Işınımsal zorlama - Radiative forcing

Dünya , gelen güneş radyasyonunun metrekaresi başına neredeyse sabit bir küresel ve yıllık ortalama yaklaşık 340 watt alır .

Işınımsal zorlama , watt /metre 2 ile ölçülen , iklim değişikliğinin doğal veya antropojenik faktörlerinin neden olduğu atmosferdeki enerji akışındaki değişikliktir . Değişimin dış etkenlerini Dünya'nın enerji dengesiyle ölçmek ve karşılaştırmak için kullanılan bilimsel bir kavramdır . Sistem geri bildirimleri ve iç değişkenlik , dengeyi etkileyen diğer faktörleri kapsayan ilgili kavramlardır. On yıllık dönemlerde sıcaklıkların yükselmesine veya düşmesine neden olan Dünya'nın ışınımsal dengesindeki değişikliklere iklim zorlamaları denir .

Pozitif ışınımsal zorlama, Dünya'nın güneş ışığından uzaya yaydığından daha fazla gelen enerji aldığı anlamına gelir. Bu net enerji kazancı ısınmaya neden olacaktır. Tersine, negatif ışınımsal zorlama, Dünya'nın güneşten aldığından daha fazla enerjiyi uzaya kaybetmesi anlamına gelir, bu da soğutma üretir. Ana yıldızı ve uzayın geri kalanı ile ışınımsal dengede olan bir gezegen, net-sıfır ışınımsal zorlama ve gezegensel denge sıcaklığı ile karakterize edilebilir .

Dünya üzerindeki ışınımsal zorlama, tropopozda ve stratosferin tepesinde anlamlı bir şekilde değerlendirilir . Metrekare başına watt birimi cinsinden ölçülür ve genellikle dünyanın toplam yüzey alanı üzerinden bir ortalama olarak özetlenir. Işınımsal zorlama, güneş ışığına maruz kalma , yüzey albedo ve - yaygın olarak sera gazları olarak bilinen - ve aerosoller olarak bilinen ışınımsal olarak aktif gazların atmosferik konsantrasyonlarına göre değişir .

radyasyon dengesi

Atmosferik gazlar yalnızca bazı dalga boylarındaki enerjiyi emer, ancak diğerlerine karşı saydamdır. Su buharının (mavi tepeler) ve karbondioksitin (pembe tepeler) absorpsiyon modelleri bazı dalga boylarında örtüşür. Karbondioksit, su buharı kadar güçlü bir sera gazı değildir, ancak su buharının yapmadığı dalga boylarında (12-15 mikrometre) enerjiyi emer ve yüzey tarafından yayılan ısının normalde uzaya kaçacağı “pencereyi” kısmen kapatır. (Resim NASA, Robert Rohde)

Dünya'nın iklimini etkileyen enerjinin neredeyse tamamı Güneş'ten radyan enerji olarak alınır . Gezegen ve atmosferi, enerjinin bir kısmını emer ve yansıtırken, uzun dalga enerjisi uzaya geri yayılır . Emilen ve yayılan enerji arasındaki denge, ortalama küresel sıcaklığı belirler. Çünkü bir atmosfer bir kısmını emer, uzun dalga enerjisi yeniden yayılan, gezegen bu yokluğunda olandan daha sıcaktır atmosferi bakınız: sera etkisi .

Radyasyon dengesi, güneş enerjisinin yoğunluğu, bulutların veya gazların yansıtıcılığı, çeşitli sera gazları veya yüzeyleri tarafından absorpsiyon ve çeşitli malzemeler tarafından ısı emisyonu gibi faktörler tarafından değiştirilir . Böyle bir değişiklik ışınımsal bir zorlamadır ve dengeyi değiştirir. Bu, güneş ışığı yüzeye çarptıkça, bulutlar ve aerosoller oluştukça, atmosferik gazların konsantrasyonları değiştikçe ve mevsimler yer örtüsünü değiştirdikçe sürekli olarak gerçekleşir .

IPCC kullanımı

Işınımsal zorlamalar, IPCC 2013.

İklim Değişikliği Hükümetlerarası Paneli (IPCC) AR4 raporuna ışınımsal zorlamaları olarak tanımlar:

"Işımsal zorlama, bir faktörün Dünya-atmosfer sisteminde gelen ve giden enerji dengesini değiştirmede sahip olduğu etkinin bir ölçüsüdür ve faktörün potansiyel bir iklim değişikliği mekanizması olarak öneminin bir göstergesidir. Bu raporda ışınımsal zorlama değerleri 1750'de tanımlanan sanayi öncesi koşullara göre değişiklikler içindir ve metrekare başına Watt [sic] olarak ifade edilir (W/m 2 )."

Basit bir ifadeyle, ışınımsal zorlama "...atmosferin tepesinde ölçülen, dünyanın birim alanı başına enerji değişim oranıdır." İklim değişikliği bağlamında, "zorlama" terimi, yüzey-troposfer sisteminin radyasyon dengesindeki, dış etkenler tarafından dayatılan, stratosferik dinamiklerde herhangi bir değişiklik olmaksızın, operasyonda yüzey ve troposferik geri bildirimler olmadan ( yani ikincil hiçbir troposferik hareketlerdeki veya termodinamik durumundaki değişiklikler nedeniyle indüklenen etkiler ) ve atmosferik suyun miktarı ve dağılımında (buhar, sıvı ve katı formlar) dinamik olarak indüklenen değişiklikler yok.

Temel tahminler

Işınımsal zorlama, iklim sisteminin dışındaki farklı faktörlere bağımlılığı açısından değerlendirilebilir. Gerekli ve belirtilen durumlar dışında, aşağıdaki temel tahminler, Dünya sistemi tepkileri yoluyla da meydana gelen dolaylı geri bildirimleri (olumlu veya olumsuz) içermez. Zorlama değişiklikleri (ΔF), gezegenin toplam yüzeyi üzerindeki yıllık ortalamalar olarak ifade edilir. Onlarca yıl veya daha uzun bir süre boyunca küresel iklim zorlaması bağlamında önemli olabilirler.

Güneş ışınımındaki değişiklikler nedeniyle zorlama

Tüm dalga boylarını içeren güneş ışınımının yoğunluğu Toplam Güneş Işığı (TSI) ve ortalama olarak güneş sabitidir . Atmosferin tepesinde ölçüldüğü gibi , bir astronomik birimin Dünya'nın yıllık ortalama yörünge yarıçapı mesafesinde yaklaşık 1361 W m -2'ye eşittir . Dünya TSI, hem güneş aktivitesine hem de gezegensel yörünge dinamiklerine göre değişir. ERB , ACRIM 1-3 , VIRGO ve TIM dahil olmak üzere çok sayıda uydu tabanlı cihaz , 1978'den beri sürekli olarak TSI'yi artan doğruluk ve hassasiyetle ölçmektedir .

Dünyayı bir küre olarak kabul edersek , Güneş'e maruz kalan kesit alanı ( ), gezegen yüzeyinin alanının dörtte birine eşittir ( ). Dünya'nın atmosferik yüzeyinin ( ) metrekaresi başına küresel ve yıllık ortalama güneş ışınımı miktarı bu nedenle TSI'nin dörtte birine eşittir ve neredeyse sabit bir değere sahiptir .

Yıllık döngüler

Dünya , Güneş'in etrafında eliptik bir yörünge izler , öyle ki, alınan TSI herhangi bir durumda yaklaşık 1321 W m -2 (Temmuz başında günötesinde) ile 1412 W m -2 (Ocak başında gündönümünde) arasında veya dolayısıyla yaklaşık +/ -%3.4 her yıl boyunca. Anlık ışınımsal zorlamadaki değişikliğin, Dünya'nın mevsimsel hava durumu modelleri ve iklim bölgeleri üzerinde küçük etkileri vardır , bunlar öncelikle Dünya'nın göreceli eğim yönündeki yıllık döngüden kaynaklanır. Bu tür tekrar eden döngüler, onlarca yıllık iklim değişiklikleri bağlamında net sıfır zorlamaya (tanım gereği) katkıda bulunur.

Güneş lekesi etkinliği

Tarihsel güneş lekesi sayısını, Maunder ve Dalton minimumlarını ve Modern Maksimumu gösteren çizgi grafiği
Maunder Minimum dahil 400 yıllık güneş lekesi geçmişi

Ortalama yıllık TSI , tipik bir 11 yıllık güneş lekesi aktivite döngüsü boyunca yaklaşık 1360 W m -2 ile 1362 W m -2 (+/- %0.05) arasında değişir . Güneş lekesi gözlemleri yaklaşık 1600 yılından beri kaydedilmiştir ve 11 yıllık döngüyü (Schwabe döngüsü) modüle eden daha uzun salınımların (Gleissberg döngüsü, Devries/Seuss döngüsü, vb.) kanıtlarını göstermektedir. Bu kadar karmaşık davranışa rağmen, 11 yıllık döngünün genliği, bu uzun vadeli gözlem kaydı boyunca en belirgin varyasyon olmuştur.

Güneş lekeleriyle ilişkili TSI varyasyonları, on yıllık iklim değişiklikleri bağlamında küçük ama sıfır olmayan bir net zorlamaya katkıda bulunur. Bazı araştırmalar, volkanik aktivite ve ormansızlaşmadaki eşzamanlı değişikliklerle birlikte Küçük Buz Çağı boyunca iklim değişimlerini kısmen etkilemiş olabileceklerini öne sürüyor . 20. yüzyılın sonlarından bu yana, ortalama TSI, güneş lekesi aktivitesinde düşüş eğilimi ile birlikte biraz daha düşük bir eğilim göstermiştir .

Milankovitch vites değiştiriyor

Yaklaşık 40.000 ila 100.000 yıllık dönemleri kapsayan Milankovitch döngüleri sırasında, güneş ışınımındaki değişikliklerin neden olduğu iklim zorlaması meydana geldi. Milankovitch döngüleri, Dünya'nın yörünge eksantrikliği (veya eliptikliği), yörünge eğikliği ve eğim yönünde benzer şekilde uzun süreli döngülerden oluşur. Bunların arasında, 100.000 yıllık eksantriklik döngüsü, TSI'nin yaklaşık +/-0.2 oranında dalgalanmasına neden olur. Şu anda, Dünya'nın eksantrikliği en az eliptik (en dairesel) noktasına yaklaşıyor ve yıllık ortalama TSI'nin çok yavaş azalmasına neden oluyor. Simülasyonlar ayrıca, Dünya'nın yörünge dinamiklerinin, bu varyasyonlar dahil, en az önümüzdeki 10 milyon yıl boyunca sabit kalacağını gösteriyor .

güneş yaşlanması

Güneşimiz, yaklaşık 4,5 milyar yıl önce oluştuğundan beri hidrojen yakıtının yaklaşık yarısını tüketmiştir. TSI, yaşlanma sürecinde her 100 milyon yılda yaklaşık %1 oranında yavaş yavaş artmaya devam edecektir. Bu tür bir değişim hızı, ölçümler içinde tespit edilemeyecek kadar küçüktür ve insan zaman ölçeklerinde önemsizdir.

TSI zorlama özeti

TSI zorlaması (maks. 10 yıllık değişim)
Δτ ΔF (W m -2 )
Yıllık döngü +/- 0.034 0 (net)
Güneş lekesi etkinliği - 5e-4 - 0.1
yörünge kayması - 4e-7 - 1e-4
güneş yaşlanması + 1e-9 + 2e-7

Son on yılda Dünya'nın güneş ışınımındaki maksimum kesirli değişimler (Δτ) ekli tabloda özetlenmiştir. Daha önce tartışılan her varyasyon, aşağıdakilerin zorlanmasına katkıda bulunur:

,

burada R=0.30, Dünya'nın yansıtıcılığıdır. Henüz keşfedilmemiş bazı güneş fiziğine rağmen, Güneş'in güneş ışığındaki değişikliklerden kaynaklanan radyasyon ve iklim zorlamalarının küçük olmaya devam etmesi bekleniyor .

Albedodaki değişiklikler nedeniyle zorlama

Gelen güneş radyasyonunun bir kısmı bulutlar ve aerosoller, okyanuslar ve yer şekilleri, kar ve buz, bitki örtüsü ve diğer doğal ve insan yapımı yüzey özellikleri tarafından yansıtılır. Yansıyan fraksiyon, Dünya'nın bağ albedosu (R) olarak bilinir , atmosferin tepesinde değerlendirilir ve yıllık ortalama küresel değeri yaklaşık 0.30 (%30) civarındadır. O zaman Dünya tarafından emilen güneş enerjisinin toplam oranı (1-R) ​​veya 0.70'dir (%70).

Atmosferik bileşenler, Dünya albedosunun yaklaşık dörtte üçüne katkıda bulunur ve yalnızca bulutlar yarısından sorumludur. Bulutların ve su buharının belirgin rolleri , gezegenin kabuğunu kaplayan sıvı suyun çoğunluğunun varlığıyla bağlantılıdır . Bulut oluşumu ve dolaşımındaki küresel kalıplar, okyanus ısı akışlarına bağlantılarla ve hızlı taşınmalarına yardımcı olan jet akışlarıyla oldukça karmaşık fenomenlerdir . Ayrıca, Dünya'nın kuzey ve güney yarım kürelerinin albedosu esasen eşit (%0,2 içinde) gözlenmiştir. Arazinin üçte ikisinden fazlası ve insan nüfusunun %85'i kuzeye dağıldığı için bu dikkate değerdir.

MODIS , VIIRs ve CERES dahil olmak üzere çoklu uydu tabanlı araçlar , 1998'den beri Dünya'nın albedosunu sürekli olarak izlemektedir . 1972'den beri mevcut olan Landsat görüntüleri de bazı çalışmalarda kullanılmıştır. Son yıllarda ölçüm doğruluğu arttı ve sonuçlar birleşti, bu da gezegensel albedo'nun son on yıllık zorlama etkisinin daha güvenli bir şekilde değerlendirilmesini sağladı. Bununla birlikte, mevcut veri kaydı, daha uzun vadeli tahminleri desteklemek veya diğer ilgili soruları ele almak için hala çok kısa.

Yıllık döngüler

Gezegensel albedodaki mevsimsel değişimler, büyük ölçüde güneş zorlaması döngüsüne yanıt olarak ortaya çıkan bir dizi sistem geri bildirimi olarak anlaşılabilir. Atmosferik tepkilerin yanı sıra, yüzeyde yaşayanlar için en belirgin olanı bitki örtüsü, kar ve deniz buzu örtüsündeki değişikliklerdir. Bir yıl boyunca Dünya'nın ortalama albedosu civarında +/-0.02 (+/- %7) civarında yıl içi varyasyonlar gözlemlendi, maksimumlar her güneş ekinoksunun zamanına yakın yılda iki kez meydana geldi. Bu tekrar eden döngü, onlarca yıllık iklim değişiklikleri bağlamında net sıfır zorlamaya katkıda bulunur.

yıllar arası değişkenlik

CERES'ten (2000-2011) ölçülen küresel albedo anomalisi.

Doğal süreçlerden, insan eylemlerinden ve sistem geri bildirimlerinden kaynaklanan kaymalar nedeniyle bölgesel albedolar yıldan yıla değişir. Örneğin, insanların ormansızlaşma eylemleri tipik olarak Dünya'nın yansıtıcılığını artırırken , kurak arazilere su depolama ve sulama getirmek onu düşürebilir. Aynı şekilde geri bildirimler dikkate alındığında, arktik bölgelerdeki buz kaybı albedoyu azaltırken , alçaktan orta enlemlere doğru genişleyen çölleşme albedoyu artırıyor.

2000-2012 yılları arasında, CERES tarafından ölçülen değerlerin %0,1 standart sapması içinde Dünya'nın albedo'sunda genel bir eğilim fark edilmedi. Yarı küresel denkliğin yanı sıra, bazı araştırmacılar, dikkate değer ölçüde küçük, yıllar arası farklılıkları, gezegensel albedo'nun şu anda karmaşık sistem geri bildirimlerinin eylemi tarafından sınırlandırılabileceğinin kanıtı olarak yorumluyor. Bununla birlikte, tarihsel kanıtlar, büyük volkanik patlamalar gibi seyrek görülen olayların , gezegensel albedoyu birkaç yıl veya daha uzun süre önemli ölçüde bozabileceğini de göstermektedir.

Albedo zorlama özeti

Albedo zorlaması (maks. 10 yıllık değişim)
Δα ΔF (W m -2 )
Yıllık döngü +/- 0.07 0 (net)
yıllar arası varyasyon +/- 0.001 -/+ 0.1

21. yüzyılın ilk on yılında Dünya'nın albedosundaki ölçülen kesirli varyasyonlar (Δα) ekli tabloda özetlenmiştir. TSI'ye benzer şekilde, gezegensel albedodaki (Δα) kesirli bir değişimden kaynaklanan ışınımsal zorlama:

.

Uydu gözlemleri, çeşitli Dünya sistemi geri bildirimlerinin, son zamanlardaki doğal ve insan kaynaklı değişimlere rağmen gezegensel albedoyu stabilize ettiğini göstermektedir. Daha uzun zaman çizelgelerinde, bu tür dış değişikliklerden kaynaklanan net zorlamanın küçük kalıp kalmayacağı daha belirsizdir.

Atmosferik gazdaki değişiklikler nedeniyle zorlama

CO'yu ikiye katlamak için ışınımsal zorlama
2
, ışınımsal transfer kodu Modtran tarafından hesaplandığı gibi. Kırmızı çizgiler Planck eğrileridir .

İyi karışmış bir sera gazı için, atmosferik koşullar için her spektral çizgiyi inceleyen ışınımsal transfer kodları , konsantrasyonundaki bir değişikliğin bir fonksiyonu olarak zorlama değişikliğini ΔF hesaplamak için kullanılabilir. Bu hesaplamalar, o gaza özgü cebirsel bir formülasyona basitleştirilebilir.

Karbon dioksit

Karbondioksit için basitleştirilmiş bir birinci dereceden yaklaşım ifadesi :

,

nerede C , CO'dur
2
hacimce milyonda parça (ppm) cinsinden konsantrasyon ve C 0 , önemli antropojenik değişikliklerden önceki referans konsantrasyondur (1750 yılında 278 ppm}).

İnsan faaliyetlerinden kaynaklanan sera gazlarının atmosferik yükü, özellikle son birkaç on yılda (1950 yılından bu yana) hızla artmıştır. CO için %50 artış (C/C 0 =1.5)
2
2020 yılı itibari ile gerçekleşene tekabül etmektedir . Karşılaştırma yapacak olursak, bu temel tahminlere göre benzer büyüklükte bir zorlamayı tetiklemek için TSI'de sürekli %1'lik bir artış veya albedo'da %2'lik bir düşüş gerekebilir. Emisyon büyüme yolunda hiçbir değişiklik olmadığı varsayılırsa , önümüzdeki birkaç on yıl içinde iki katına çıkma (C/C
0 =2) ΔF=+3.7 W m −2'ye karşılık gelir .

CO arasındaki ilişki
2
ve ışınımsal zorlama, mevcut değerin yaklaşık sekiz katına kadar olan konsantrasyonlarda logaritmiktir . Artan konsantrasyonlar bu nedenle giderek daha küçük bir ısınma etkisine sahiptir. Bununla birlikte, birinci dereceden yaklaşım, daha yüksek konsantrasyonlarda yanlıştır ve kızılötesi radyasyonun
CO tarafından absorpsiyonunda doygunluk yoktur.
2
.

Diğer iz gazlar

Metan ve N gibi diğer eser sera gazları için biraz farklı formüller geçerlidir.
2
O
(kare-kök bağımlılığı) veya CFC'ler (doğrusal), örneğin IPCC raporlarındabulunabilen katsayılarla. 2016 yılında yapılan bir araştırma, metan IPCC formülünde önemli bir revizyon önermektedir. Dünya atmosferindeki en etkili eser gazların zorlamaları, son büyüme eğilimlerini açıklayan bölümdeve IPCC sera gazları listesinde yer almaktadır .

Su buharı

Su buharı, şu anda tüm atmosferik gaz zorlamasının yaklaşık yarısından sorumlu olan Dünya'nın birincil sera gazıdır. Genel atmosferik konsantrasyonu neredeyse tamamen ortalama gezegen sıcaklığına bağlıdır ve her derece (°C) sıcaklık artışı ile %7'ye kadar yükselme potansiyeline sahiptir (ayrıca bakınız: Clausius-Clapeyron ilişkisi ). Bu nedenle, uzun zaman ölçeklerinde su buharı, karbondioksit ve diğer eser gazların büyümesinin neden olduğu ışınımsal zorlamayı güçlendiren bir sistem geri bildirimi gibi davranır.

Son büyüme eğilimleri

Uzun ömürlü atmosferik sera gazlarının ışınımsal zorlaması (ısınma etkisi) 1979'dan beri neredeyse iki katına çıkmıştır.
1750 yılından bu yana CO2 eşdeğeri gaz konsantrasyonunda ve AGGI'de endüstriyel dönem büyümesi.
Genel gaz zorlamasındaki büyüme, 1979'dan bu yana %2 civarında sabit kaldı.

Işınımsal zorlama, farklı antropojenik sera gazlarının zamanla artan ısınma etkisini karşılaştırmanın yararlı bir yolu olabilir. Aşağıdaki tablo ve şekiller ( NOAA araştırmacıları tarafından atmosferik ışınımsal transfer modellerinden türetilmiştir ), sanayi devriminden bu yana dünya atmosferinde artan uzun ömürlü ve iyi karışmış sera gazlarının ışınımsal zorlamasında 1979 yılından bu yana meydana gelen değişiklikleri göstermektedir. Tablo, karbondioksitten doğrudan zorlayıcı katkıları içerir ( CO
2
), metan ( CH
4
), azot oksit ( N
2
O
); kloroflorokarbonlar (CFC'ler) 12 ve 11 ; ve on beş diğer halojenli gazlar. Bu veriler, daha kısa ömürlü ve daha az iyi karışmış gazların veya aerosollerin önemli zorlama katkılarını içermez; Metan ve bazı halojenlerin bozunmasından kaynaklanan dolaylı zorlamalar dahil. Ayrıca, arazi veya güneş aktivitesindeki değişiklikleri de hesaba katmazlar.

Küresel ışınımsal zorlama (1750'ye göre, in ), CO
2
-eşdeğer
karışım oranı ve 1979'dan beri Yıllık Sera Gazı İndeksi (AGGI)
Yıl CO
2
CH
4
n
2
Ö
CFC-12 CFC-11 15-minör Toplam CO
2
-eq
ppm
AGGI
1990 = 1
AGGI
% değişim
1979 1.027 0.406 0.104 0.092 0.039 0.031 1.699 382 0.786
1980 1.058 0.413 0.104 0.097 0.042 0.034 1.748 385 0.808 2.8
1981 1.077 0.420 0.107 0.102 0.044 0.036 1.786 388 0.826 2.2
1982 1.089 0.426 0.111 0.108 0.046 0.038 1.818 391 0.841 1.8
1983 1.115 0.429 0.113 0.113 0.048 0.041 1.859 394 0.860 2.2
1984 1.140 0.432 0.116 0.118 0.050 0.044 1.900 397 0.878 2.2
1985 1.162 0.437 0.118 0.123 0.053 0.047 1.940 399 0.897 2.1
1986 1.184 0.442 0.122 0.129 0.056 0.049 1.982 403 0.916 2.2
1987 1.211 0.447 0.120 0.135 0.059 0.053 2.025 406 0.936 2.2
1988 1.250 0.451 0.123 0.143 0.062 0.057 2.085 410 0.964 3.0
1989 1.274 0.455 0.126 0.149 0.064 0.061 2.130 414 0.984 2.1
1990 1.293 0.459 0.129 0.154 0.065 0.065 2.165 417 1.000 1.6
1991 1.313 0.463 0.131 0.158 0.067 0.069 2.199 419 1.016 1.6
1992 1.324 0.467 0.133 0.162 0.067 0.072 2.224 421 1.027 1.1
1993 1.334 0.467 0.134 0.164 0.068 0.074 2.239 422 1.034 0.7
1994 1.356 0.470 0.134 0.166 0.068 0.075 2.269 425 1.048 1.4
1995 1.383 0.472 0.136 0.168 0.067 0.077 2.303 428 1.064 1.6
1996 1.410 0,473 0.139 0.169 0.067 0.078 2.336 430 1.079 1.5
1997 1.426 0.474 0.142 0.171 0.067 0.079 2.357 432 1.089 1.0
1998 1.465 0.478 0.145 0.172 0.067 0.080 2.404 436 1.111 2.2
1999 1.495 0.481 0.148 0.173 0.066 0.082 2.443 439 1.129 1.8
2000 1.513 0.481 0.151 0.173 0.066 0.083 2.455 441 1.139 1.1
2001 1.535 0,480 0.153 0.174 0.065 0.085 2.492 443 1.151 1.2
2002 1.564 0.481 0.156 0.174 0.065 0.087 2.525 446 1.167 1.5
2003 1.601 0.483 0.158 0.174 0.064 0.088 2.566 449 1.186 1.9
2004 1.627 0.483 0.160 0.174 0.063 0.090 2.596 452 1.199 1.4
2005 1.655 0.482 0.162 0.173 0.063 0.092 2.626 454 1.213 1.4
2006 1.685 0.482 0.165 0.173 0.062 0.095 2.661 457 1.230 1.6
2007 1.710 0.484 0.167 0.172 0.062 0.097 2.692 460 1.244 1.4
2008 1.739 0.486 0.170 0.171 0.061 0.100 2.728 463 1.260 1.7
2009 1.760 0.489 0.172 0.171 0.061 0.103 2.755 465 1.273 1.2
2010 1.791 0.491 0.174 0.170 0.060 0.106 2.792 469 1.290 1.7
2011 1.818 0.492 0.178 0.169 0.060 0.109 2.824 471 1.305 1.5
2012 1.846 0.494 0.181 0.168 0.059 0.111 2.858 474 1.320 1.5
2013 1.884 0,496 0.184 0.167 0.059 0.114 2.901 478 1.340 2.0
2014 1.909 0,499 0.187 0.166 0.058 0.116 2.935 481 1.356 1.6
2015 1.938 0,504 0.190 0.165 0.058 0.118 2.974 485 1.374 1.8
2016 1.985 0.507 0.193 0.164 0.057 0.122 3.028 490 1.399 2.5
2017 2.013 0.509 0.195 0.163 0.057 0.124 3.062 493 1.374 1.6
2018 2.044 0,512 0.199 0.162 0.057 0.127 3.101 496 1.433 1.8
2019 2.076 0.516 0.202 0.161 0.057 0.129 3.140 500 1.451 1.8

Bu veriler göstermektedir ki CO
2
metan ve kloroflorokarbonların (CFC) zamanla toplam zorlamaya nispeten daha küçük katkılar yapmasıyla toplam zorlamaya hakimdir . Beş büyük sera gazı, 1750'den bu yana uzun ömürlü sera gazı artışlarının neden olduğu doğrudan ışınımsal zorlamanın yaklaşık %96'sını oluşturmaktadır. Geriye kalan %4'e ise 15 küçük halojenli gaz katkıda bulunmaktadır .

2016 yılı için toplam zorlama, 3.027 W m -2 , iklim duyarlılığı parametresinin yaygın olarak kabul edilen değeri λ, 0,8 K /(W m -2 ), ile birlikte küresel sıcaklıkta 2,4 K artışa neden olduğu görülebilir. , gözlemlenen artıştan çok daha büyük, yaklaşık 1.2 K. Bu farkın bir kısmı, zorlama ile sabit duruma ulaşan küresel sıcaklıktaki gecikmeden kaynaklanmaktadır. Farkın geri kalanı, negatif aerosol zorlamasından, iklim duyarlılığının genel olarak kabul edilen değerden daha düşük olmasından veya bunların bazı kombinasyonlarından kaynaklanmaktadır.

Tablo ayrıca, yeterli küresel ölçümlerin mevcut olduğu herhangi bir yıl için uzun ömürlü sera gazlarından kaynaklanan toplam doğrudan ışınımsal zorlamanın 1990'da mevcut olana oranı olarak tanımlanan bir "Yıllık Sera Gazı İndeksi" (AGGI) içermektedir. 1990, Kyoto Protokolü için temel yıl olduğu için seçilmiştir . Bu endeks, karbondioksit emisyonunu ve alımını, metan ve nitröz oksit kaynaklarını ve yutaklarını etkileyen koşullardaki yıllar arası değişikliklerin , Montreal Protokolü ile ilgili olarak ozon tabakasına zarar veren kimyasalların atmosferik bolluğundaki düşüşün bir ölçüsüdür . ve bunların ikamelerindeki (hidrojene CFC'ler (HCFC'ler) ve hidroflorokarbonlardaki (HFC) artış) Bu artışın çoğu CO ile ilgilidir.
2
. 2013 için AGGI 1,34 idi (1990'dan bu yana toplam doğrudan ışınımsal zorlamada %34'lük bir artışı temsil ediyor). Artış CO
2
1990'dan beri tek başına zorlama %46 civarındaydı. CFC'lerdeki düşüş, net ışınımsal zorlamadaki artışı önemli ölçüde azalttı.

IPCC himayesinde yapılan iklim modeli karşılaştırmalarında kullanılmak üzere hazırlanmış ve sadece sera gazlarını değil tüm zorlamaları içeren alternatif bir tablo.

Doğrudan gözlem

Gezegen dönerken ve Güneş'in yörüngesinde döndükçe ve küresel ölçekte termal anormallikler ortaya çıktıkça ve karasal, okyanusal ve atmosferik sistemlerde (örneğin ENSO ) dağıldıkça, Dünya'nın küresel radyasyon dengesi dalgalanır . Sonuç olarak, gezegenin 'anlık ışınımsal zorlaması' (IRF) da dinamiktir ve doğal olarak genel ısınma ve soğuma durumları arasında dalgalanır. Bu doğal varyasyonlara yol açan periyodik ve karmaşık süreçlerin kombinasyonu, net-sıfır ortalama bir IRF üretmek için tipik olarak birkaç yıl kadar süren dönemler boyunca geri dönecektir. Bu tür dalgalanmalar aynı zamanda insan faaliyetlerinden kaynaklanan uzun vadeli (on yıl süren) zorlama eğilimlerini de gizler ve dolayısıyla bu tür eğilimlerin doğrudan gözlemlenmesini zorlaştırır.

NASA Yer Bilimleri Bölümü Operasyon Görevleri

Dünyanın radyasyon dengesi, NASA'nın Bulutları ve Dünya'nın Radyant Enerji Sistemi (CERES) cihazları tarafından 1998 yılından beri sürekli olarak izlenmektedir . Dünyanın her taraması, toplam (tüm gökyüzü) anlık radyasyon dengesinin bir tahminini sağlar. Bu veri kaydı, hem doğal dalgalanmaları hem de IRF üzerindeki insan etkilerini yakalar; sera gazları, aerosoller, arazi yüzeyi, vb.'deki değişiklikler dahil. Kayıt ayrıca ışıma dengesizliklerine gecikmeli ışıma tepkilerini de içerir; esas olarak sıcaklık, yüzey albedo, atmosferik su buharı ve bulutlardaki Dünya sistemi geri bildirimleri yoluyla meydana gelir.

Araştırmacılar , doğal dalgalanmaların ve sistem geri bildirimlerinin katkılarını ayrıştırmak için NASA'nın Dünya Gözlem Sistemi içindeki CERES, AIRS , CloudSat ve diğer uydu tabanlı araçlardan alınan ölçümleri kullandılar . Bu katkıları çok yıllı veri kaydından çıkarmak, atmosferin üstü (TOA) IRF'deki antropojenik eğilimin gözlemlenmesine izin verir. Veri analizi aynı zamanda hesaplama açısından verimli ve ilgili modelleme yöntemlerinden ve sonuçlarından bağımsız bir şekilde yapılmıştır . Işınımsal zorlamanın 2003'ten 2018'e kadar +0.53 W m -2  (+/-0.11 W m -2 ) arttığı doğrudan gözlemlendi. Artışın yaklaşık %20'si atmosferik aerosol yükündeki azalma ile ilişkilendirildi ve kalan %80'in çoğu artan sera gazı yüküne bağlandı.

Artan küresel CO2 nedeniyle radyasyon dengesizliğinde yükselen bir eğilim
2
daha önce yer tabanlı enstrümanlar tarafından gözlemlenmiştir. Örneğin, bu tür ölçümler , Oklahoma ve Alaska'daki iki Atmosferik Radyasyon Ölçümü (ARM) sahasında açık gökyüzü koşulları altında ayrı ayrı toplanmıştır . Her doğrudan gözlem (kızıl ötesi) ilişkili ışınımsal +0.2 W m artmıştır yüzey sakinleri yaşadığı ısıtılması ve tespit -2  (+/- 0.07 W m -2 odağını ek olarak 2010. biten on yıl içinde) uzun dalgalı radyasyonun ve en etkili zorlayıcı gaz ( CO
2
) sadece, bu sonuç, atmosferik absorpsiyon ile tamponlanmasından dolayı TOA zorlamasından orantılı olarak daha azdır.

İklim duyarlılığı

1850'den beri CO 2 , sıcaklık ve güneş lekesi aktivitesi.

Işınımsal zorlama , denklem yoluyla bu zorlamadan kaynaklanan kararlı durumdaki (genellikle "denge" olarak belirtilir) yüzey sıcaklığında (Δ T s ) sonraki bir değişikliği tahmin etmek için kullanılabilir :

burada λ, genellikle K/(W/m 2 ) birimleriyle iklim duyarlılığı parametresi olarak gösterilir ve Δ F , W/m 2 cinsinden ışınımsal zorlamadır . N- taşıyan tipik bir değer, 0.8 K / (W / m 2 ), artış nedeniyle 1750 referans sıcaklığının üzerinde yaklaşık 1.6 K küresel sıcaklığındaki bir artış sağlar CO
2
bu süre içinde (278-405 ppm, 2.0 W / m zorlamak için 2 ) ve eğer varsa sıcaklığının üstünde 1.4 K bir başka ısınma tahmin CO
2
atmosferdeki karışım oranı, sanayi öncesi değerinin iki katına çıkacaktı; bu hesaplamaların her ikisi de başka hiçbir zorlamayı varsaymaz.

Tarihsel olarak, ışınımsal zorlama, sera gazları gibi belirli zorlama türleri için en iyi tahmin kapasitesini gösterir. Kurum gibi diğer antropojenik etkiler için daha az etkilidir . ' Etkili ışınımsal zorlama ' veya ERF adı verilen yeni bir çerçeve , atmosferdeki uzun vadeli yüzey sıcaklığı tepkileriyle ilgisi olmayan hızlı ayarlamaların etkisini ortadan kaldırır. ERF, iklim değişikliğine neden olan farklı faktörlerin, etkilerinin karşılaştırılmasını ve küresel yüzey sıcaklığının çeşitli insan zorlamalarına nasıl tepki verdiğine dair daha tutarlı bir görüş sağlamak için eşit bir oyun alanına yerleştirilebileceği anlamına gelir.

İlgili metrikler

Diğer metrikler, ışınımsal zorlama ile aynı amaç için oluşturulabilir. Örneğin Shine ve ark. "... son deneyler, aerosolleri ve ozonu absorbe etmedeki değişiklikler için, ışınımsal zorlamanın öngörme yeteneğinin çok daha kötü olduğunu gösteriyor... biz bir alternatif öneriyoruz, 'ayarlanmış troposfer ve stratosfer zorlaması'. Bunu gösteren GCM hesaplamalarını sunuyoruz. bu GCM'nin yüzey sıcaklığı değişiminin ışınımsal zorlamadan önemli ölçüde daha güvenilir bir tahmincisidir.Farklı mekanizmaları karşılaştırmak için bir ölçü olarak ışınımsal zorlamayı tamamlamaya adaydır...". Bu alıntıda, GCM " küresel dolaşım modeli " anlamına gelir ve "öngörücü" kelimesi, GCM'lerin iklim değişikliğini tahmin etme kabiliyetine atıfta bulunmaz. Bunun yerine, yazarlar tarafından önerilen alternatif aracın sistem yanıtını açıklamaya yardımcı olma becerisine atıfta bulunur.

Bu nedenle, ışınımsal zorlama kavramı, günümüzde anlık ışınımsal zorlama (IRF) olarak adlandırılan ilk öneriden ışınımsal dengesizliği küresel ısınmayla (küresel yüzey ortalama sıcaklığı) daha iyi ilişkilendirmeyi amaçlayan diğer önerilere doğru evrilmiştir . Bu anlamda, ayarlanmış ışınımsal zorlama, farklı hesaplama metodolojilerinde, stratosfer sıcaklıkları stratosferde ışınımsal bir denge elde etmek için değiştirildiğinde (sıfır ışınımlı ısıtma oranları anlamında) dengesizliği tahmin eder. Bu yeni metodoloji (stratosferik sıcaklık ayarlamalarına ek olarak) troposferde üretilebilecek herhangi bir ayarlama veya geri bildirimi tahmin etmemektedir , bu amaç için etkin ışınımsal zorlama adı verilen başka bir tanım getirilmiştir. Genel olarak ERF, iyi karışmış sera gazları ve ozonda olduğu gibi, troposfer üzerindeki ayarlamaların ve geri bildirimlerin kritik olmadığı düşünülen durumlarda stratosferik olarak ayarlanmış metodolojiler hala uygulanıyor olsa da, CMIP6 ışınımsal zorlama analizinin tavsiyesidir. Işınımsal çekirdek yaklaşımı adlı bir metodoloji , doğrusal bir yaklaşıma dayalı çevrimdışı bir hesaplama içinde iklim geri bildirimlerini tahmin etmeye izin verir.

Ayrıca bakınız

Referanslar

Dış bağlantılar