מאזן הקרינה של כדור הארץ

האקלים של כדור הארץ נקבע במידה רבה על ידי מאזן האנרגיה של כוכב הלכת, כלומר, האיזון בין קרינה נכנסת ויוצאת. הוא נמדד על ידי לוויינים ומוצג ב-W/m². חוסר האיזון (או קצב החימום הגלובלי; מוצג באיור ככמות ה"נספג נטו") צמח מ-W/m²תבנית:כ 0.6+ (הערכה של 2009תבנית:הערה) למעל ל-W/m²תבנית:כ 1.0+ בשנת 2019.תבנית:הערה

במטאורולוגיה מאזן הקרינה של כדור הארץ דן באיזון שבין האנרגיה שכדור הארץ מקבל מהשמש לבין האנרגיה שכדור הארץ מאבד בחזרה לחלל החיצון. מקורות אנרגיה קטנים יותר, כמו החום הפנימי של כדור הארץ, נלקחים בחשבון, אך תורמים תרומה זעירה בהשוואה לאנרגיה סולארית. מאזן האנרגיה מסביר גם איך האנרגיה נעה בתבנית:קישור שפה.תבנית:הערה כיוון שהשמש מחממת את האזורים הטרופיים המשוונים יותר מאשר את תבנית:קישור שפה, קרינת השמש המתקבלת מתפזרת בצורה לא אחידה. כאשר האנרגיה מחפשת שיווי משקל על פני כדור הארץ, היא מניעה אינטראקציות במערכת האקלים של כדור הארץ, כלומר המים של כדור הארץ, הקרח, האטמוספירה, הקרום הסלעי וכל היצורים החיים.תבנית:הערה התוצאה היא האקלים של כדור הארץ.

מאזן האנרגיה של כדור הארץ תלוי בגורמים רבים, כמו אירוסולים אטמוספיריים, גזי חממה, אלבדו פני כדור הארץ (החזרוּתתבנית:ביאור), עננות, צמחייה, דפוסי שימוש בקרקע ועוד. כאשר תבנית:קישור שפה הנכנסים והנפלטים מאוזנים, כדור הארץ נמצא בתבנית:קישור שפה ומערכת האקלים תהיה יציבה יחסית. התחממות כדור הארץ מתרחשת כאשר כדור הארץ מקבל יותר אנרגיה ממה שהוא מחזיר לחלל, ותבנית:קישור שפה מתרחשת כאשר האנרגיה הנפלטת גדולה יותר.תבנית:הערה סוגים מרובים של מדידות ותצפיות מראים על חוסר איזון של התחממות מאז שנת 1970 לפחות.תבנית:הערהתבנית:הערה קצב ההתחממות מאירוע זה, שנגרם על ידי האדם, הוא ללא תקדים.תבנית:הערה

כאשר מאזן האנרגיה משתנה, יש השהיה לפני שתבנית:קישור שפה משתנה באופן משמעותי. דבר זה נובע מהאינרציה התרמית של האוקיינוסים, היבשה והקריוספירה.תבנית:הערה כימות מדויק של זרימות האנרגיה וכמויות האגירה הללו הוא דרישה ברוב התבנית:קישור שפה.

זרמי האנרגיה של כדור הארץ

קובץ:NPP Ceres Shortwave Radiation.ogv

למרות ההעברות העצומות של אנרגיה אל כדור הארץ וממנו, הוא שומר על טמפרטורה קבועה יחסית. כיוון שככלל יש רווח או הפסד קטן נטו: כדור הארץ פולט באמצעות קרינה אטמוספירית וקרקעית (מוסטת לאורכי גל אלקטרומגנטיים גדולים יותר) לחלל בערך אותה כמות אנרגיה כפי שהיא מקבל.

אנרגיה סולארית נכנסת (קרינת גלים קצרים)

כמות האנרגיה הכוללת המתקבלת בשנייה בחלק העליון של אטמוספירת כדור הארץ (TOAתבנית:ביאור) נמדדת בוואט וניתנת על ידי הקבוע הסולארי כפול שטח הגזרה של כדור הארץ המקבלת את הקרינה. כיוון ששטח הפנים של כדור הוא פי ארבעה משטח החתך של כדור (כלומר שטח המעגל), שטף ה-TOA הממוצע הגלובלי והשנתי הוא רבע מהקבוע הסולארי ובכך הוא בערך 340 וואט למטר רבוע W/m²).תבנית:הערהתבנית:הערה כיוון שהכמות הקרינה הנספגת משתנה בהתאם למיקום וכיוון שקיימים שינויים יומיומיים, עונתיים ושנתיים, המספרים המצוינים הם ממוצעים רב-שנתיים המתקבלים ממספר מדידות לוויינים.תבנית:הערה

מתוך W/m²תבנית:כ 340~ של קרינת השמש המתקבלת בכדור הארץ, ממוצע של W/m²תבנית:כ 77~ מוחזר לחלל על ידי עננים והאטמוספירה ו-W/m²תבנית:כ 23~ מוחזר על ידי אלבדו פני השטח, מה שמותיר W/m²תבנית:כ 240~ של הזנת אנרגיה סולארית למאזן הקרינה של כדור הארץ. כמות זו נקראת קרינת השמש הנספגת (Absorbed Solar Radiation או בראשי תיבות ASR). זה מרמז על ערך של בערך 0.3 עבור האלבדו הנטו הממוצע של כדור הארץ, הנקרא גם תבנית:קישור שפה (A):תבנית:הערה

$ASR=(1-A)\times 340\mathrm{W}{\mathrm{m}}^{-2}\simeq 240\mathrm{W}{\mathrm{m}}^{-2}.$

קרינה יוצאת בגלים ארוכים

קובץ:NPP Ceres Longwave Radiation.ogv קרינת גלים יוצאת (Outgoing Longwave Radiation בראשי תיבות OLR) מוגדרת בדרך כלל כאנרגיה יוצאת הנפלטת מכוכב הלכת, רובה באורך גל של תת-אדום. בדרך כלל, אנרגיית השמש הנספגת מומרת לצורות שונות של אנרגיית חום. חלק מהאנרגיה הזו נפלטת כ-OLR ישירות לחלל, בעוד שהשאר מועבר תחילה דרך מערכת האקלים כצורות קורנות וצורות אחרות של אנרגיה תרמית. לדוגמה, פליטות עקיפות מתרחשות בעקבות הובלת חום משכבות פני כדור הארץ (יבשה ואוקיינוס) לאטמוספירה באמצעות תבנית:קישור שפהתבנית:ביאור ושטפי חום כמוס או תהליכי הולכה/הסעה.תבנית:הערה בסופו של דבר, כל האנרגיה הנפלטת מוקרנת בצורה של קרינת גלים ארוכים בחזרה לחלל.

ההובלה של OLR מפני השטח של כדור הארץ דרך האטמוספירה הרב-שכבתית שלו מקיימת את חוק קירכהוף לקרינה תרמית. מודל חד-שכבתי מייצר תיאור משוער של OLR אשר מניב טמפרטורות על פני השטח (Ts) של 288 קלווין ובאמצע הטרופוספירה (Ta) 242 קלווין הקרובות לערכים הממוצעים שנצפו:

$OLR\simeq ϵ\sigma T_a^4+(1-ϵ)\sigma T_s^4.$

בביטוי זה σ הוא קבוע סטפן-בולצמן ו-ε מייצג את האמיסיביות של האטמוספירה. אירוסולים, עננים, אדי מים וגזי חממה תורמים לערך אפקטיבי של כ-ε=0.78. רגישות הטמפרטורה החזקה (החזקה הרביעית) שומרת על איזון כמעט של זרימת האנרגיה היוצאת לזרימה הנכנסת באמצעות שינויים קטנים בטמפרטורות האבסולוטיות של כדור הארץ.

מקורות החום הפנימיים של כדור הארץ והשפעות קטנות אחרות

תבנית:קישור שפה מתוך פנים כדור הארץ מוערכת ב-47 טרה וואט (TW),תבנית:הערה ומתחלקת בערך שווה בשווה בין חום רדיוגני לחום שנותר מהיווצרות כדור הארץ. נתון זה מקביל לשטף ממוצע של W/m²תבנית:כ 0.087 ומייצג רק 0.027% ממאזן האנרגיה הכולל של כדור הארץ על פני השטח, והוא מתגמד מול TW תבנית:כ173,000 של קרינת השמש הנכנסת.תבנית:הערה

ייצור אנרגיה ממקורות אנושיים נמוך עוד יותר בהערכה של TW-hrתבנית:כ 160,000 עבור כל שנת 2019. נתון זה מקביל לזרימת חום רציפה ממוצעת של כ-TWתבנית:כ 18.תבנית:הערה עם זאת, הצריכה גדלה במהירות והפקת אנרגיה באמצעות דלקים מאובנים מייצרת גם עלייה בגזי החממה האטמוספיריים, מה שמוביל לחוסר איזון גדול יותר מפי 20 בזרימות הנכנסות/יוצאות שמקורן בקרינת השמש.תבנית:הערה

גם לפוטוסינתזה יש השפעה משמעותית: כ-TWתבנית:כ 140 (או בסביבות 0.08%) של אנרגיה נלכדת על ידי פוטוסינתזה, ומאפשרת לצמחים ליצור ביומסה.תבנית:הערה זרימה דומה של אנרגיה תרמית משתחררת במהלך שנה כאשר משתמשים בצמחים כמזון או כדלק.

בדרך כלל מתעלמים ממקורות אנרגיה מינוריים אחרים בחישובים, כולל הצטברות של תבנית:קישור שפה ורוח השמש, אור מכוכבים שאינם השמש וקרינה תרמית מהחלל. ז'וזף פורייה טען כי קרינה בחלל העמוק הייתה משמעותית במאמר שצוטט לעיתים קרובות כראשון שדן באפקט החממה.תבנית:הערה

אנליזה של המאזן

תבנית:קישור שפה הממחישה דוגמה מאוזנת של מאזן האנרגיה של כדור הארץ. עובי הקו הוא פרופורציונלי ליניארי לכמות האנרגיה היחסית.תבנית:הערה

במילים הפשוטות ביותר, מאזן האנרגיה של כדור הארץ מאוזן כאשר הזרימה הנכנסת שווה לזרימה היוצאת. מכיוון שחלק מהאנרגיה הנכנסת מוחזר ישירות, ניתן להגדיר את האיזון גם כקרינת שמש נכנסת (גל קצר) הנקלטת השווה לקרינת גל ארוך יוצאת:

$ASR=OLR.$

אנליזה של הזרימה הפנימית

כדי לתאר חלק מהזרימות הפנימיות במסגרת המאזן, נניח שהבידוד המתקבל בחלק העליון של האטמוספירה יהיה 100 יחידות (שווה ל-W/m²תבנית:כ 340), כפי שמוצג בדיאגרמת סאנקי המצורפת. האלבדו של כדור הארץ, כ-35 יחידות בדוגמה זו מוחזרות ישירות חזרה לחלל: 27 מהקצה העליון של העננים, 2 מאזורים מכוסי שלג וקרח, ו-6 מחלקים אחרים של האטמוספירה. 65 היחידות הנותרות (W/m²תבנית:כ 220 ה-ASR) נספגות: 14 בתוך האטמוספירה ו-51 על ידי פני כדור הארץ.

51 היחידות המגיעות ונספגות על ידי פני השטח נפלטות חזרה לחלל באמצעות צורות שונות של אנרגיה יבשתית: 17 מוקרנות ישירות לחלל ו-34 נספגות על ידי האטמוספירה (19 באמצעות חום אידוי כמוס, 9 באמצעות הסעה ומערבולת, ו-6 שנספגות כתת-אדום על ידי גזי חממה). 48 היחידות הנקלטות באטמוספירה (34 יחידות מאנרגיה יבשתית ו-14 מקרינה) מוקרנות לבסוף בחזרה לחלל. דוגמה מפושטת זו מזניחה כמה פרטים של מנגנונים הממחזרים, מאחסנים, ובכך מובילים להצטברות נוספת של חום ליד פני השטח.

בסופו של דבר 65 היחידות (17 מהקרקע ו-48 מהאטמוספירה) נפלטות כ-OLR. הם מאזנים בערך את 65 היחידות (ASR) הנספגות מהשמש כדי לשמור על תוספת אפס נטו של אנרגיה על ידי כדור הארץ.תבנית:הערה

תפקיד אפקט החממה

אפקט החממה הוא הפחתה בשטף של קרינת גלים ארוכים הנפלטת, המשפיעה על איזון הקרינה של כדור הארץ. ספקטרום הקרינה הנפלטת מראה את ההשפעות של גזי חממה שונים.

ניתן להבין את אפקט החממה כירידה ביעילות ההתקררות הפלנטרית. אפקט החממה נכמת כחלק משטף הקרינה הנפלט על ידי פני השטח פחות מה שאינו מגיע לחלל, כלומר 40% או W/m²תבנית:כ 159. חלק מהקרינה הנפלטת מתבטלת למעשה על ידי קרינה יורדת, וכך לא מעבירה חום. אידוי והסעה מפצים חלקית על הפחתה זו בקירור פני השטח. טמפרטורות נמוכות בגבהים מגבילות את קצב הפליטות התרמיות לחלל.

הגזים האטמוספיריים העיקריים (חמצן וחנקן) שקופים לאור השמש הנכנס, אך שקופים גם לקרינה נפלטת של גל ארוך (תרמית/תת-אדום). עם זאת, אדי מים, פחמן דו-חמצני, מתאן וגזי קורט אחרים אטומים לאורכי גל רבים של קרינה תרמית.תבנית:הערה

גזי חממה סופגים את רוב האנרגיה התרמית בתת-אדום שנפלטת משטח כדור הארץ. גזים אלה גם מקרינים אנרגיית תרמית לכל הכיוונים. כאשר קרינה נעה לכל הכיוונים, ההשפעה נטו היא העברת אנרגיה קטנה נטו (העברת חום קרינה) באטמוספירה התחתונה. האטמוספירה מתדלדלת עם הגובה, ובגובה של כ-5–6 קילומטרים, ריכוז גזי החממה באטמוספירה שמעל הוא כה דליל עד שחום המוקרן יכול לברוח לחלל.תבנית:הערה

מכיוון שמולקולות גזי חממה מקרינות אנרגיית בתת-אדום לכל הכיוונים, חלק ממנה מתפשט כלפי מטה וחוזר בסופו של דבר אל פני כדור הארץ, שם היא נספגת. זרימת האנרגיה הקרינה כלפי מטה מאזנת את רוב זרימת אנרגיית הקרינה התרמית כלפי מעלה מפני השטח של כדור הארץ, ומפחיתה מאוד את קצב הקירור באמצעות קרינה של פני השטח. זה מוביל להצטברות אנרגיית השמש, מעלה את טמפרטורת פני השטח עד שהמשטח חם מספיק כדי שקצב התקררות יתאים לקצב ההתחממות מאור השמש שנבלע. כתוצאה מכך פני השטח יהיו חמים יותר ממה שהיה אם גזי חממה לא היו מעכבים אובדן חום קרינתי. הקירור המופחת הזה והעלייה בטמפרטורה הנלווית הוא אפקט החממה הטבעי.תבנית:הערה זה כאילו כדור הארץ מכוסה בשמיכה המאפשרת כניסת קרינת גלים קצרים (אור שמש), אך מגבילה את קצב יציאת קרינת הגלים הארוכים בתת-אדום.

במבט מהחלל הסובב את כדור הארץ, גזי חממה משפיעים על האמיסיביות האטמוספירית של כדור הארץ (ε). שינויים בהרכב האטמוספירי יכולים אם כן לשנות את מאזן הקרינה הכולל. לדוגמה, עלייה בלכידת חום על ידי ריכוז גובר של גזי חממה (כלומר אפקט חממה מוגבר) מאלצת ירידה ב-OLR וחוסר איזון באנרגיה. בסופו של דבר כאשר כמות גזי החממה עולה או יורדת, טמפרטורות פני השטח עולות או יורדות עד שהאיזון ASR = OLR מושג שוב.

מאגרי אחסון חום

ההצטברות המתגברת של האנרגיה ברכיבים האוקיינוסיים, היבשתיים, הקרחיים והאטמוספיריים של מערכת האקלים של כדור הארץ מאז 1960.תבנית:הערה

אדמה, קרח ואוקיינוסים הם מרכיבים חומריים פעילים של מערכת האקלים של כדור הארץ יחד עם האטמוספירה. יש להם מסה וקיבול חום הרבה יותר גדולה, ולכן אינרציה תרמית הרבה יותר. כאשר קרינה נספגת ישירות או טמפרטורת פני השטח משתנה, אנרגיה תרמית תזרום כחום מוחש אל תוך המסה הגדולה של רכיבים אלה או החוצה מהם באמצעות תהליכי מעבר חום של הולכה/הסעה. ההתמרה של מים בין המצבים המוצקים/נוזליים/אדים שלהם פועלת גם כמקור או כיור של אנרגיה פוטנציאלית בצורה של חום כמוס. תהליכים אלו חוצצים את תנאי פני השטח מפני חלק משינויי הקרינה המהירים באטמוספירה. כתוצאה מכך, ההבדל בשעות היום לעומת הלילה בטמפרטורות פני השטח קטן יחסית. כמו כן, מערכת האקלים של כדור הארץ בכללותה מראה תגובה איטית לשינויים במאזן הקרינה האטמוספירי.תבנית:הערה

המטרים העליונים של האוקיינוסים של כדור הארץ מכילים יותר אנרגיה תרמית מכל האטמוספירה שלו.תבנית:הערה כמו גזים אטמוספיריים, מי האוקיינוס הנוזלים מעבירים כמויות אדירות של אנרגיה כזו על פני כדור הארץ. חום מוחש גם נע לתוך ומחוץ לעומקים גדולים בתנאים המעדיפים ירידה או עלייה.תבנית:הערהתבנית:הערה

למעלה מ-90 אחוז מהאנרגיה הנוספת שהצטברה על פני כדור הארץ מההתחממות הגלובלית המתמשכת מאז 1970 תבנית:קישור שפה.תבנית:הערה כשליש התפשט לעומקים מתחת ל-700 מטר. גם קצב הגידול הכולל עלה במהלך העשורים האחרונים, והגיע לקרוב ל-TWתבנית:כ 500 (W/m²תבנית:כ 1) נכון ל-2020.תבנית:הערהתבנית:הערה זה הוביל לכ-14 זטה-ג'ול (ZJ) של עלייה בחום בשנה, מעבר ל-570 אקסה-ג'ול (שווה ערך ל-TW-hתבנית:כ 160,000תבנית:הערה) של תבנית:קישור שפה שצורכים בני אדם בפקטור של לפחות פי 20.תבנית:הערה

ניתוח קצב התחממות/התקררות

באופן כללי, ניתן להתייחס לשינויים במאזן השטף האנרגטי של כדור הארץ כתוצאה של כוחות חיצוניים (טבעיים ואנתרופוגניים, קרינתיים ולא קרינתיים), משובים של מערכת ושונות מערכת פנימית.תבנית:הערה שינויים כאלה מתבטאים בעיקר כשינויים הניתנים לצפייה בטמפרטורה (T), עננים (C), אדי מים (W), אירוסולים (A), גזי חממה (G), החזרת פני הקרקע/אוקיינוס/קרח (S), וכדומה. שינויים מזעריים בבידוד (I) בין גורמים אפשריים אחרים. לאחר מכן ניתן לנתח את קצב התחממות/התקררות של כדור הארץ על פני מסגרות זמן נבחרות (Δt) כשינוי נטו באנרגיה (ΔE) הקשור לתכונות אלה:

$\begin{array}{cc}\mathrm{\Delta }E/\mathrm{\Delta }t& =(\mathrm{\Delta }{E}_T+\mathrm{\Delta }{E}_C+\mathrm{\Delta }{E}_W+\mathrm{\Delta }{E}_A+\mathrm{\Delta }{E}_G+\mathrm{\Delta }{E}_S+\mathrm{\Delta }{E}_I+...)/\mathrm{\Delta }t\\ \\ & =ASR-OLR.\end{array}$

כאן המונח ΔE_T הוא בעל ערך שלילי כאשר הטמפרטורה עולה עקב ההשפעה הישירה החזקה על ה-OLR.תבנית:הערהתבנית:הערה

העלייה בעשרות השנים האחרונות בכמות גזי החממה מייצרת אפקט חממה משופר, ולפיכך המשתנה ΔE_G חיובי. לעומת זאת, התפרצות געשית גדולה (למשל ההתפרצות של פינטובו ב-1991 או ההתפרצות של תבנית:קישור שפה ב-1982) יכולה להזריק תרכובות המכילות גופרית לאטמוספירה העליונה. ריכוזים גבוהים של אירוסולים של גופרית בסטרטוספירה עשויים להתמיד עד כמה שנים, ולהניב תרומה שלילית ל-ΔE_A.תבנית:הערהתבנית:הערה סוגים שונים אחרים של פליטות אירוסול אנתרופוגניות תורמים ל-ΔE_A תרומות חיוביות ושליליות כאחד. מחזורים סולאריים מייצרים ΔE_I בקנה מידה קטן יותר מאלה של מגמות ΔE_G האחרונות מפעילות אנושית.תבנית:הערהתבנית:הערה

אילוצי אקליםתבנית:ביאור מורכבים מכיוון שהם יכולים לייצר משובים ישירים ועקיפים שמעצימים (משוב חיובי) או מחלישים (משוב שלילי) את האילוץ המקורי. אלו, לעיתים קרובות, עוקבים אחר תגובת הטמפרטורה. מגמות אדי מים כמשוב חיובי ביחס לשינויי טמפרטורה עקב שינויי אידוי ויחס קלאוזיוס-קלפרון. עלייה באדי מים גורמת ל-ΔE_W חיובי עקב שיפור נוסף של אפקט החממה. משוב חיובי איטי יותר הוא משוב הקרח אלבדו. לדוגמה, תבנית:קישור שפה עקב עליית הטמפרטורות הופך את האזור לפחות מחזיר קרינה, מה שמוביל לספיגה רבה יותר של אנרגיה ולקצבי הפשרת קרח מהירים יותר, ובכך השפעה חיובית על ΔE_S.תבנית:הערה באופן מצטבר, משובים נוטים להגביר את ההתחממות או ההתקררות הגלובלית.תבנית:הערה

עננים אחראים לכמחצית מהאלבדו של כדור הארץ והם ביטויים רבי עוצמה לשונות פנימית של מערכת האקלים.תבנית:הערהתבנית:הערה הם עשויים גם לשמש כמשובים לאילוצים, ויכולים להיות אילוצים בעצמם אם למשל הם תוצאה של פעילות זריעת עננים. התרומות ל-ΔE_C משתנות באופן אזורי ובהתאם לסוג הענן. מדידות מלוויינים נאספות יחד עם סימולציות ממודלים במאמץ לשפר את ההבנה ולהפחית את אי הוודאות.תבנית:הערה

חוסר איזון האנרגיה של כדור הארץ

הגידול בחוסר איזון האנרגיה של כדור הארץ ממדידות לווין ובאין סיטו (2005–2019). קצב של W/m²תבנית:כ 1.0+ המסוכם על פני השטח של כוכב הלכת שווה לספיגת חום רציפה של כ-500 טרה-וואט (~0.3% מקרינת השמש הנכנסת).תבנית:הערהתבנית:הערה

אם שטף האנרגיה הנכנס לכדור הארץ גדול או קטן משטף האנרגיה היוצא, אזי כוכב הלכת יקבל (יתחמם) או יאבד (יתקרר) אנרגיית חום נטו בהתאם לחוק שימור האנרגיה:

$EEI\equiv ASR-OLR$

כאשר חוסר האיזון האנרגטי (Earth's Energy Imbalance, בראשי תיבות EEI) של כדור הארץ משתנה בכמות גדולה מספיק, הוא ניתן למדידה ישירה על ידי מכשירים רדיומטריים על לוויינים במסלול סביב כדור הארץ.תבנית:הערהתבנית:הערה חוסר איזון שלא יצליח לשנות כיוון לאורך זמן יביא גם לשינויי טמפרטורה ארוכי טווח במרכיבי האטמוספירה, האוקיינוס, היבשה והקרח של מערכת האקלים.תבנית:הערהתבנית:הערה שינויי טמפרטורות באין סיטו והשפעות נלוות מספקות אפוא מדדים עקיפים של EEI. מאמצע 2005 עד אמצע 2019, תצפיות לוויינים ואוקיינוסים על טמפרטורות הראו כל אחת באופן עצמאי הכפלה משוערת של חוסר האיזון הגלובלי לכיוון התחממות במאזן האנרגיה של כדור הארץ.תבנית:הערהתבנית:הערה

מדידה ישירה

כמה לוויינים מודדים ישירות את האנרגיה הנספגת והנפלטת על ידי כדור הארץ, וכך על ידי הסקה את חוסר האיזון באנרגיה. פרויקט NASA Earth Radiation Budget Experiment (ERBE) כולל שלושה לוויינים כאלה: תבנית:קישור שפה ("לוויין מאזן הקרינה של כדור הארץ", בראשי תיבות ERBS), ששוגר באוקטובר 1984; NOAA-9, ששוגר בדצמבר 1984; ו-NOAA-10, שששוגר בספטמבר 1986.תבנית:הערה

המכשירים של תבנית:קישור שפה (בראשי תיבות CERES) של נאס"א הם חלק ממערכת התצפית על כדור הארץ (בראשי תיבות EOS) מאז 1998. CERES נועד למדוד הן קרינת שמש מוחזרת (אורך גל קצר) וגם קרינה הנפלטת מכדור הארץ (אורך גל ארוך).תבנית:הערה ניתוח נתוני CERES על ידי החוקרים הראשיים שלו הראה מגמת עלייה ב-EEI מ-W/m²תבנית:כ 0.42±0.48תבנית:כ+ ב-2005 ל-W/m²תבנית:כ 1.12±0.48תבנית:כ+ ב-2019. הגורמים התורמים כללו יותר אדי מים, פחות עננים, הגדלת כמות גזי חממה, והצטמצמות משטחי הקרח שקוזזו בחלקם על ידי עליית הטמפרטורות.תבנית:הערהתבנית:הערה מחקרים מאוחרים יותר של ההתנהגות באמצעות תבנית:קישור שפה CM4/AM4 של תבנית:קישור שפה הגיע למסקנה שיש סיכוי של פחות מ-1% ששונות אקלים פנימית בלבד גרמה למגמה.תבנית:הערה

קובץ:NASA's 2011 fleet of Earth remote sensing observatories.ogv חוקרים אחרים השתמשו בנתונים מ-CloudSatתבנית:כ, CERESתבנית:כ, תבנית:קישור שפה ומכשירי EOS אחרים כדי לחפש מגמות של תבנית:קישור שפה המוטבעות בנתוני EEI. הניתוח שלהם הראה עלייה מאולצת של W/m²תבנית:כ 0.53±0.11תבנית:כ+ בשנים 2003 עד 2018. כ-80% מהעלייה הייתה קשורה לעלייה בריכוז גזי החממה שגרם להפחתה בקרינת הגלים הארוכים הנפלטת.תבנית:הערהתבנית:הערהתבנית:הערה

מדידות לווייניות נוספות, כולל נתוני תבנית:קישור שפה וקליפסו, הצביעו על כמות משקעים נוספים, שמקורם באנרגיה מוגברת הנפלטת מפני השטח באמצעות אידוי (שטף החום הכמוס), ומקזזת חלק מהעלייה בשטף הגלים הארוכים, כתוצאה מאפקט החממה, אל פני השטח.תבנית:הערה

אי-ודאויות של תבנית:קישור שפה מגבילות את היכולת של הדור הנוכחי של מכשירים מבוססי לוויין, שהם יציבים ומדויקים מכל בחינה אחרת. כתוצאה מכך, שינויים יחסיים ב-EEI ניתנים לכימות ברמת דיוק שאינה ניתנת להשגה גם עבור כל מדידה בודדת של חוסר האיזון המוחלט.תבנית:הערהתבנית:הערה

מדידות על פני השטח

טמפרטורת פני השטח הגלובלית (Global surface temperature, בראשי תיבות GST): GST מחושב על ידי ממוצע טמפרטורות הנמדדות על פני הים יחד עם טמפרטורות אוויר הנמדדות על פני היבשה. נתונים מהימנים המשתרעים עד 1880 לפחות מראים שה-GST עבר עלייה מתמדת של כ-0.18 מעלות צלזיוס לעשור בערך מאז שנת 1970.תבנית:הערה

תכולת חום האוקיינוס (Ocean heat content, בראשי תיבות OHC): מי האוקיינוס הם סופגים יעילים במיוחד של אנרגיית השמש ויש להם קיבול חום כולל גדול בהרבה מזה של האטמוספירה.תבנית:הערה ספינות מחקר ותחנות דגמו טמפרטורות ים בעומק וסביב הגלובוס מלפני 1960. בנוסף לאחר שנת 2000, רשת מתרחבת של למעלה מ-3,000 תבנית:קישור שפה מדדה את החריגה בטמפרטורה, או באופן שווה את ערך שינוי תכולת החום (ΔOHC). מאז 1990 לפחות, OHC גדל בקצב קבוע או מואץ. שינויים אלה מספקים את המדד העקיף החזק ביותר של EEI מכיוון שהאוקיינוסים לוכדים למעלה מ-90% מעודפי החום:תבנית:הערהתבנית:הערה

$EEI\gtrsim \mathrm{\Delta }OHC/\mathrm{\Delta }t$

אובדן קרח עולמי: שיעור הקרח הצף על פני הים ושיעור הקרח על פני היבשה נמדד על ידי לוויינים, בעוד שהשינוי במסה מוסק משינויים שנמדדו בגובה פני הים בהתאמה עם מודלים חישוביים המסבירים התפשטות תרמית וגורמים אחרים. תצפיות מאז 1994 מראות שהקרח נסוג מכל חלק בכדור הארץ בקצב מואץ.תבנית:הערה תבנית:-

• 
  GST מאז 1850
• 
  OHC מאז 1958 ב-2,000 המטרים העליונים
• 
  איבוד קרח עולמי מאז 1994

חשיבות כמדד לשינויי האקלים

שרטוט סכמטי של מלאי החום העודף של כדור הארץ בהתייחס לחוסר האיזון האנרגטי של כדור הארץ במשך שתי תקופות זמן אחרונות.תבנית:הערה

חוקרי האקלים תבנית:קישור שפה, תבנית:קישור שפה ועמיתיהם זיהו את הניטור של חוסר האיזון האנרגטי של כדור הארץ כהכרח כדי לעזור לקובעי המדיניות להנחות את קצב התכנון לתבנית:קישור שפה. בשל תבנית:קישור שפה, מגמות EEI ארוכות טווח יכולות לחזות שינויים נוספים שהם "בצינור".תבנית:הערהתבנית:הערהתבנית:הערה

בשנת 2012, מדענים של נאס"א דיווחו שכדי לעצור את ההתחממות העולמית, צריך ריכוז ה-CO₂ באטמוספירה לרדת ל-ppmתבנית:כתבנית:ביאור 350 או פחות, בהנחה שיתוקנו כל אילוצי האקלים האחרים.תבנית:הערה החל משנת 2020, הגיע ריכוז ה-CO₂ באטמוספירה ל-ppmתבנית:כ 415 וכל גזי החממה ארוכי החיים עלו על ריכוז שווה ערך ל-ppmתבנית:כ 500 של CO₂ עקב המשך הגידול בפליטות ממקור אנושי.תבנית:הערה

קישורים חיצוניים

• NASA: The Atmosphere's Energy Budget
• Clouds and Earth's Radiant Energy System (CERES)
• NASA/GEWEX Surface Radiation Budget (SRB) Project