البياض وتوازن الطاقة: الأساسيات والأهمية المناخية

El البياض إنها العلاقة بين الطاقة المنعكسة والطاقة الساقطة في الطول الموجي للضوء المرئي، والتي تسبب سطوع الكواكب. بما أن الكواكب لا تمتلك طاقة بذاتها، فإنها تعكس جزءًا من الضوء الذي تستقبله من الشمس. البياض ليس قيمة ثابتة، بل يتغير وفقًا لعدة عوامل، أهمها: ميل الإشعاع الساقط و طبيعة السطح العاكس. ببساطة، قدرة السطح على الانعكاس مرتبطة بشكل مباشر بلونه: فالجسم الفاتح يعكس ضوءًا أكثر من الجسم الداكن. هذه الخاصية لها آثار مهمة في علم المناخ وفي دراسة التغيرات المناخية مع مرور الوقت.

على سبيل المثال، فإن بياض التربة المغطاة بالثلوج أكبر بكثير من بياض المرج. الثلج لديه متوسط ​​بياض يبلغ 0,7في حين أن بياض الغابة الخضراء هو فقط 0,2. وهذا يعني أن 70% من الطاقة الشمسية الساقطة على الثلوج تنعكس مرة أخرى إلى الفضاء، بينما ينعكس 20% فقط في حالة الغابات. على المستوى الكوكبي، متوسط ​​بياض الأرض حوالي 0,3، مما يشير إلى أن حوالي 30% من الطاقة الشمسية التي تدخل الغلاف الجوي تعود إلى الفضاء في شكل إشعاع مباشر. هذه النسبة ضرورية لفهم توازن الطاقة من الأرض.

تبلغ بياض القارات حوالي 34%في حين يصل مستوى المحيطات إلى 26%، وتقع السحب المتوسطة والمنخفضة الارتفاع بين 50% و 70%. هذه الاختلافات في البياض أساسية لـ توازن الطاقة للأرض، وبالتالي لتنظيم مناخها. لا يحدد البياض كيفية انعكاس الضوء فحسب، بل له أيضًا تأثير كبير على درجة الحرارة والمناخ العالمي.

من حيث توازن الطاقةوعلى المستوى الكوكبي ثبت أن التوازن يساوي صفرًا؛ ومع ذلك، في مناطق مختلفة من سطح الأرض، فإن هذا التوازن بعيد كل البعد عن الثبات. هناك مناطق تتلقى طاقة أكثر مما تنبعث منها، في حين أن هناك مناطق أخرى تنبعث منها طاقة أكثر مما تستقبلها. بشكل عام، تميل موازين الطاقة إلى أن تكون فائضة في المناطق الواقعة بين المتوازيان 35 درجة و 40 درجة. عند هذه خطوط العرض، تكون مدخلات ومخرجات الطاقة متساوية، وخارج هذه الخطوط المتوازية، يصبح التوازن ناقصا. هذه الظاهرة مرتبطة بـ تغير المناخ العالمية.

إن الاختلافات في كمية الطاقة المستلمة والمنبعثة أمر بالغ الأهمية، لأنها تؤثر بشكل مباشر على تدفئة o تبريد الهواء، وهما عاملان حاسمان في توزيع المناخات المختلفة وفي الدورة الجوية. إن فهم البياض وتوازن الطاقة في الأرض أمر ضروري لتحليل كيفية تفاعل هذه العناصر وتأثيرها على المناخ العالمي.

El التوازن الإشعاعي العالمي يشير إلى الفرق بين الطاقة الشمسية التي تصل إلى الغلاف الجوي والطاقة المفقودة في الفضاء. في ظل الظروف المستقرة، تكون خسائر الطاقة مساوية للمدخلات. ومع ذلك، على المستوى المحلي، لوحظ أنه في خطوط العرض العالية، تميل الطاقة المشعة إلى أن تكون أكبر من الطاقة المستقبلة، والعكس صحيح في خطوط العرض المنخفضة. يتم تعويض هذا الخلل من خلال آليات نقل الحرارة، والتي تشمل الدورة الجوية (الرياح) و دوران المحيط في سياق الاحتباس الحراري العالمي.

تتلقى الأرض، عند الحد العلوي من غلافها الجوي، كمية ثابتة نسبيًا من الإشعاع الشمسي، تقدر بـ 2 سعرة حرارية/سم² في الدقيقة، معروف ب الثابت الشمسي. تعتبر هذه الكمية من الطاقة ضرورية للحفاظ على درجة حرارة كوكبنا. الإشعاع الخارج من الأرض ينقسم إلى فئات مختلفة:

• الإشعاع الموجي القصير: يتوافق هذا الشكل من الإشعاع مع الطاقة المنعكسة من سطح الأرض، والتي تشمل المحيطات، والتربة، والسحب، والجسيمات الموجودة في الغلاف الجوي. يمثل البياض حوالي 30% من إجمالي الإشعاع، على الرغم من أن هذه القيمة قد تختلف مع الوقت والظروف الجوية.
• الإشعاع طويل الموجة: يشير هذا النوع من الإشعاع إلى الطاقة الحرارية التي تنبعث من الأرض، في الغالب على شكل الأشعة تحت الحمراء. يحتفظ الغلاف الجوي ببعض هذه الإشعاعات، مما يساهم في ظاهرة الاحتباس الحراري ويؤثر على درجة الحرارة العالمية.

قانون ستيفان بولتزمان ويثبت أن كمية الطاقة التي يشعها جسم أسود، كما يُفترض أن تكون الأرض في هذا السياق، مرتبطة بالقوة الرابعة لدرجة حرارته بالكلفن. عند تقييم توازن الطاقة على الأرض، من المهم أن نأخذ في الاعتبار كيفية مطابقة الطاقة الممتصة مع الطاقة المشعة مرة أخرى إلى الفضاء. إذا تلقت الأرض طاقة أكثر مما تبثه فإن درجة حرارتها سترتفع، وإذا أصدرت طاقة أكثر مما تتلقاه فإن درجة حرارتها ستنخفض. وهذا أمر حيوي لفهم كيف قام البشر بتغيير توازن الطاقة.

يلعب الغلاف الجوي دورًا حاسمًا في توازن الطاقة هذا، حيث غازات الاحتباس الحراريوتعمل الغازات الدفيئة، مثل ثاني أكسيد الكربون والميثان، على احتجاز بعض الأشعة تحت الحمراء المنبعثة، وهو ما يؤدي إلى زيادة ارتفاع درجة حرارة الكوكب. هذه الظاهرة ضرورية لفهم تغير المناخ وكيف أدى النشاط البشري إلى تغيير هذا التوازن الطبيعي، وهو موضوع تمت مناقشته بعمق في العديد من الدراسات.

El القوة الإشعاعية يشير إلى التغيير في توازن طاقة الأرض بسبب العوامل الخارجية. يتم قياسها بالواط لكل متر مربع (W/m²) ويمكن أن تكون موجبة (تسبب التسخين) أو سالبة (تسبب التبريد). العوامل التي يمكن أن تؤثر على القوة الإشعاعية تشمل:

• تركيزات الغازات المسببة للاحتباس الحراري: تؤدي الزيادة في الغازات مثل ثاني أكسيد الكربون، والميثان، وأكسيد النيتروز إلى حبس الحرارة في الغلاف الجوي، مما يؤدي إلى زيادة القوة الإشعاعية الإيجابية.
• الرش بالرذاذ: اعتمادًا على تركيبها، يمكن أن يكون للهباء الجوي قوة إشعاعية إيجابية أو سلبية. على سبيل المثال، تميل الهباء الجوي الكبريتي إلى عكس الإشعاع الشمسي مرة أخرى إلى الفضاء، في حين يمكن للسخام أن يعمل على تدفئة الغلاف الجوي.
• التغيرات في استخدام الأراضي: تؤدي أنشطة مثل إزالة الغابات إلى تغيير بياض سطح الأرض، مما يؤثر بدوره على القوة الإشعاعية. يؤدي تقليص مساحات الغابات عمومًا إلى زيادة ظاهرة الاحتباس الحراري، وبالتالي قد يؤدي إلى خفض الاحتباس الحراري.
• التغيرات الشمسية: تؤثر التغيرات في النشاط الشمسي أيضًا على القوة الإشعاعية، على الرغم من أن هذه التأثيرات طفيفة عمومًا مقارنة بتأثيرات تركيزات الغازات المسببة للاحتباس الحراري في سياق ظاهرة الاحتباس الحراري.

El القوة الإشعاعية إنه مفهوم مركزي في علم المناخ، لأنه يسمح لنا بقياس تأثير العوامل المختلفة على توازن الطاقة على الأرض. وفقا لتقرير IPCCفي عام 2011، بلغت القوة الإشعاعية البشرية، مقارنة بعام 1750، 2,29 واط/م²، وهو ما يشير إلى زيادة أسرع منذ عام 1970 بسبب ارتفاع تركيزات الغازات المسببة للاحتباس الحراري. وهذا أمر بالغ الأهمية لفهم تطور .

وتعتبر هذه القوة ضرورية لنمذجة تغير المناخ والتنبؤ بكيفية تأثير التغيرات في توازن الطاقة على درجات الحرارة العالمية في المستقبل. تعتبر نماذج المناخ الحالية القوة الإشعاعية أحد المتغيرات الرئيسية التي يجب مراعاتها في فهم وتخفيف تأثير تغير المناخ.

المادة ذات الصلة:

يمكن أن يساعد ذوبان الثلوج جزئيًا في تغير المناخ