W입니다.[1]

에너지 예산이 변경되면 평균 지구 표면 온도가 크게 변하기 전에 지연이 발생합니다. 이것은 바다, 육지, 극저온의 열관성 때문입니다.[7] 이러한 에너지 흐름과 저장량의 정확한 정량화는 대부분의 기후 모델에서 요구되는 사항입니다.

정의.

지구의 에너지 예산에는 "기후 시스템과 관련된 주요 에너지 흐름"이 포함됩니다.[2] 이러한 것들은 "대기 최고의 에너지 예산, 지표 에너지 예산, 전 세계 에너지 재고 및 기후 시스템 내 에너지의 내부 흐름 변화"입니다.[2]: 2227

지구의 에너지 흐름

들어오는 대기권 상단(TOA) 단파 플럭스 방사선은 CERES 측정(2012년 1월 26~27일)에서 유추한 태양으로부터 받은 에너지를 보여줍니다. 가장 밝은 흰색 영역은 태양 에너지의 가장 높은 반사율(가장 적은 흡수율)을 나타내고 가장 어두운 파란색 영역은 가장 큰 흡수율을 나타냅니다.

지구와 에너지의 엄청난 이동에도 불구하고, 그것은 비교적 일정한 온도를 유지합니다. 왜냐하면, 전체적으로, 순손익은 거의 없습니다. 지구는 대기 및 지상 방사선을 통해 태양 일사량(모든 형태의 전자기 방사선)을 통해 받는 것과 거의 같은 양의 에너지를 우주로 방출합니다.

지구 에너지 변화의 주요 원인은 인간이 유도한 대기 구성의 변화로 약 460 TW 또는 전 세계적으로 m당2 0.90 ± 0.15 W에 달합니다.[1]

유입되는 태양 에너지(단파 복사)

주 기사: 일사량

지구 대기의 꼭대기에서 초당 받는 총 에너지 양은 와트 단위로 측정되며 태양 상수의 곱과 지구 단면적의 곱이 방사선에 해당합니다. 구체의 표면적이 구체의 단면적의 4배(즉, 원의 면적)이기 때문에 전 세계 및 연간 평균 TOA 플럭스는 태양 상수의 1/4이며 제곱미터당2 약 340와트입니다.[8][9] 흡수량은 일주, 계절 및 연간 변동뿐만 아니라 위치에 따라 다르기 때문에 인용된 수치는 여러 위성 측정에서 얻은 다년간의 평균입니다.[8]

지구가 받은 ~340W/m의2 태양 복사량 중 평균 ~77W/m는2 구름과 대기에 의해 다시 우주로 반사되고 ~23W/m는2 표면 알베도에 의해 반사되어 ~240W/m의2 태양 에너지가 지구 에너지 예산에 투입됩니다. 이 양을 흡수된 태양 복사(ASR)라고 합니다. 이 값은 Bond albedo(A)라고도 불리는 지구의 평균 알베도에 대해 약 0.3의 값을 의미합니다.[8]

발신 장파복사

대기권 상단(2012년 1월 26~27일)에서 방출되는 장파속 복사. 지구에서 복사되는 열 에너지(제곱미터당 와트 단위)는 노란색, 빨간색, 파란색 및 흰색의 음영으로 표시됩니다. 가장 밝은 노란색 영역이 가장 뜨겁고 우주로 가장 많은 에너지를 방출하고 있는 반면, 어두운 파란색 영역과 밝은 흰색 구름은 훨씬 더 차가워서 가장 적은 에너지를 방출합니다.
주 기사: 발신 장파복사

열 에너지는 행성을 나가는 장파 복사(OLR)의 형태로 남깁니다. 장파 복사는 지구의 표면과 대기에서 방출되는 전자기 열 복사입니다. 장파복사는 적외선 대역에 있습니다. 그러나 적외선은 단파 또는 장파일 수 있으므로 용어는 동의어가 아닙니다. 햇빛에는 상당한 양의 단파 적외선 복사가 포함되어 있습니다. 장파와 단파 복사를 구별하기 위해 4미크론의 임계 파장이 사용되기도 합니다.

일반적으로 흡수된 태양 에너지는 다른 형태의 열 에너지로 변환됩니다. 표면에서 흡수된 태양 에너지의 일부는 "대기 창"의 파장에서 열복사로 변환됩니다. 이 방사선은 방해받지 않고 대기를 통과하여 직접 우주로 탈출할 수 있어 OLR에 기여합니다. 흡수된 태양 에너지의 나머지는 다양한 열 전달 메커니즘을 통해 대기를 통해 위쪽으로 운반되며, 대기는 열 에너지로 그 에너지를 방출하여 우주로 탈출하여 다시 OLR에 기여합니다. 예를 들어, 열은 증발산 및 잠열 플럭스 또는 전도/대류 공정뿐만 아니라 복사 열 수송을 통해 대기로 운반됩니다.[8] 궁극적으로 모든 나가는 에너지는 장파 복사의 형태로 우주로 방사됩니다.

지구 표면에서 다층 대기를 통한 장파 복사의 이동은 복사 전달에 대한 슈바르츠실트 방정식(또는 산란이 있는 경우 더 복잡한 방정식)과 같은 복사 전달 방정식에 의해 지배되고 키르초프의 열 복사 법칙을 따릅니다.

한 층 모델은 관측된 평균값에 가까운 지표면(T=288Kelvin)과 대류권 중간(T=242Kelvin)에서의 온도를 산출하는 OLR에 대한 대략적인 설명을 제공합니다.

이 식에서 σ은 Stefan-Boltzmann 상수이고 ε은 대기의 방출도를 나타내며 대기 창으로 알려진 파장 범위 내에서 대기가 방출되지 않기 때문에 1 미만입니다.

에어로졸, 구름, 수증기 및 미량의 온실가스는 약 ε=0.78의 유효값에 기여합니다. 강력한 (4차 전력) 온도 민감성은 행성의 절대 온도의 작은 변화를 통해 유입되는 흐름으로 나가는 에너지 흐름의 거의 균형을 유지합니다.

온실효과의 역할

NASA CERES 위성 자료를 기반으로 한 지구의 비구름 온실효과 증가(2000~2022).

지구 주변의 우주에서 볼 때, 온실가스는 지구의 대기 방출도(ε)에 영향을 미칩니다. 따라서 대기 조성의 변화는 전체 방사선 균형을 이동시킬 수 있습니다. 예를 들어, 증가하는 온실 가스 농도(즉, 향상된 온실 효과)에 의한 열 트래핑의 증가는 OLR의 감소 및 온난화(회복적) 에너지 불균형을 강제합니다.[11] 궁극적으로 온실가스의 양이 증가하거나 감소할 때, ASR = OLR 균형이 다시 달성될 때까지 situ 내 표면 온도는 상승하거나 하락합니다.

이 섹션은 온실 효과에서 발췌한 것입니다.[편집]

온실 효과는 한 행성의 대기 중에 있는 온실 가스가 그 행성의 표면에서 복사되는 열의 일부를 가두어 그것의 온도를 높일 때 발생합니다. 이 과정은 별이 온실가스를 통과하는 단파복사를 방출하지만 행성은 온실가스에 일부 흡수되는 장파복사를 방출하기 때문에 발생합니다. 그 차이는 행성이 주성에 의해 따뜻해지는 것에 반응하여 열을 식힐 수 있는 속도를 줄여줍니다. 온실가스를 더하면 행성이 우주로 방출하는 방사선의 비율이 더욱 줄어 평균 표면 온도가 높아집니다.

지구의 평균 표면 온도는 온실 효과 없이 약 -18 °C (-0.4 °F)일 것이며,[12][13] 이는 지구의 20세기 평균인 약 14 °C (57 °F) 또는 더 최근 평균인 약 15 °C (59 °F)와 비교됩니다.[14][15] 자연적으로 존재하는 온실가스 외에도 화석연료를 태우는 것은 대기 중의 이산화탄소와 메탄의 양을 증가시켰습니다.[16][17] 그 결과 산업혁명 이후 약 1.2°C(2.2°F)[18]의 지구온난화가 일어나 1981년 이후 지구 평균 표면온도가 10년에 0.18°C(0.32°F)씩 상승했습니다.[19]

지구 내부 열원 및 기타 작은 영향

참고 항목: 지구의 내부 열예산과 인위적 열

지구 내부의 지열 흐름은 47테라와트(TW)[20]로 추정되며, 복사열과 지구 형성에서 남은 열 사이에서 거의 동일하게 분리됩니다. 이는 평균 플럭스 0.087 W/m에2 해당하며 지표면에서 지구 전체 에너지 예산의 0.027%에 불과하며, 들어오는 태양 복사량 173,000 TW에 비해 왜소합니다.[21]

인간의 에너지 생산은 2019년 한 해 동안 약 160,000 TW-hr로 더욱 낮습니다. 이는 평균 약 18 TW의 연속 열 흐름에 해당합니다.[22] 그러나 소비가 빠르게 증가하고 화석 연료를 사용한 에너지 생산도 대기 중 온실 가스를 증가시켜 태양 복사로 인한 유입/유출 흐름의 불균형이 20배 이상 증가합니다.[23]

광합성도 중요한 영향을 미칩니다. 약 140 TW (또는 약 0.08%)의 입사 에너지가 광합성에 의해 포획되어 식물이 바이오매스를 생산할 수 있도록 에너지를 제공합니다.[24] 식물이 음식이나 연료로 사용되는 1년 동안 비슷한 열 에너지 흐름이 방출됩니다.

행성간 먼지와 태양풍의 강착, 태양 이외의 항성으로부터의 빛, 우주로부터의 열복사를 포함한 다른 작은 에너지원들은 일반적으로 계산에서 무시됩니다. 앞서 조셉 푸리에는 온실 효과에 대한 첫 번째 사례로 자주 인용되는 논문에서 심우주 복사가 중요하다고 주장했습니다.[25]

예산분석

지구 에너지 예산의 균형 잡힌 예를 보여주는 Sankey 다이어그램입니다. 선 두께는 에너지의 상대적인 양에 선형적으로 비례합니다.[26]

간단히 말해서, 지구의 에너지 예산은 들어오는 흐름이 나가는 흐름과 같을 때 균형을 이루게 됩니다. 유입되는 에너지의 일부가 직접적으로 반사되기 때문에 균형은 방출되는 장파 복사와 동일한 흡수된 유입 태양(단파) 복사로 표시될 수도 있습니다.

내부흐름분석

예산 내에서 내부 흐름의 일부를 설명하기 위해, 첨부된 Sankey 다이어그램과 같이 대기 상단에 수신된 일사량을 100단위(=340W/m)로 설정합니다. 지구의 알베도라고 불리는 이 예에서 약 35개의 단위체가 직접적으로 다시 우주로 반사됩니다: 구름의 꼭대기에서 27개, 눈과 얼음으로 덮인 지역에서 2개, 그리고 대기의 다른 부분에서 6개. 나머지 65개의 유닛(ASR=220 W/m)은 대기권 내에서 14개, 지구 표면에서 51개 흡수됩니다.

표면에 도달하여 흡수된 51개의 단위체는 다양한 형태의 지상 에너지를 통해 다시 우주로 방출됩니다. 17개는 직접 우주로 방사되고 34개는 대기로 흡수됩니다. (기화 잠열을 통해 19개, 대류 및 난류를 통해 9개, 그리고 6개는 온실 가스로 흡수된 적외선). 대기에 흡수된 48개의 단위(지상 에너지에서 34개, 일사에서 14개)는 최종적으로 다시 우주로 방사됩니다. 이 단순화된 예는 재순환, 저장 및 따라서 표면 근처의 추가적인 열 축적으로 이어지는 메커니즘의 일부 세부 사항을 무시합니다.

궁극적으로 65대(지상 17대, 대기 48대)가 OLR로 배출됩니다. 그들은 지구의 순 에너지 이득을 0으로 유지하기 위해 태양으로부터 흡수된 65개의 단위(ASR) 사이의 균형을 대략적으로 유지합니다.[26]

축열저장고

1960년 이후 지구 기후 시스템의 해양, 육지, 얼음, 대기 구성 요소에 증가하는 에너지 축적.[5]

육지, 얼음, 해양은 대기와 함께 지구 기후 시스템의 활성 물질 구성 요소입니다. 질량과 열용량이 훨씬 크므로 열관성이 훨씬 더 큽니다. 방사선이 직접 흡수되거나 표면 온도가 변하면 전도/대류 열전달 과정을 통해 이러한 구성 요소의 벌크 질량 내부 또는 외부로 열 에너지가 현열로 흐릅니다. 고체/액체/증기 상태 사이에서 물의 변환은 잠열의 형태로 잠재적 에너지의 원천 또는 흡수원으로 작용하기도 합니다. 이러한 과정은 대기의 일부 급격한 복사 변화에 대해 표면 조건을 완충합니다. 결과적으로 표면 온도의 낮과 밤의 차이는 상대적으로 적습니다. 마찬가지로, 지구의 기후 시스템은 전체적으로 대기 복사 균형의 변화에 대한 느린 반응을 보여줍니다.[27]

지구의 바다 중 가장 높은 몇 미터는 전체 대기보다 더 많은 열 에너지를 가지고 있습니다.[28] 대기 가스와 마찬가지로, 유체 해양은 그러한 에너지의 양을 행성의 표면 위로 운반합니다. 또한 현열은 하강이나 상승을 선호하는 조건에서 매우 깊은 곳으로 왔다 갔다 합니다.[29][30]

1970년 이후 계속되는 지구 온난화로 인해 지구에 축적된 여분의 에너지의 90% 이상이 바다에 저장되어 왔습니다.[28] 약 3분의 1은 700미터 아래의 깊이까지 퍼졌습니다. 전체적인 성장 속도도 최근 수십 년 동안 증가하여 2020년 기준 500TW(1W/m2)에 근접했습니다.[31][5] 이로 인해 한 해 동안 약 14개의 제타줄(ZJ)의 열 증가가 이루어졌으며, 인간이 소비하는 총 1차 에너지의 570 엑자줄(=16만 TW-hr)을 최소 20배 초과했습니다.

냉난방율 분석

일반적으로 지구의 에너지 플럭스 균형에 대한 변화는 외부 힘(자연적 및 인위적, 방사성 및 비방사성 모두), 시스템 피드백 및 내부 시스템 가변성의 결과로 간주될 수 있습니다.[32] 이러한 변화는 주로 온도(T), 구름(C), 수증기(W), 에어로졸(A), 미량 온실가스(G), 육지/해양/얼음 표면 반사율(S)의 관찰 가능한 변화로 표현되며, 다른 가능한 요인 중에서도 일사량(I)의 작은 변화로 표현됩니다. 그러면 지구의 난방/냉방 속도는 다음과 같은 특성과 관련된 에너지의 순 변화(δE)로 선택된 시간 프레임(δt)을 통해 분석할 수 있습니다.

여기서 플랑크 반응에 해당하는 δE는 OLR에 대한 직접적인 영향이 강하여 기온이 상승할 때 음의 값을 갖습니다.

최근 미량의 온실가스가 증가함에 따라 온실효과가 강화되고, 따라서 긍정적인 δE 강제항이 생성됩니다. 대조적으로, 대규모 화산 폭발(예: 피나투보 산 1991, 엘 치혼 1982)은 황을 함유한 화합물을 대기 상층부로 주입할 수 있습니다. 고농도의 성층권 유황 에어로졸은 최대 몇 년 동안 지속될 수 있으며, 이는 δE에 부정적인 강제 기여를 초래합니다. 다양한 다른 유형의 인위적 에어로졸 배출은 δE에 긍정적인 기여와 부정적인 기여를 합니다. 태양 주기는 최근 인간 활동으로 인한 δE 경향보다 크기가 작은 δE를 생성합니다.

기후 강제력은 원래 강제력을 강화(양의 피드백)하거나 약화(음의 피드백)하는 직간접적인 피드백을 생성할 수 있기 때문에 복잡합니다. 이들은 종종 온도 반응을 따릅니다. 증발 이동에 의한 온도 변화와 Clausius-Clapeyron 관계에 대한 양의 피드백으로서 수증기 경향. 수증기의 증가는 온실 효과의 추가적인 향상으로 인해 긍정적인 δE를 초래합니다. 더 느린 긍정적인 피드백은 아이스 알베도 피드백입니다. 예를 들어, 기온 상승으로 인한 북극 얼음의 손실은 그 지역을 덜 반사적으로 만들고, 더 큰 에너지 흡수와 더 빠른 얼음 융해 속도로 이어지며, 따라서 δE에 긍정적인 영향을 미칩니다. 종합적으로 피드백은 지구 온난화나 냉각을 증폭시키는 경향이 있습니다.[39]: 94

구름은 지구 알베도의 약 절반을 담당하고 있으며 기후 시스템의 내부 변동성을 강력하게 표현하고 있습니다.[40][41] 또한 강제 작업에 대한 피드백 역할을 할 수도 있으며, 예를 들어 클라우드 시드 작업의 결과일 경우 강제 작업일 수도 있습니다. δE에 대한 기여도는 클라우드 유형에 따라 지역에 따라 다릅니다. 위성의 측정값은 이해를 향상시키고 불확실성을 줄이기 위해 모델의 시뮬레이션과 함께 수집됩니다.[42]

지구 에너지 불균형(EEI)

위성 및 현장 측정으로 인한 지구 에너지 불균형의 증가(2005-2019). 행성 표면의 +1.0 W/m2 비율은 약 500 테라와트(입사 태양 복사의 ~0.3%)의 지속적인 열 흡수를 의미합니다.[31][43]
지구의 에너지 예산(W/m2)이 기후를 결정합니다. 이것은 들어오는 방사선과 나가는 방사선의 균형이며 위성으로 측정할 수 있습니다. 지구의 에너지 불균형은 "순 흡수"된 에너지 양으로 2019년 +0.6 W/m2 (2009년 기준)[8]에서 +1.0 W/m2 이상으로 성장했습니다.[31]
참고 항목: 복사 강제력

지구 에너지 불균형(EEI)은 "기후 시스템의 온실가스 강제력과 관련된 대기 에너지 플럭스의 지속적이고 긍정적인 (아래쪽으로) 순 정상"으로 정의됩니다.[2]: 2227

지구의 유입 에너지 플럭스가 방출 에너지 플럭스보다 크거나 작으면, 지구는 에너지 보존 법칙에 따라 알짜 열 에너지를 얻거나 잃습니다.

지구의 에너지 불균형(EEI)이 충분히 큰 양만큼 이동할 때, 그 이동은 궤도 위성 기반의 방사선 계측기에 의해 측정될 수 있습니다.[35][44] 시간이 지남에 따라 역전되지 못하는 불균형은 또한 기후 시스템의 대기, 해양, 육지 및 얼음 구성 요소의 장기적인 온도 변화를 주도할 것입니다.[45][46] 따라서 현장 내 온도 변화 및 관련 영향도 EEI 측정을 제공합니다. 2005년 중반부터 2019년 중반까지 위성과 해양 온도 관측은 각각 독립적으로 지구 에너지 예산의 (지구) 온난화 불균형의 대략 두 배를 보여주었습니다.[31][5]

EEI의 가장 큰 변화는 인간의 활동을 통한 대기의 구성 변화에서 일어나 기후 시스템을 통한 자연적인 에너지 흐름을 방해합니다.[1] 주요 변화는 난방(EEI 증가)을 발생시키는 이산화탄소 및 기타 온실가스의 증가와 오염입니다. 후자는 다양한 종류의 대기 에어로졸을 말하며, 그 중 일부는 에너지를 흡수하고 다른 일부는 에너지를 반사하여 냉각을 생성합니다.

EEI의 절대적인 크기를 대기 위에서 직접 측정하는 것은 아직 가능하지 않지만, 위성 기반 장비에 의해 관찰된 시간에 따른 변화는 정확하다고 생각됩니다. EEI의 절대적인 크기를 추정할 수 있는 유일한 실제적인 방법은 기후 시스템의 에너지 변화에 대한 인벤토리를 통한 것입니다. 이 에너지 저장소 중 가장 큰 것은 바다입니다.[1]

대기 상부 측정(TOA)

몇몇 위성들은 지구가 흡수하고 복사하는 에너지를 측정하고, 따라서 추론에 의해 에너지 불균형을 측정합니다. 이들은 대기권 상단(TOA)에 위치하며 전 세계를 아우르는 데이터를 제공합니다. NASA 지구방사선예산실험(ERBE) 프로젝트에는 1984년 10월 발사된 지구방사선예산위성(ERBS), 1984년 12월 발사된 NOAA-9, 1986년 9월 발사된 NOAA-10 등 3개 위성이 참여했습니다.[47]

NASA의 구름과 지구 복사 에너지 시스템 (CERES) 기기는 2000년 3월부터 지구 관측 시스템 (EOS)의 일부입니다. CERES는 태양 반사(단파장) 및 지구 방출(장파장) 방사선을 모두 측정하도록 설계되었습니다.[48] CERES 자료는 EEI가 2005년 +0.42±0.48 W/m에서2 2019년 +1.12±0.48 W/m로2 증가한 것으로 나타났습니다. 기여 요인에는 더 많은 수증기, 더 적은 구름, 증가하는 온실가스, 그리고 기온 상승으로 인해 부분적으로 상쇄된 감소하는 얼음이 포함되었습니다.[31][43] GFDL CM4/AM4 기후 모델을 사용한 행동에 대한 후속 조사는 내부 기후 변동성만으로 추세를 유발할 가능성이 1% 미만이라는 결론을 내렸습니다.[49]

나사의 2011년 지구 원격 감지 관측소 함대의 궤도 애니메이션.

다른 연구자들은 CERES, AIRS, CloudSat 및 기타 EOS 기기의 데이터를 사용하여 EEI 데이터에 포함된 복사력의 경향을 찾습니다. 그들의 분석은 2003년부터 2018년까지 +0.53±0.11 W/m의2 강제 상승을 보여주었습니다. 증가량의 약 80%는 방출되는 장파 복사량을 감소시키는 온실가스의 농도 상승과 관련이 있습니다.[50][51][52]

TRMM 및 CALIPSO 데이터를 포함한 추가 위성 측정 결과, 추가 강수가 나타났는데, 이 강수는 증발(잠열 플럭스)을 통해 표면을 떠나는 에너지 증가로 인해 유지되며, 표면에 대한 장파 온실 플럭스의 일부 증가를 상쇄합니다.[53]

주목할 점은 방사선 보정 불확실성이 현재 위성 기반 계측기의 안정적이고 정밀한 성능을 제한한다는 것입니다. 결과적으로 EEI의 상대적인 변화는 절대 불균형의 단일 측정에서도 달성할 수 없는 정확도로 정량화할 수 있습니다.[54][55]

In situ measurements

각 구성 요소의 열 용량, 밀도 및 온도 분포를 고려할 때 기후 시스템에 존재하는 유성 열 함량을 컴파일할 수 있습니다. 대부분의 지역은 현재 상당히 잘 샘플링되고 모니터링되고 있으며, 가장 중요한 예외는 심해입니다.[56]

EEI의 절대적인 크기에 대한 추정치도 최근 수십 년의 시간 간격 동안 측정된 온도 변화를 사용하여 계산되었습니다. 2006년부터 2020년까지의 기간 동안 EEI는 약 +0.76±0.2 W/m이었고2 1971년부터 2020년까지의 기간 동안 평균 이상으로 상당한 증가를 보였습니다.[5]

1850년 이후의 지구 평균 표면 온도 변화
1958년 이후 해양열량 증가

EEI는 50년 넘게 거의 모든 곳에서 기온이 상승했기 때문에 긍정적이었습니다. 지구 표면 온도(GST)는 육지에서 측정된 공기 온도와 함께 바다 표면에서 측정된 온도를 평균하여 계산됩니다. 적어도 1880년까지 확장된 신뢰할 수 있는 데이터에 따르면 GST는 1970년경부터 10년마다 약 0.18°C씩 꾸준히 증가했습니다.[57]

해양은 특히 태양 에너지의 효과적인 흡수제이며 대기보다 총 열용량이 훨씬 더 큽니다.[58] 연구 선박들과 관측소들은 1960년 이전부터 깊이와 전 세계의 해수 온도를 샘플링해 왔습니다. 또한 2000년 이후 3000대 이상의 아르고 로봇 부유물로 구성된 확장된 네트워크에서 온도 이상, 즉 해양 열 함량 변화(δOHC)를 측정했습니다. OHC는 적어도 1990년 이후 안정적이거나 가속화된 속도로 증가했습니다. δOHC는 지금까지 해양이 시스템으로 유입되는 순 초과 에너지의 90% 이상을 차지했기 때문에 EEI의 가장 큰 부분을 차지합니다.

지구의 바깥쪽 지각과 두꺼운 얼음으로 뒤덮인 지역은 상대적으로 여분의 에너지를 거의 차지하지 않았습니다. 이것은 표면의 과잉 열이 열전도에 의해서만 내부로 흐르기 때문에 하루 주기에는 수십 센티미터만 침투하고, 연간 주기에는 수십 미터만 침투하기 때문입니다.[61] 열 흡수의 대부분은 얼음과 영구 동토층이 녹거나 토양에서 더 많은 물을 증발시키는 데 사용됩니다.

측지 및 수문측량

참고 항목: 지오데시
1994년 이후의 전 세계적인 얼음 덩어리의 손실과 그에 따른 해수면 상승

1994년 이래로 관측된 것들은 얼음이 지구의 모든 부분에서 가속되는 속도로 후퇴했다는 것을 보여줍니다.[62] 평균 지구 해수면도 해수면의 전반적인 상승과 함께 얼음이 녹으면서 상승했습니다.[63] 이러한 변화는 행성의 기하학적 형태와 중력에 측정 가능한 변화에 기여했습니다.

GRACE 위성 장비에 의한 중력 관측을 사용하여 수권과 극저온 지역 내 물의 질량 분포에 대한 변화를 추론했습니다. 이러한 데이터는 열 팽창, 염도 변화 및 기타 요인을 설명하는 계산 모델을 사용하여 해양 표면 지형 및 추가 수문 관측과 비교되었습니다. 따라서 δOHC 및 EEI에 대해 얻은 추정치는 불확실성 내에서 다른 (대부분) 독립적인 평가와 일치했습니다.

기후변화 지표로서의 중요성

최근 두 기간 동안의 지구의 초과 열 재고량과 에너지 불균형에 대한 개략도.[5]

기후 과학자 케빈 트렌버스(Kevin Trendberth), 제임스 한센(James Hansen), 그리고 동료들은 지구의 에너지 불균형을 모니터링하는 것이 정책 입안자들이 완화 및 적응 조치를 위한 속도를 안내하도록 돕는 중요한 지표라고 확인했습니다. 기후 시스템 관성 때문에, 더 장기적인 EEI (지구의 에너지 불균형) 추세는 "파이프라인"에 있는 추가적인 변화를 예측할 수 있습니다.[45][46][66]

과학자들은 EEI가 기후 변화와 관련된 가장 중요한 척도라는 것을 발견했습니다. 기후 시스템에서 작동하는 모든 과정과 피드백의 최종 결과입니다.[1] 여분의 에너지가 기상 시스템과 강우량에 얼마나 영향을 미치는지 아는 것은 증가하는 기상 이변을 이해하는 데 매우 중요합니다.[1]

2012년 NASA 과학자들은 지구 온난화를 멈추기 위해서는 다른 모든 기후력이 고정되었다고 가정할 때 대기 중 CO2 농도를 350 ppm 이하로 줄여야 한다고 보고했습니다.[67] 2020년 기준 대기 CO는2 415 ppm에 달했고, 인간의 지속적인 배출 증가로 모든 장수 온실가스가 500 ppm CO 등가2 농도를 초과했습니다.[68]

참고 항목

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