地球变得“收支不平衡”了？

本文来自微信公众号：原理（ID：principia1687），作者：Neanderthal，原文标题：《0.53 ± 0.11》，头图来自：视觉中国

一

地球似乎变得“收支不平衡”了——别误会，我们这里说的是一种“能量收支”。

我们的星球一直在试图平衡进出地球系统的能量流动，从而达到一种能量角度的平衡。但已经有不少模拟研究预测，人类影响着地球的能量收支。由于人类活动，更多能量被地球吸收了，而没有逃逸到太空中。这使地球系统的能量收支失去平衡，导致我们的星球开始变暖。

现在，NASA的一项研究首次通过全球性的直接观测证实了这些预测：人类活动影响着地球的能量平衡，最终导致气候变化。研究已于近日发表在Geophysical Research Letters上。

二

太阳是我们的能量来源，当阳光照射向地球时，辐射能进入地球系统。但接下来的能量过程并没有那么简单。

在这些能量中，其中一部分会从地球表面或大气层反射回太空，其余的部分则被地球吸收，使地球升温。

随后，这些热会以热辐射能的形式再次被释放，这就像黑色沥青在阳光明媚的日子会变得滚烫，并散发出热量一样。最终，这些能量也会流向太空，但其中的一部分又会被云层和大气中的温室气体重新吸收。被吸收的能量也可能被再一次地送回地球，使地球表面更加温暖。

地球能量平衡的简化动画示意图：地球的能量收支是由进入系统的能量（黄色）和向外的辐射（红色）之间平衡的，自然和人为过程都会影响着能量的接收与释放。| 图片来源：NASA's Goddard Space Flight Center Conceptual Image Lab

增加更多吸收辐射的因素（比如温室气体），或者去除那些反射的因素（比如气溶胶），自然都会破坏地球的能量平衡，这就是所谓的辐射强迫（radiative forcing），也是人类活动影响气候的主要方式。

从很早之前，NASA已经开启了多个全球监测项目。比如，云和地球辐射能系统（CERES）项目主要研究的就是地球大气层顶部的辐射流。自1997年以来，CERES的一系列仪器就跟随着卫星在地球上空飞行。每一台仪器都在帮助测量有多少能量进入地球系统，又有多少离开了系统，从而给出了总辐射的净变化。

这些数据，加上全球海洋热量测量等其他一些数据来源，已经向我们表明，我们的星球正处于一种能量不平衡的状态。

CERES等项目的卫星和仪器，一直监控着来自太阳的能量和向太空中释放的能量。| 图片来源：NASA’s Scientific Visualization Studio

但这些数字没有告诉我们的是，究竟是什么因素导致了能量平衡的变化。

三

在这项新研究中，科学家使用了一种新的技术来解析总能量的变化中有多少是由人类活动引起的。

简单来说，研究人员首先计算出了这种不平衡在多大程度上是由自然发生的因素的波动引起的，比如水蒸气、云层、温度和地表反照率（可以理解成地球表面的亮度或反射率）等因素。例如，NASA的Aqua卫星上携带的大气红外探测器（AIRS）主要用于测量地球大气中的水蒸气。水蒸气会吸收热量，因此水蒸气的变化将影响最终离开地球系统的能量。

在弄清了每一种自然因素引起的能量变化后，从总数中减去这些值，剩下的部分就是辐射强迫。

团队发现，从2003年到2018年，人类活动导致地球的辐射强迫每平方米增加了约0.5（0.53±0.11）瓦。这种增加来自发电、运输和工业制造业排放的温室气体。反射性的气溶胶减少同样是造成这种不平衡的原因之一。

这是人们首次利用全球观测数据来计算地球的总辐射强迫，解释气溶胶和温室气体的影响。它提供了人类活动导致地球能量收支变化的直接证据。

四

科学家介绍，这项新技术的计算速度比以前基于模型的方法更快，使研究人员可以实现几乎实时监测辐射强迫。

这种方法能够用于追踪人类排放对气候的影响，监测各种气候措施的效果，也可以用来评估预测未来气候变化的模型。

研究创建了一个由观测数据计算出的辐射强迫的直接记录，也使科学家能够评估对这些强迫进行模拟的模型的准确程度。所有这些结果都将帮助科学家对未来气候变化的趋势做出更有信心的预测。

参考来源：

https://www.nasa.gov/feature/goddard/2021/direct-observations-confirm-that-humans-are-throwing-earth-s-energy-budget-off-balance/

https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2020GL091585

https://qz.com/1989053/scientists-show-direct-evidence-of-humans-role-in-climate-change/

本文来自微信公众号：原理（ID：principia1687），作者：Neanderthal