För att göra tillförlitliga prognoser av klimatet och möjligen betydande miljöförändringar, är en förståelse på processnivå av energiflödet inom klimatsystemet och hur det interagerar med jordens delsystem (atmosfär, hydrosfär, litosfär och biosfär).

Mätningar från CERES-satelliterna möjliggör detta genom att tillhandahålla observationer av hur jordens energiflöden varierar i tid och rum och hur moln och aerosoler påverkar jordens energibudget.

Mätningarna hjälper till att utvärdera väder- och klimatmodeller, som används för att förutsäga det framtida klimatet.

⇑ Energibudget och atmosfär och havsvärmetransport

Publ 2024-09-14

Fördelningen av energi inom klimatsystemet är en grundläggande egenskap. Regionala obalanser i strålning ger upphov till atmosfäriska och oceaniska cirkulationer, som transporterar värme runt jorden.

CERES spårar förändringar i jordens strålningsbudget. Mätningarna från CERES, i kombination med andra datakällor som beskriver moln, aerosoler, nederbörd och atmosfäriskt och oceaniskt tillstånd, ger information om de underliggande processerna som påverkar atmosfäriska och oceaniska cirkulationsförändringar.

⇑ Global medelenergibudget

Publ 2024-09-14

Väder och klimat drivs av mängden och fördelningen av inkommande strålning från solen. Ungefär en tredjedel av den inkommande solstrålningen reflekteras av moln, aerosoler, molekyler och ytan, hälften absorberas vid ytan och resten absorberas av atmosfären. Jorden svalnar genom att sända ut termisk infraröd strålning till rymden, vilket nästan balanserar den energi som absorberas från solen.

Vid ytan skulle temperaturen vara 33°C svalare utan växthusgaser som vattenånga och CO₂ och moln. Dessa absorberar ytinfraröd strålning och återutsänder det mesta tillbaka till ytan.

Globalt sett har ytan ett nettoöverskott av strålningsenergi medan atmosfären har en nettoförlust. För att kompensera för denna obalans överförs sensibel (ledning & konvektion) och latent värme (avdunstning) från ytan till atmosfären. Ytstrålningsbudgeten sätter alltså en övre gräns för det hydrologiska kretsloppet (avdunstning/nederbörd).

Bilden nedan visar jordens globala genomsnittliga energibudget som i första hand kommer från CERES-teamet. Var och en av rutorna är parametrar i CERES-dataprodukter, tillgängliga i olika tids- och rumsskalor under hela CERES-perioden.

⇑ Jordens energibudget och yttemperatur

Publ 2024-09-14

Utan någon yttre påverkan på klimatsystemet (antropogen eller naturlig), borde det långsiktiga genomsnittet av absorberad solstrålning (ASR) av planeten vara lika med den utsända termiska strålningen (ETR) från rymden. I detta scenario förblir yttemperaturen konstant när den beräknas i medeltal över en lång tidsperiod.

Ökning av atmosfäriska växthusgaser (CO₂, CH₄, etc.) fångar in mer av den utsända värmestrålningen från ytan, vilket minskar ETR och leder till en nettovinst av energi. Detta kallas för "Jordens energiobalans (EEI)". Dess magnitud är ungefär 0,7 Wm-2 (eller 0,3 % av ASR). Det mesta av denna överskottsenergi (93%) lagras som värme i havet. Resten värmer atmosfären och landet och smälter snö och is.

På tidsskalor på upp till några decennier kan naturliga fluktuationer i havsströmmar och atmosfäriska vindmönster orsaka att yttemperaturen varierar, vilket tillfälligt kompenserar eller förstärker ökningen av yttemperaturen i samband med global uppvärmning. Den så kallade "Global Warming Hiatus" mellan 1999 och 2014 är ett färskt exempel.

CERES spårar förändringar i EEI, ASR och ETR och deras regionala fördelning. Observationerna beskriver jordens svar på den kombinerade effekten av externa påtryckningar av klimatsystemet såväl som naturliga fluktuationer inom det.

⇑ Källor

Publ 2024-09-14

• Science, CERES, NASA
• Clouds and the Earth's Radiant Energy System (CERES), NOAA
• Clouds and the Earth's Radiant Energy System, Wikipedia
• Observational Assessment of Changes in Earth's Energy
  Imbalance Since 2000, Surveys in Geophysics (2023-10-01)