De stralingsbalans van de aarde
Stralingsbalans
Het vermogen van straling van de zon op de aarde is 1362 W/m2. Dit vermogen wordt ontvangen door het oppervlak van de aarde wat naar de zon gericht staat. Met een diameter van de aarde van 12,8 106 meter kan het totale vermogen, dat op de aarde valt, dan worden bepaald. Een deel van deze straling, ongeveer 30%, wordt gereflecteerd. Het resterende deel van de straling warmt de aarde op tot een bepaalde temperatuur.
Een lichaam met een bepaalde temperatuur straalt energie uit wat gegeven wordt door de stralingswet van Stefan-Bolzmann. Bij een temperatuursevenwicht straalt de aarde net zoveel energie uit als wordt ontvangen. De temperatuur bij dit evenwicht wordt gegeven in onderstaande tabel.
| Grootheid | Waarde |
|---|---|
| Zonne-energie buiten de dampkring van de aarde | 1362 W/m2 |
| Diameter aarde | 12,8 106 meter |
| Totaal ingestraald vermogen op aarde | 1,717 Watt |
| Gereflecteerde energie | 30% |
| Totaal ontvangen vermogen op aarde | Pi = 1,2 17 Watt |
| Wet van Stefan-Bolzmann, uitgestraald vermogen Pu | Pu = σ T4 |
| Constante van Stefan-Bolzmann σ | σ = 5,7 10-8 W m-2 K-2 |
| In evenwicht | Pi = Pu |
| Evenwichtstemperatuur T | T = 254 K = -18 oC |
Temperatuur op aarde
De gemiddelde temperatuur op aarde is momenteel 15 oC en niet -18 oC. De straling van de zon op aarde is kortgolvig, deze straling gaat door de atmosfeer heen, voor zover ze niet wordt gereflecteerd. De straling die de aarde uitzendt is langgolvig en ligt in het infraroodgebied. Deze energie wordt geabsorbeerd door bepaalde gassen in de atmosfeer, de zogenaamde broeikasgassen. Voorbeelden van broeikasgassen zijn; kooldioxide, waterdamp en methaan. De broeikasgassen absorberen de langgolvige straling en stralen die op hun beurt voor een deel weer terug naar de aarde. Hierdoor is de gemiddelde temperatuur van de aarde geen -18 maar +15 oC.
Stralingsforcering, evenwichtsklimaatgevoeligheid en transiënte klimaatrespons
Het verschil tussen de inkomende straling en de door de aarde uitgezonden straling wordt in de klimaatwetenschap stralingsforcering (radiative forcing) genoemd. Wanneer de stralingsforcering positief is zal de temperatuur toenemen. De stralingsforcering is een belangrijke grootheid in rekenmodellen, die klimaatscenario's uitrekenen. De klimaatgevoeligheid (oC/(W/m2)) is de temperatuurverandering die optreedt wanneer het systeem weer in evenwicht is. De evenwichtsklimaatgevoeligheid is de temperatuurstijging die na verloop van tijd optreedt als de concentratie broeikasgassen is verdubbeld. Onderstaande tabel geeft de evenwichtsklimaatgevoeligheid zoals geschat door IPCC.
Er is geconstateerd dat er een bijna lineair verband bestaat tussen de cumulatieve antropogene CO2-emissies en de opwarming van de aarde. Elke 1000 GtCO2 cumulatieve CO2-emissies veroorzaakt een temperatuurstijging ΔT van 0,27 oC tot 0,63 oC van de wereldwijde gemiddelde oppervlaktetemperatuur, met een gemiddelde schatting van 0,45 oC. Dit verband wordt de transiënte klimaatrespons op cumulatieve CO2-emissies (TCRE) genoemd. De wereld heeft nu in totaal sinds 1850 ongeveer 2400 Gt CO2 uitgestoten wat correspondeert met de gemiddelde temperatuurstijging op aarde van ongeveer 1,1 oC.
| Grootheid | Waarde |
|---|---|
| Evenwichtsklimaatgevoeligheid | 2,5 á 4,0 oC |
| Transiënte klimaatrespons (U is uitstoot in Gt CO2) | ΔT = 0,00049 U - 0,095 oC |
Links voor aanvullende informatie
| Onderwerp | Link |
|---|---|
| Stralingsbalans van de aarde | Stralingsbalans |
| Het begrip stralingsforcering | Stralingsforcering |
| De evenwichtsklimaatgevoeligheid | IPCC (equilibrium climate sensitivity) |
| Transiënte klimaatrespons | IPCC (transient climate response) |