美国宇航局戈达德太空飞行中心 美国国家航空航天局的一个超级计算机模型显示了像二氧化碳(CO2)这样的温室气体——全球变暖的一个关键驱动因素——在地球大气层中一年到头是如何波动的
较高的浓度以红色显示
学分:美国宇航局科学可视化工作室/美国宇航局全球建模和同化办公室 地球是有预算的——能源预算
我们的星球一直在努力平衡进出地球系统的能量流
但是人类活动打破了这种平衡，导致我们的星球变暖
辐射能量从照射在我们星球上的阳光进入地球系统
其中一些能量从地球表面或大气层反射回太空
其余的被吸收，加热地球，然后以热辐射能量的形式释放出来，就像黑色沥青在晴天变热并散发热量一样
最终，这些能量也会流向太空，但其中一部分会被云层和大气中的温室气体重新吸收
吸收的能量也可能被发射回地球，在那里它将使地表更加温暖
增加更多吸收辐射的成分——如温室气体——或去除那些反射辐射的成分——如气溶胶——会打破地球的能量平衡，导致更多的能量被地球吸收，而不是逃逸到太空中
这被称为辐射强迫，这是人类活动影响气候的主要方式
气候模型预测，人类活动导致温室气体和气溶胶的释放，影响地球的能源预算
现在，美国国家航空航天局的一项研究首次通过直接观测证实了这些预测:由于人类活动，辐射作用力正在增加，影响了地球的能量平衡，并最终导致气候变化
这篇论文于2021年3月25日在线发表在《地球物理研究快报》杂志上
地球行星能量平衡的简化动画:一颗行星的能量预算在输入(黄色)和输出辐射(红色)之间是平衡的
在地球上，自然和人为的过程影响着接收到的能量以及发射回太空的能量
这项研究过滤了由于反馈过程导致的地球能量收支的变化，揭示了由气溶胶和温室气体排放引起的能量变化
信用:美国宇航局戈达德太空飞行中心概念图像实验室 “这是第一次使用全球观测来计算地球的总辐射力，考虑到了气溶胶和温室气体的影响，”该论文的第一作者瑞安·克莱默说，他是美国宇航局马里兰州格林贝尔特戈达德航天中心和巴尔的摩郡马里兰大学的研究员
“这是人类活动导致地球能量收支变化的直接证据
" 美国宇航局的云和地球辐射能系统项目研究地球大气层顶部的辐射流
自1997年以来，一系列CERES仪器一直在卫星上飞行
每一个都测量有多少能量进入地球系统，有多少能量离开，给出辐射的整体净变化
这些数据，结合其他数据来源，如海洋热量测量，表明我们的星球上存在能量不平衡
“但是它没有告诉我们是什么因素导致了能量平衡的变化，”克莱默说
这项研究使用了一种新技术来分析总能量变化中有多少是由人类引起的
研究人员计算了这种不平衡在多大程度上是由自然因素的波动引起的，例如水蒸气、云、温度和表面反照率(本质上是地球表面的亮度或反射率)
例如，美国宇航局Aqua卫星上的大气红外探测器(AIRS)仪器测量地球大气中的水蒸气
水蒸气以热量的形式吸收能量，因此水蒸气的变化将影响最终离开地球系统的能量
研究人员计算了这些自然因素引起的能量变化，然后从总数中减去这些值
剩余部分是辐射力
其他卫星和仪器——如谷神星——监测来自太阳的能量和发射回太空的能量
信用:美国宇航局的科学可视化工作室 研究小组发现，人类活动导致地球上的辐射力增加了大约0
2003年至2018年每平方米5瓦
增长主要来自发电、运输和工业制造等行业的温室气体排放
反射性气溶胶的减少也是不平衡的原因之一
这项新技术的计算速度比以前基于模型的方法更快，使得研究人员能够几乎实时地监测辐射作用力
该方法可用于跟踪人类排放如何影响气候，监测各种缓解措施的效果，并评估预测未来气候变化的模型
美国宇航局戈达德太空研究所(GISS)主任加文·施米特说:“创建一个由观测结果计算出的辐射作用力的直接记录，将使我们能够评估气候模型能多好地模拟这些作用力。”
“这将使我们能够对未来气候变化做出更有信心的预测
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