F. Stacey G. Koenitz-Rozells on Unsplash

Written by 14:26 Nauka, Publikacje

Co się dzieje z albedo Ziemi?

Mariusz J. Figurski, Adam Jaczewski
IMGW-PIB/Centrum Modelowania Meteorologicznego

Zgodnie z obecną wiedzą, ilość światła docierającego do naszej planety zależy od jasności Słońca i możliwości odbijania promieni słonecznych przez Ziemię. Jednak najnowsze badania hiszpańskich i amerykańskich naukowców pokazują, że zmiany albedo Ziemi w ostatnich 20 latach nie korelowały się z okresowymi zmianami jasności Słońca. To z kolei oznacza, że zwiększony poziom pochłaniania promieniowania słonecznego wynika z innych czynników, których należy doszukiwać się w obrębie samej planety.

Analizy archiwalnych danych ekosystemu ziemskiego mogą prowadzić do nieoczekiwanych odkryć. W czasopiśmie Geophysical Research Letters Goode ukazał się artykuł zatytułowany „Earth’s Albedo 1998-2017 as Measured From Earthshine”, w którym przedstawiono wyniki badań nad dobowymi, miesięcznymi, sezonowymi, rocznymi i wieloletnimi zmianami globalnego albedo[1] Ziemi, realizowanych dwoma niezależnymi metodami.

Na podstawie pomiarów wykonanych z powierzchni Ziemi naukowcy stwierdzili, że nasza planeta odbija obecnie około 0,5 W/m2 mniej światła niż 20 lat temu. Natomiast dane uzyskane z pomiarów satelitarnych[2] wskazują, że spadek ten jest prawie trzykrotnie większy i wynosi około 1,5 W/m2. To oznacza, że Ziemia pochłania znacznie więcej promieniowania słonecznego niż to miało miejsce wcześniej. W tym samym czasie antropogeniczna emisja gazów cieplarnianych przyczyniła się do zwiększenia zatrzymanej w atmosferze energii o 0,6 W/m2. Pojawiło się zatem pytanie, czy za globalne ocieplenie w większym stopniu odpowiada wzrost ilości pochłanianego przez ziemię promieniowania (w wyniku spadku albedo), a nie jak się dotąd uważało rosnące stężenie dwutlenku węgle, metanu itp.?

Autorzy artykułu zdecydowanie odrzucają taką hipotezę, ale jednocześnie wskazują na nowe fakty, które zmieniają dotychczasowe spojrzenie na zależności klimat–albedo. Zdaniem naukowców główną przyczyną spadku zdolności odbijania promieniowana słonecznego przez Ziemię może być mniejsza ilość chmur niskich związana z ocieplaniem się wschodniego Pacyfiku[3].

Wykres pokazuje średnie roczne anomalii albedo Ziemi w latach 1998-2017 uzyskane z różnych systemów opracowania danych. We wszystkich analizach widoczny jest jeden wspólny trend spadku wartości światła odbijanego przez ziemię (https://doi.org/10.1029/2021GL094888).
Wykres pokazuje średnie roczne anomalie albedo Ziemi w latach 1998-2017 uzyskane z różnych systemów opracowania danych. We wszystkich analizach widoczny jest jeden wspólny trend spadku wartości światła odbijanego przez ziemię (https://doi.org/10.1029/2021GL094888).

Zmiany albedo a zmiana klimatu

Przyjmuje się, że na skutek obserwowanego globalnego wzrostu temperatury powietrza i oceanów wzrośnie również zawartość pary wodnej w atmosferze, a tym samym ilość chmur. Czy rzeczywiście jest to sprzeczne z wynikami autorów publikacji? Większość chmur składa się z kropelek wody, które powstają na skutek kondensacji pary wodnej na cząstkach aerozolu. Przy większej zawartości pary wodnej w atmosferze, kropelki będę większe. Chmura z większymi kroplami odbija mniej promieniowania (np. chmurę burzową widzimy jako ciemną) a większe krople szybciej spadną ku powierzchni jako deszcz. Oba efekty (wzrost wielkości kropel i krótszy czas istnienia chmury) powodują zmniejszenie odbijalności chmur i mogą wpływać na zmniejszenie albedo Ziemi. Wskazuje to na istnienie w systemie klimatycznym kolejnego pozytywnego sprzężenia zwrotnego, którego do tej pory nie braliśmy pod uwagę (dodatnie sprzężenie zwrotne sprawia, że system klimatyczny jest bardziej wrażliwy na emisję gazów cieplarnianych).

Należy też mieć na uwadze, że wzrost zawartości pary wodnej w atmosferze nie jest przestrzennie równomierny, co może być przyczyną pogłębiania się obserwowanych regionalnych dysproporcji w zasobach wody deszczowej i potencjalnie mieć wpływ na rozkład chmur. Obecne globalne modele klimatyczne z trudem opisują mikrofizyczne procesy chmurowe, dlatego niemożliwe jest, jak na razie, jednoznaczne wskazanie przyczyn zmniejszania się albedo Ziemi.

[1] Albedo (łac. białość) definiowane jest jako zdolność odbijania (odbijalność) promieniowania padającego na daną powierzchnię czynną (powierzchnię graniczną, przez którą następuje wymiana energii i materii pomiędzy atmosferą a podłożem), wyrażaną jako stosunek ilości promieniowania odbitego we wszystkich kierunkach do ilości promieniowania padającego na tą powierzchnię. Albedo jest współczynnikiem bezwymiarowym mierzonym przy użyciu albedomierza w skali od 0 (ciało pochłaniające całe promieniowanie) do 1 (ciało odbijające całe promieniowanie). Zdolność Ziemi do odbijania promieniowania padającego na jej powierzchnię (odbijalność Ziemi) nie jest wielkością stałą i zależy do właściwości samej powierzchni (barwy, struktury), a także od kątowego i spektralnego rozkładu promieniowania docierającego do powierzchni Ziemi. Średnia wartość albedo dla całej powierzchni Ziemi i czasu wynosi ok. 0,37; większość obszarów lądowych ma albedo o wartościach od 0,1 do 0,4 (https://doi.org/10.1002/2014RG000449).
[2] Pomiary strumieniowego przepływu energii w atmosferze wykonuje się za pomocą urządzenia CERES znajdującego się na pokładzie międzynarodowego satelity naukowego Aqua, wystrzelonego na orbitę okołoziemską 4 maja 2002 roku.
[3] Ogólnie przyjmuje się, że im więcej niskich chmur, tym Ziemia jest jaśniejsza (patrząc z przestrzeni kosmicznej), czyli odbija więcej energii.

Zdjęcie główne: Stacey Gabrielle Koenitz-Rozells | Unsplash


PROF. DR HAB. INŻ. MARIUSZ JÓZEF FIGURSKI. Dyrektor Centrum Modelowania Meteorologicznego IMGW-PIB i profesor Politechniki Gdańskiej. Specjalista w zakresie geodezji satelitarnej, meteorologii GNSS, technologii satelitarnych i numerycznego modelowania pogody. Ekspert w grupie parlamentarnej ds. przestrzeni kosmicznej. Autor nowej koncepcji prowadzenia badań w ramach otwartych zespołów naukowych „open team”.

DR. ADAM JACZEWSKI. IMGW-PIB/Centrum Modelowania Meteorologicznego/Zakład Analiz Meteorologicznych i Prognoz Długoterminowych. Adiunkt w IMGW-PIB, doktor Nauk o Ziemi, stypendysta programu Marie Curie Szóstego Programu Ramowego. Specjalizuje się w modelowaniu klimatu i pogody oraz weryfikacją wyników tych modeli. W konsorcjum COSMO pracuje nad implementacją parametryzacji miejskiej w numerycznym modelu pogody. Zajmuje się również oceną zmian i zmienności klimatu, szczególnie w zakresie zjawisk ekstremalnych.

(Visited 549 times, 2 visits today)
Close