اجبار تابشی

در اقلیم‌شناسی اجبار تابشی یا واداشت تابشی اقلیمی (آب‌و هوایی)؛ (انگلیسی: Radiative forcing‎)، تفاوت بین تابش خورشیدیِ (نور خورشیدِ) جذبِ زمین شده، و آن مقدار انرژی که از زمین به فضا تابیده می‌شود است.[1] توانایی‌های نفوذی که سبب ایجاد تغییر در سیستم آب و هوایی زمین شوند و تعادل تابشی زمین را دگرگون کنند و باعث افزایش یا افت دما شوند، اجبارهای تابشی یا اقلیمی نامیده می‌شوند.[2] واداشت تابشی مثبت به این معنی است که زمین انرژی بیشتری از تابش خورشید؛ بیش از تابشی که خود به فضای بیرون می‌فرستد، دریافت می‌کند. در این داد و ستد تابشی، سود خالص انرژی بر گرما خواهد افزود. برعکس، مفهوم واداشت تابشی منفی این است که زمین انرژی تابشی بیشتری را؛ بیش از آنچه که از خورشید دریافت کند، به فضا بفرستد که این باعث ایجاد سرما می‌شود.

تابش خورشیدی ورودی به زمین

به‌طور معمول، اجبار تابشی در تروپوپاز، و/یا در بالای جو؛ (که معمولاً تنظیم‌کنندهٔ سریع دما شناخته می‌شود)، در یکای وات در هر متر مربع از سطح زمین اندازه‌گیری می‌شود. اجبار تابشی مثبت (انرژی ورودی بیش از انرژی خروجی) سیستم را گرم می‌کند، در حالی که اجبار تابشی منفی (انرژی خروجی بیش از انرژی دریافتی) آن را خنک می‌کند. علل ایجاد این اجبار شامل تغییر در تابش خورشید، تغییر در غلظت گازهای فعال در مسیر تابش، (معمولاً به عنوان گازهای گلخانه‌ای)، و ذرات معلق در هوا شناخته می‌شود.

توازن تابش
نوشتار اصلی: هم‌ارزی تابشی زمین
گازهای اتمسفری تنها انرژی بخشی از طول موج‌ها را جزب می‌کنند ولی برای بخش دیگر طول موج‌ها شفاف هستند. در نمودار بالا، الگوهای جذب بخار آب (قله‌های آبی) و دی‌اکسید کربن (قله‌های صورتی) در برخی از طول موج‌ها با هم همپوشانی دارند. دی‌اکسید کربن به اندازهٔ بخار آب یک گاز گلخانه‌ای قوی نیست، اما انرژی آن را در طول موج (۱۲–۱۵ میکرومتر) جذب می‌کند که بخار آب چنین نمی‌کند، تا حدودی «پنجره» ای را که از طریق آن گرمای تابش شده توسط سطح به‌طور عادی به فضا فرار می‌کند می‌بندد[3]

تقریباً تمام انرژی تأثیرگذار بر آب و هوای زمین به صورت انرژی تابشی از خورشید دریافت می‌شود. این سیاره و جو آن مقداری از انرژی را جذب کرده و بخشی از آن را بازمی‌تابد، انرژی موج‌های بلند با آن‌که به فضا بازتاب داده می‌شوند در برخورد با اتمسفر دوباره به زمین برگردانده می‌شوند. تعادل بین انرژی جذب شده و تابش شده، میانگین دمای جهانی را تعیین می‌کند. از آن‌جا که جو بخشی از انرژی بازتابی پرتو موج بلند را نیز دوباره جذب می‌کند، گرمای سیاره گرمتر از آن است که در صورت نداشتن جو باشد: اثر گلخانه‌ای را ببینید.

تعادل تابش با عواملی مانند شدت انرژی خورشیدی، درجهٔ بازتابندگی ابرها یا گازها، جذب توسط گازهای مختلف گلخانه‌ای یا سطح رسانش گرمایی انتشار گرما توسط مواد مختلف تغییر می‌یابد. هرگونه تغییر، یک تغییر در هم‌ترازی نیروی تابشی است و تعادل را تغییر می‌دهد. این امر به‌طور مداوم اتفاق می‌افتد که نور خورشید به سطح، ابرها و ذرات معلق در هوا شکل می‌گیرد، غلظت گازهای جوی تغییر می‌کند و فصل‌ها پوشش سطح زمین را تغییر می‌دهند.

کاربرد در IPCC
عوامل اجبار تابشی و مقدار آن‌ها در سال IPCC 2007.

گزارش هیئت بین‌دولتی تغییر اقلیم (IPCC) AR4 اجبارهای تابشی را این‌گونه تعریف می‌کند:[4]

"اجبار تابشی اندازه‌گیری تأثیر یک عامل در تغییر تعادل انرژی ورودی و خروجی در سیستم اتمسفری زمین است و شاخصی از اهمیت این عامل به عنوان یک مکانیسم بالقوه تغییر آب و هوا است. در این گزارش مقدارهای اجبار تابشی برای تغییرات نسبت به شرایط پیش تولیدی تعریف شده در سال ۱۷۵۰ هستند و در یکای وات در هر متر مربع (W / M2) بیان شده‌اند. "

به زبان ساده، نیروی تابشی «... میزان تغییر انرژی در واحد سطح کره زمین است که در بالای جو اندازه‌گیری می‌شود.».[5] در متن تغییرات آب و هوایی، اصطلاح «اجبار» محدود به تغییر در تعادل تابش سیستم سطح troposphere سطح توسط عوامل خارجی، بدون تغییر در پویایی استراتوسفر، بدون بازخورد سطح و tropospheric در عمل (به عنوان مثال، هیچ اثر ثانویه ناشی از تغییر در حرکات tropospheric یا حالت ترمودینامیکی آن)، و هیچ تغییری در میزان و توزیع آب جو (بخار، مایع و جامد) ایجاد نشده‌است.

پیشینه

جدول زیر (برگرفته از مدل‌های انتقال تابش جوی) تغییرات اجبار تابشی بین سال‌های ۱۹۷۹ و ۲۰۱۶ را نشان می‌دهد.[6] جدول شامل سهم در تابش ناپذیر از دی‌اکسید کربن (CO) است

  1. ، متان (CH
  2. اکسید نیتروژن (N

2O)؛ کلروفلوئوروکربن‌ها (CFC) 12 و ۱۱؛ و پانزده گاز کوچک دیگر، طولانی مدت، هالوژنه.[7] این جدول شامل سهم در ایجاد تابش از گازهای گلخانه‌ای طولانی مدت است. این نیروها شامل نیروی هوایی دیگر و تغییر در فعالیت‌های خورشیدی نمی‌شود

تغییر در اجبار تابشی گازهای گلخانه‌ای طولانی مدت بین سال‌های ۱۹۷۹ و ۲۰۱۲.
Global radiative forcing (relative to 1750, in ), CO2 -equivalent mixing ratio, and the Annual Greenhouse Gas Index (AGGI) between 1979–2014[6]
سالCO2 CH
4		N
2O		CFC-12CFC-1115-minorTotalCO2 -eq
بخش در یکای سنجش		AGGI
۱۹۹۰ = ۱		AGGI
% change
۱۹۷۹۱٫۰۲۷۰٫۴۱۹۰٫۱۰۴۰٫۰۹۲۰٫۰۳۹۰٫۰۳۱۱٫۷۱۲۳۸۳۰٫۷۸۶
۱۹۸۰۱٫۰۵۸۰٫۴۲۶۰٫۱۰۴۰٫۰۹۷۰٫۰۴۲۰٫۰۳۴۱٫۷۶۱۳۸۶۰٫۸۰۸۲٫۸
۱۹۸۱۱٫۰۷۷۰٫۴۳۳۰٫۱۰۷۰٫۱۰۲۰٫۰۴۴۰٫۰۳۶۱٫۷۹۹۳۸۹۰٫۸۲۶۲٫۲
۱۹۸۲۱٫۰۸۹۰٫۴۴۰۰٫۱۱۱۰٫۱۰۸۰٫۰۴۶۰٫۰۳۸۱٫۸۳۱۳۹۱۰٫۸۴۱۱٫۸
۱۹۸۳۱٫۱۱۵۰٫۴۴۳۰٫۱۱۳۰٫۱۱۳۰٫۰۴۸۰٫۰۴۱۱٫۸۷۳۳۹۵۰٫۸۶۰۲٫۲
۱۹۸۴۱٫۱۴۰۰٫۴۴۶۰٫۱۱۶۰٫۱۱۸۰٫۰۵۰۰٫۰۴۴۱٫۹۱۳۳۹۷۰٫۸۷۸۲٫۲
۱۹۸۵۱٫۱۶۲۰٫۴۵۱۰٫۱۱۸۰٫۱۲۳۰٫۰۵۳۰٫۰۴۷۱٫۹۵۳۴۰۱۰٫۸۹۷۲٫۱
۱۹۸۶۱٫۱۸۴۰٫۴۵۶۰٫۱۲۲۰٫۱۲۹۰٫۰۵۶۰٫۰۴۹۱٫۹۹۶۴۰۴۰٫۹۱۶۲٫۲
۱۹۸۷۱٫۲۱۱۰٫۴۶۰۰٫۱۲۰۰٫۱۳۵۰٫۰۵۹۰٫۰۵۳۲٫۰۳۹۴۰۷۰٫۹۳۶۲٫۲
۱۹۸۸۱٫۲۵۰۰٫۴۶۴۰٫۱۲۳۰٫۱۴۳۰٫۰۶۲۰٫۰۵۷۲٫۰۹۹۴۱۲۰٫۹۶۴۳٫۰
۱۹۸۹۱٫۲۷۴۰٫۴۶۸۰٫۱۲۶۰٫۱۴۹۰٫۰۶۴۰٫۰۶۱۲٫۱۴۴۴۱۵۰٫۹۸۴۲٫۱
۱۹۹۰۱٫۲۹۳۰٫۴۷۲۰٫۱۲۹۰٫۱۵۴۰٫۰۶۵۰٫۰۶۵۲٫۱۷۸۴۱۸۱٫۰۰۰۱٫۶
۱۹۹۱۱٫۳۱۳۰٫۴۷۶۰٫۱۳۱۰٫۱۵۸۰٫۰۶۷۰٫۰۶۹۲٫۲۱۳۴۲۰۱٫۰۱۶۱٫۶
۱۹۹۲۱٫۳۲۴۰٫۴۸۰۰٫۱۳۳۰٫۱۶۲۰٫۰۶۷۰٫۰۷۲۲٫۲۳۸۴۲۲۱٫۰۲۷۱٫۱
۱۹۹۳۱٫۳۳۴۰٫۴۸۱۰٫۱۳۴۰٫۱۶۴۰٫۰۶۸۰٫۰۷۴۲٫۲۵۴۴۲۴۱٫۰۳۵۰٫۷
۱۹۹۴۱٫۳۵۶۰٫۴۸۳۰٫۱۳۴۰٫۱۶۶۰٫۰۶۸۰٫۰۷۵۲٫۲۸۲۴۲۶۱٫۰۴۸۱٫۳
۱۹۹۵۱٫۳۸۳۰٫۴۸۵۰٫۱۳۶۰٫۱۶۸۰٫۰۶۷۰٫۰۷۷۲٫۳۱۷۴۲۹۱٫۰۶۴۱٫۵
۱۹۹۶۱٫۴۱۰۰٫۴۸۶۰٫۱۳۹۰٫۱۶۹۰٫۰۶۷۰٫۰۷۸۲٫۳۵۰۴۳۱۱٫۰۷۹۱٫۴
۱۹۹۷۱٫۴۲۶۰٫۴۸۷۰٫۱۴۲۰٫۱۷۱۰٫۰۶۷۰٫۰۷۹۲٫۳۷۲۴۳۳۱٫۰۸۹۰٫۹
۱۹۹۸۱٫۴۶۵۰٫۴۹۱۰٫۱۴۵۰٫۱۷۲۰٫۰۶۷۰٫۰۸۰۲٫۴۱۹۴۳۷۱٫۱۱۱۲٫۰
۱۹۹۹۱٫۴۹۵۰٫۴۹۴۰٫۱۴۸۰٫۱۷۳۰٫۰۶۶۰٫۰۸۲۲٫۴۵۸۴۴۰۱٫۱۲۸۱٫۶
۲۰۰۰۱٫۵۱۳۰٫۴۹۴۰٫۱۵۱۰٫۱۷۳۰٫۰۶۶۰٫۰۸۳۲٫۴۸۱۴۴۲۱٫۱۳۹۰٫۹
۲۰۰۱۱٫۵۳۵۰٫۴۹۴۰٫۱۵۳۰٫۱۷۴۰٫۰۶۵۰٫۰۸۵۲٫۵۰۶۴۴۴۱٫۱۵۰۱٫۰
۲۰۰۲۱٫۵۶۴۰٫۴۹۴۰٫۱۵۶۰٫۱۷۴۰٫۰۶۵۰٫۰۸۷۲٫۵۳۹۴۴۷۱٫۱۶۶۱٫۳
۲۰۰۳۱٫۶۰۱۰٫۴۹۶۰٫۱۵۸۰٫۱۷۴۰٫۰۶۴۰٫۰۸۸۲٫۵۸۰۴۵۰۱٫۱۸۵۱٫۶
۲۰۰۴۱٫۶۲۷۰٫۴۹۶۰٫۱۶۰۰٫۱۷۴۰٫۰۶۳۰٫۰۹۰۲٫۶۱۰۴۵۳۱٫۱۹۸۱٫۱
۲۰۰۵۱٫۶۵۵۰٫۴۹۵۰٫۱۶۲۰٫۱۷۳۰٫۰۶۳۰٫۰۹۲۲٫۶۴۰۴۵۵۱٫۲۱۲۱٫۲
۲۰۰۶۱٫۶۸۵۰٫۴۹۵۰٫۱۶۵۰٫۱۷۳۰٫۰۶۲۰٫۰۹۵۲٫۶۷۵۴۵۸۱٫۲۲۸۱٫۳
۲۰۰۷۱٫۷۱۰۰٫۴۹۸۰٫۱۶۷۰٫۱۷۲۰٫۰۶۲۰٫۰۹۷۲٫۷۰۶۴۶۱۱٫۲۴۲۱٫۱
۲۰۰۸۱٫۷۳۹۰٫۵۰۰۰٫۱۷۰۰٫۱۷۱۰٫۰۶۱۰٫۱۰۰۲٫۷۴۲۴۶۴۱٫۲۵۹۱٫۳
۲۰۰۹۱٫۷۶۰۰٫۵۰۲۰٫۱۷۲۰٫۱۷۱۰٫۰۶۱۰٫۱۰۳۲٫۷۶۸۴۶۶۱٫۲۷۱۱٫۰
۲۰۱۰۱٫۷۹۱۰٫۵۰۴۰٫۱۷۴۰٫۱۷۰۰٫۰۶۰۰٫۱۰۶۲٫۸۰۵۴۷۰۱٫۲۸۸۱٫۳
۲۰۱۱۱٫۸۱۸۰٫۵۰۵۰٫۱۷۸۰٫۱۶۹۰٫۰۶۰۰٫۱۰۹۲٫۸۳۸۴۷۳۱٫۳۰۳۱٫۲
۲۰۱۲۱٫۸۴۶۰٫۵۰۷۰٫۱۸۱۰٫۱۶۸۰٫۰۵۹۰٫۱۱۱۲٫۸۷۳۴۷۶۱٫۳۱۹۱٫۲
۲۰۱۳۱٫۸۸۴۰٫۵۰۹۰٫۱۸۴۰٫۱۶۷۰٫۰۵۹۰٫۱۱۴۲٫۹۱۶۴۷۹۱٫۳۳۸۱٫۵
۲۰۱۴۱٫۹۰۹۰٫۵۰۰۰٫۱۸۷۰٫۱۶۶۰٫۰۵۸۰٫۱۱۶۲٫۹۳۶۴۸۱۱٫۳۵۶۱٫۶
۲۰۱۵ ۱٫۹۳۸ ۰٫۵۰۴ ۰٫۱۹ ۰٫۱۶۵ ۰٫۰۵۸ ۰٫۱۱۸ ۲٫۹۷۳ ۴۸۵ ۱٫۳۷۴ ۱٫۸
۲۰۱۶ ۱٫۹۸۵ ۰٫۵۰۷ ۰٫۱۹۳ ۰٫۱۶۴ ۰٫۰۵۷ ۰٫۱۲۱ ۳٫۰۲۷ ۴۸۹ ۱٫۳۹۹ ۲٫۵

این جدول نشان می‌دهد که CO2

بر کل جریان اجبار تسلط دارد، در حالی که متان و کلروفلوئوروکربن‌ها (CFC) در مقایسه سهم نسبتاً کمتری در کل اجبار در طول زمان دارند.[6] بنزین گلخانه‌ای از سال ۱۷۵۰ افزایش می‌یابد. ۴٪ باقیمانده توسط ۱۵ گاز جزئی هالوژن شده کمک می‌کند.

می‌توان شاهد آن بود که مجموع اجبار برای سال ۲۰۱۶، 3.027 W m−2,، همراه با مقدار معمول پذیرفته شده پارامتر حساسیت به آب و هوا λ, 0.8 K /(W m−2),، منجر به افزایش دمای جهانی 2.4 K می‌شود؛ که این، بسیار بیشتر از افزایش مشاهده شده، حدود ۱٫۲ کیلوگرم است[8] بخشی از این اختلاف به دلیل با تأخیر بودن تغییر در دمای جهانی است که وجود دارد تا با اجبار تابشی به حالت پایدار برسد. باقی‌ماندهٔ این تفاوت به دلیل وجود ذرات معلق با اجبار تابشی منفی در هوا است[9] [مرجع دایره ای] و / یا حساسیت به آب و هوا کمتر از مقدار معمول پذیرفته شده یا ترکیبی از آن است.[10]

این جدول همچنین حاوی «فهرست سالانه گازهای گلخانه‌ای» (AGGI) است که به عنوان نسبت کل تابش مستقیم اجبار ناشی گازهای گلخانه‌ای طولانی مدت برای هر سال که برای آن اندازه‌گیری‌های جهانی کافی با آنچه در سال ۱۹۹۰ وجود داشت، تعریف شده‌است.[6] سال ۱۹۹۰ به این دلیل انتخاب شد که این سال پایهٔ اولیه پیمان کیوتو است. این شاخص اندازه‌گیری از تغییرات سالانه در شرایطی است که بر انتشار و جذب دی‌اکسید کربن، منابع و غرق اکسید متان و نیتروژن تأثیر می‌گذارد، کاهش در وفور جوی مواد شیمیایی کاهش ازون مربوط به پیمان مونترال است؛ و افزایش جایگزین‌های آن‌ها (CFC هیدروژنه (HCFCs) و هیدرو فلوروکربن‌ها (HFC)) بیشتر این افزایش مربوط به CO است ۲. برای سال ۲۰۱۳، AGGI 1.34 بود (که نشان دهندهٔ افزایش کل نیروی تابش مستقیم ۳۴٪ از سال ۱۹۹۰). افزایش CO ۲ مجبور کردن مجرد از سال ۱۹۹۰ حدود ۴۶٪ بود. کاهش CFC به‌طور قابل ملاحظه‌ای باعث افزایش اجبار تابشی خالص شد.

جدول جایگزینی دیگری برای استفاده در مقایسه‌های مدل آب‌وهوایی تهیه شده‌است که تحت نظارت IPCC انجام می‌شود و شامل کلیه نیروها، نه فقط گازهای گلخانه‌ای، در http://www.climatechange2013.org/images/report/WG1AR5_AIISM_Datafiles.xlsxociation%5Bپیوند+مرده%5D].[11] در دسترس است.

جستارهای وابسته

منابع
  1. Shindell, Drew (2013). "Radiative Forcing in the AR5" (PDF). Retrieved 15 September 2016.
  2. Rebecca, Lindsey (14 January 2009). "Climate and Earth's Energy Budget: Feature Articles". earthobservatory.nasa.gov. Retrieved 3 April 2018.
  3. "NASA: Climate Forcings and Global Warming". 14 January 2009.
  4. "Climate Change 2007: Synthesis Report" (PDF). ipcc.ch. Retrieved 3 April 2018.
  5. Rockström, Johan; Steffen, Will; Noone, Kevin; Persson, Asa; Chapin, F. Stuart; Lambin, Eric F.; Lenton, Timothy F.; Scheffer, M; et al. (23 September 2009). "A safe operating space for humanity". نیچر. 461 (7263): 472–475. Bibcode:2009Natur.461..472R. doi:10.1038/461472a. PMID 19779433.
  6.  This article incorporates public domain material from websites or documents of the NOAA.
  7. CFC-113 , کربن تتراکلرید (CCl
    4    ), 1٬1٬1-تری‌کلرواتان (CH
    3    CCl
    3    ); hydrochlorofluorocarbons (HCFCs) 22 , 141b and 142b ; hydrofluorocarbons (HFCs) 134a , 152a , 23 , 143a , and 125 ; هگزا فلوراید گوگرد (SF
    6    ), and halons برموکلرودی‌فلوئورومتان، برموتری‌فلوئورومتان and دی‌برموتترافلوئورواتان)
  8. Hansen, J.E.; et al. "GISS Surface Temperature Analysis: Analysis Graphs and Plots". Goddard Institute for Space Studies, National Aeronautics and Space Administration.
  9. ذرات معلق
  10. Schwartz, Stephen E.; Charlson, Robert J.; Kahn, Ralph A.; Ogren, John A.; Rodhe, Henning (2010). "Why hasn't Earth warmed as much as expected?" (PDF). Journal of Climate (published 15 May 2010). 23 (10): 2453–64. Bibcode:2010JCli...23.2453S. doi:10.1175/2009JCLI3461.1.
  11. IPCC, 2013: Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Stocker, T.F., D. Qin, G.-K. Plattner, M. Tignor, S.K. Allen, J. Boschung, A. Nauels, Y. Xia, V. Bex and P.M. Midgley (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, 1535 pp. , 31 January 2014. ,

پیوند به بیرون
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.