エネルギー収支

地球システムに入り、出ていくすべてのエネルギーを計算することは、なぜ地球が温暖化しているのかを理解するのに役立ちます。 このエネルギーの計算は、地球の放射収支として知られています。 この放射線は、原子爆弾や原子力発電所から出るようなものではありません。 電磁波です。 下の図は、そのエネルギーがどこに行くかを示しています。 図中の数字は1平方メートルあたりのワット数（W/m2またはW-m-2）です。 地面に1メートル×1メートルの正方形を敷いたと想像してください。 その正方形に、1秒間にどれだけの太陽エネルギーが降り注ぐかを測ってみましょう。 これが、ここで話していることです。 地球の大気圏上部にやってくる太陽光の平均エネルギーは約341.3W/m2です。

上。 地球にやってくる太陽光は左側です。 右は地球から遠ざかる赤外線。 (Image: K. Trenberth, J. Fasullo, and J. Kiehl)

入射エネルギーと出射エネルギー

入射する太陽光のうち地面を暖めるのは半分以下です。 残りは真っ白な雲や氷で反射されるか、大気に吸収されます。 地表に到達した太陽光は、地表を暖めます。 暖められた地表や海からは、私たちが熱として感じる赤外線（IR）が放射される。 その赤外線や熱は、再び大気を伝って上昇します。 しかし、そのほとんどは温室効果ガスに捕らえられ、温室効果ガスが大気中に放出されるのを防いでいます。 しばらくすると、赤外線は宇宙に漏れ出します。

ほとんどの場合、太陽光として地球に届くエネルギーは、赤外線として出て行くエネルギーと同じです。 そうでない場合、地球は暖かくなったり冷たくなったりします。 最近、エネルギー収支は均衡していません。

地球の表面は会計に影響する

地球は、土、岩、水、森林、雪、砂など、さまざまなもので覆われています。 これらの物質は、私たちの惑星に届く太陽エネルギーに対処する方法が異なります。 海や森のような暗い色の表面は、降り注ぐ太陽エネルギーをほとんど反射しません。 雪や氷のような明るい色の地表は、降り注ぐ太陽エネルギーのほとんどを反射します。

地表が反射するエネルギーの量は、アルベドと呼ばれます。

• 非常に暗い色はゼロに近い（または0％に近い）アルベドを持ちます。
• 非常に明るい色は1に近い（または100％に近い）アルベドを持ちます。 太陽エネルギーを大量に吸収し、ごく一部しか反射しません。 森林のアルベドも低く、0.15程度です。 一方、雪や氷は非常に淡い色をしています。 0.8～0.9と非常に高いアルベドを持ち、降り注ぐ太陽エネルギーのほとんどを反射し、吸収はごくわずかです。

  これらの異なる表面のアルベドをすべて合わせたものを、惑星アルベドと呼びます。 地球の惑星アルベドは約0.31です。 つまり、地球に届く太陽エネルギーの約3分の1は宇宙空間に反射され、約3分の2は吸収されることになる。

  地球の気候が寒冷化し、地球上に雪や氷が増えると、より多くの日射が宇宙へ反射され、気候はさらに寒冷化します。 一方、温暖化で雪や氷が溶けると、地表や海洋の色が濃くなり、宇宙へ反射される太陽エネルギーが少なくなって、さらに温暖化が進みます。 これは、氷とアルベドのフィードバックとして知られています。

  雲もアルベドに重要な影響を与えます。 雲は高いアルベドを持ち、大量の太陽エネルギーを宇宙空間に反射する。 雲の種類によって、反射する太陽エネルギーの量は異なります。 もし雲がなければ、地球の平均アルベドは半分に低下します。