地球上的能量失衡翻了一番

动画点击图像：比较来自 CERES 的高层大气净年能量通量（橙色实线）的 6 个月间隔的 1 年重叠估计值和地球气候系统能量吸收的原位监测估计值（绿松石实线） ）。 图片来源：美国宇航局/蒂姆·漫威

研究人员发现，从 2005 年到 2019 年的 14 年间，地球的能量失衡几乎翻了一番。

地球的气候取决于大气和地表吸收的太阳辐射能量与从地球发射到太空的热红外辐射量之间的微妙平衡。 正能量不平衡意味着地球系统正在获得能量，导致地球变暖。 最近一项研究的主题是将能量失衡加倍，该研究的结果于 2021 年 6 月 15 日发表在 地球物理研究快报.

NASA 和 NOAA 的科学家比较了两次独立测量的数据。 NASA 的云和地球辐射能系统 (CERES) 卫星传感器阵列测量进入和离开地球系统的能量。 此外，来自一组名为 Argo 的全球海洋浮标的数据可以准确估计世界海洋的加热速率。 由于大约 90% 的能量不平衡导致的过剩能量最终流入海洋，因此传入和传出辐射的总体趋势应该与海洋热含量的变化大致一致。

“观察地球上能量不平衡变化的两种非常独立的方法非常一致，它们都显示出这种非常大的趋势，这让我们非常有信心我们所看到的是真实的现象，”诺曼·勒布说，该研究的主要作者和兰利研究中心 CERES 的首席研究员。美国宇航局位于弗吉尼亚州的汉普顿，“而且不仅仅是一个有用的工具。”“我们发现的趋势有些令人担忧。”

由于人类活动，二氧化碳和甲烷等温室气体排放量增加，将热量困在大气中，捕获可能逃逸到太空的辐射。 变暖会导致其他变化，例如冰雪融化、水汽增加和云层变化，这些变化可以进一步提高温度。 地球的能量失衡是所有这些因素的净效应。 为了确定导致不平衡的主要因素，研究人员使用了一种方法，观察云、水蒸气、痕量气体和太阳光输出的综合贡献、表面反照率（由反射的光量）的变化。地球表面）和称为气溶胶的微小大气粒子，会改变地表和大气温度分布。

研究发现，不平衡加倍的部分原因是人类活动（也称为人类影响）导致温室气体增加，同时水蒸气增加捕获更多外发长波辐射，进一步加剧了地球的能量不平衡. 与云和海冰相关的减少增加了对太阳能的吸收。

研究人员还发现，太平洋年代际涛动 (PDO) 从冷相到暖相的反转可能在加剧能量失衡方面发挥了重要作用。 PDO 是太平洋气候变率的一种模式。 他的指纹包括东太平洋中经历寒冷和温暖阶段的一大块水。 地球系统中这种自然发生的内部变化会对天气和气候产生深远的影响。 从 2014 年左右开始并持续到 2020 年的极热 PDO 阶段导致海洋上空的云层覆盖率普遍下降，太阳辐射吸收也出现类似的增加。

“这可能是人类影响和内生多样性的结合，”勒布说。 “在此期间，它们都导致温度升高，导致地球能量不平衡发生了相当大的变化。增加的规模是前所未有的。”

勒布告诫说，这项研究只是长期气候变化的一个快照，无法确定地预测未来几十年平衡地球能源预算的情况。 然而，该研究得出的结论是，除非吸热率下降，否则预计气候变化会比实际发生的变化更大。

“来自 Argo 和 CERES 的冗长且高度整合的记录都使我们能够越来越准确地识别地球上的能量不平衡，并随着时间的推移越来越深入地研究它们的变化和趋势。” 该研究的合著者、华盛顿州西雅图市国家海洋和大气管理局太平洋海洋环境实验室的物理海洋学家格雷戈里约翰逊说。 “观察这种能量失衡的幅度和变化对于了解地球不断变化的气候至关重要。”

参考：“卫星和海洋数据显示地球变暖率显着增加”，作者：Norman J. Loeb、Gregory C. Johnson、Tyler J. Thorsen、John M. Lyman、Fred J. Rose 和 Sigi Kato，2021 年 6 月 15 日， 地球物理研究快报.
doi：10.1029/2021GL093047