Jordens strålingsbalanse

Skjematisk oppsett av energibalansen mellom jordoverflaten, atmosfæren og verdensrommet. Merk at energien som går inn i et nivå er lik energien som går ut av nivået, siden strålingsbudsjettet er i balanse.

Strålingsbalansen er en balanse mellom solstrålingen som kommer inn i atmosfæren og ned til jordoverflaten, og varmeutstrålingen (langbølge) og reflektert (kortbølge) stråling fra Jorda og ut igjen i verdensrommet.

Globalt sett er strålingen i balanse, ellers ville solstrålingen gjort at temperaturen konstant hadde økt, men lokalt er derimot ikke strålingen i balanse. Tropiske områder får tilført mye mer strålingsenergi enn det som blir brukt, mens høyere bredder på vinterhalvkulen stråler ut mye mer energi enn det som blir tilført. Havstrømmer og atmosfæriske strømmer transporterer energi bort fra tropene til høyere bredder slik at strålingen til jorden sett under ett er i balanse. Strålingsenergien blir omformet til latent varme, merkende varme eller til og med bevegelse (kinetisk energi), men til sjuende og sist blir all energi omformet til varmeenergi som blir strålt ut fra jorden og atmosfæren.

Strålingsbalansen

Den innkommende solstrålingen er kortbølget, og ligningen under blir derfor kalt den kortbølgede strålingsbalansen Qs:

Qs = G - R = D + H - R = G (1 - a)

der

G = global stråling
D = direkte stråling
H = diffus stråling
R = reflektert del av globalstrålingen (ca. 4 %)
a = albedo

Jordens overflate og atmosfære sender ut varmestråling (i det infrarøde spekteret). Det er en liten overlapp mellom denne strålingen og solspekteret. Siden dette er langbølget stråling, blir denne ligningen kalt den langbølgede strålingsbalansen (Ql)

Ql = AE = AO - AG

der

AE = effektiv stråling
AO = stråling fra jordoverflaten
AG = fanget stråling (også kjent som drivhuseffekten)

Fra disse to ligningene for innkommende og utgående stråling, kan man regne ut den totale energien (total strålingsbalanse (Qt) eller netto stråling):

Qt = Qs - Ql = G - R - AE

Det kan derimot være vanskelig å måle hver enkelt del av strålingen, siden både forskjellige interne og eksterne faktorer kan påvirke strålingsbalansen. Interne faktorer er mekanismer som påvirker sammensetningen til atmosfæren (vulkanisme, biologisk aktivitet, endring av landområder, menneskelig aktivitet etc). Den eksterne faktoren er i hovedsak solen. Solens gjennomsnittlige lysstyrke har økt med omtrent 25 % i løpet av solens levetid.

Eksterne og interne faktorer er nært knyttet sammen. Økt solinnstråling vil for eksempel gi høyere middeltemperaturer og høyere vanndampinnhold i atmosfæren. Vanndamp er en gass som absorberer infrarød stråling og sender den tilbake til jordoverflaten. Dette kan slå ut begge veier ved at mer stråling mot jordoverflaten fører til høyere temperatur, men økt vanndampinnhold kan også føre til økt skydekke og dermed økt global albedo. Situasjonen er komplisert siden mange faktorer spiller inn, og derfor har ikke konseptet bak strålingsbalansen så stor nytteverdi, selv om den er fysisk riktig.

Menneskelig påvirkning

Utslipp av drivhusgasser, og andre faktorer (som endringer av landområder) kan endre energibudsjettet til en viss grad. De største og mest kjente av drivhusgassene (CO₂, CH₄, halokarbon, etc.) har totalt økt pådraget med 2,4 W/m² i forhold til 1750. Dette er mindre enn 1 % av den innkommende solenergien, men har medvirket til en observert økning i temperaturen i atmosfæren og havet.

Kilder

Se også