可用的行星能量平衡杠杆操纵气候raybet雷竞技最新

地球的气候系统是一个动态raybet雷竞技最新的、非常复杂的系统,但它遵循物理和化学热力学和动力学的基本原理。气候raybet雷竞技最新系统在平衡状态下是传入的太阳辐射能量之间的平衡和传出的长波地面辐射能量。“杠杆”有能力大幅度转变地球的能量平衡是:(1)改变磁通(量)的太阳辐射进入地球的大气层;(2)改变部分反射的太阳辐射,不变,回太空,;(3)改变地球大气的辐射发射率,举例来说,它的能力吸收红外辐射。地球工程提出了应用这些大型杠杆故意转移(管理)地球的能量平衡。

斯蒂芬玻尔兹曼定律简洁地描述了这些手段之间的关系,

在这里,S0是地球大气层外的平均太阳辐照度;一个是地球的平均反射率,e是地球大气层的发射率;s是斯蒂芬玻尔兹曼常数(等于5.67 x可W m - 2 K-4),和T是地球的“黑体”的温度。左边的Eq。9.1提供了一个简单的估计太阳能被吸收,而右边的方程估计数量的能量辐射回太空的地球系统。当太阳能吸收等于地球放射的能量系统,地球的气候系统raybet雷竞技最新热力学平衡。科学理解关于地球的能源预算在十年间的世纪时间尺度是不完整的。然而,从长远来看,这将基本热力学平衡。

减缓气候变暖,地球工程,作为一个战略涉及故意改变在这个能量平衡方程的一些值,修改太阳辐照度raybet雷竞技最新(S0),地球的平均反射率(a),和地球大气层的发射率(e)。

太阳辐照度,S0太阳能的平均数量,落在一平方米的地球大气层每秒。如果地球持平,S0平均1366 W / m2 [12]。然而,地球的曲率结合事实,只有一半的地球被太阳在任何时间大大减少了实际能量吸收- 343 W / m2的意思。astrophysi-cal流程,大小和椭圆率的地球绕太阳,太阳周期变化的磁场,导致S0可变性[13]。在过去的50年,11年的太阳黑子周期一直是这种变化的主要原因。分析可用的太阳光度在此期间数据显示2 W / m2的方差在或低于0.1% (14、15)。这些周期在光度温度记录中可以看到,没有上升趋势,或许可以解释观测到的气候变暖(2007年联合国政府间气候变化专门委员会)。raybet雷竞技最新

地球的反照率(一)是一种测量其表面的反射率和大气。太阳辐照度(S0)乘以(1 a)给出了部分吸收的太阳能系统。反照率是一个函数的分数白色或浅色的表面,如海冰川冰,、沙漠或大气中,云和气溶胶散射(不吸收)。Eq。9.1,简单计算地球的反照率通常估计约为0.3,表明大约三分之一的太阳辐射是由这些光散射表面反射到太空中。然而,在实践中,这些反射特性或在地球表面的不同时间尺度从秒到几千年。转移大陆,冰河时代改变了全球反照率在地质时间尺度。几个世纪以来,最近十年,年时间尺度上,人类农业和发展改变了地球陆地表面的反射率。最近快速砍伐森林显著改变表面反照率(生物圈的碳汇能力)。大气的云和气溶胶成分变化尺度从年到秒。因此,在实践中,地球的反照率变化很大和不断的变化。

如果地球是一个真正的“黑体”,它会被空间的能量是其绝对温度的函数。理想的版本的斯蒂芬玻尔兹曼方程,j = ctT4 j能量通量/表面积,s是斯蒂芬-

玻耳兹曼常数,k, T是地球的黑体温度单位,量化这种能量通量。然而,地球大气的影响在一定程度上与陆地(IR)辐射的发射。发射率(e),在这种情况下,是衡量我们的大气红外辐射的不透明度。如果气氛完全透明的红外辐射,(1)e等于团结。e的值小于统一在某种程度上表明,大气吸收红外辐射。

地球的黑体温度,测量大气层的卫星,-19°C -远低于水的冰点,而平均表面温度是15°C。之间存在强烈的热梯度,表面和地球的对流层顶部的大气的理想的发射率的结果。我们知道这是熟悉的“温室效应”。The greater the atmospheric concentration of greenhouse gases, the lower the emissivity of the atmosphere. The lower the emissivity of the atmosphere, the higher the地球表面的温度(T, Eq。9.1)必须达到热平衡。

很多因素使能量的吸收和色散在地球表面。这些因素包括地球的near-spherical形状;异构表面与广泛的类型反照率值;地球大气的光化学活性;广阔的海洋世界,;一个生物圈吸收太阳辐射和二氧化碳,随后再释放二氧化碳和其他温室气体(甲烷,甲烷;和一氧化二氮,一氧化二氮)。海洋不仅吸收太阳辐射,但也包含50倍大气的二氧化碳的浓度。在地质时间尺度,这些气候系统组件的变化引起冰龄和温暖的间冰期,随着气候变化在较短的时间尺度。raybet雷竞技最新

为代表的扰动迅速增加大气温室气体浓度由于人类的活动破坏了地球的能量平衡。尽管全球大气温室气体持续增长的负担,地球系统的平衡态向正在将包括更高的平均表面温度。气候科学raybet雷竞技最新社会预期在未来气象模式越来越戏剧性的变化,作为额外的热能被困增强的温室效应分散在地球系统[1]。

地球工程的战略是气候系统应用杠杆隐含变量的Eq。9.1:减少太阳能辐照度;raybet雷竞技最新增加地球的反照率;增加大气的辐射率。在下面几节中,我们描述几个例子的地球工程的支持者提出了如何应用这些手段。而建议的列表不是详尽的,从物理的角度来看,所有的地球工程方案寻求雇佣三个可用的手段之一。他们之间的差异在于细节。这里讨论的选项的摘要提供在表9.1中,定性比较当前水平的理解带来的潜在环境的结果(副作用)成功实现每个建议的地球工程策略。其他指标包括比较包括实施成本和预期的时间表当行动必须保持气候强迫。raybet雷竞技最新每个提议的timeframe-to-maintain也可以解释为reversibility-timeframe,假设地球工程行动只会停止通过自然机制。

表9.1提出的方法有气候raybet雷竞技最新

建议

强迫机制

implement3成本

时间尺度来维持

平流层气溶胶注射

反映短波辐射

年

对流层海洋播云

反映短波辐射

周

太空反射镜

反映短波辐射

几十年

地表反照率反映短波辐射$ $ $ $ $个月修改

潜在的好处

潜在的不良后果

水平的理解

辉煌的日出和日落

没有一个

没有一个

降低城市热岛效应

平流层臭氧损失

天空的美白未知制造新颖的气溶胶的影响

改变了水文循环

增加海洋和ocean-bordering地区的气溶胶污染

改变了水文循环

改变初级生产力由于改变了PAR通量改变水文循环

重要海洋生态系统干扰海洋表面改性可能可怜的美学和影响航运业

可行性:高方面的好处:高后果:低

可行性:低效益:高后果:温和

可行性:低效益:低后果:低

可行性:低效益:低后果:低

海洋pH值

修改

浮游植物施肥

植树造林和绿化

化学风化作用

温室气体减少

温室气体减少

温室气体减少

温室气体减少

未知的

未知的

年

个月

未知的

年

未知的

年

缓解有限公司简况海洋酸化

恢复枯竭的鱼类种群

•减少森林的补充

•城市热岛缓减城市林业

未知的

大规模的操纵的海洋表面化学可能影响海洋生态系统

藻类的生长,并且建立在海洋死区

CH4和N, 0生产低于受精透光区

水需求增加的影响,土壤流失和肥料。森林生物多样性的变化与大规模单一大规模试剂和废物生产的环境影响。

可行性:低效益:低后果:低

可行性:低效益:低后果:低

可行性:温和的好处:高后果:低

可行性:低效益:低后果:低

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继续阅读:地球工程策略增加行星反照率

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