Hevsengiya germahiya cîhanê

Nexşeya Cîhanê ya germiya berwarî (asumane) ya gerdûnî.

Avhewaya cîhanê bi piranî ji hêla hevsengiya enerjiyê ya gerstêrkê ve tê destnîşankirin yan jî hevsengiya radyasyonê ya tê û ya ku derdikeve. Ev bi satelaytan tê pîvandin û bi W/m² tê nîşandan. Bêhevsengiya (yan rêjeya germbûna gerdûnî ku di jimarê de wekî pîvana "neta vegirtinê" tê xuyakirin) di sala 2019an de ji +0,6 W/m² (2009 texmînî) di sala 2019an de +1.0 W/m² derkete jor.

Hevsengiya germahiya cîhanê yan jî hevsengiya radyasyona cîhanê, hevsengiya di navbera enerjiya ku Dinya ji Rojê werdigire û enerjiya ku Dinya vedigerîne fezayê û winda dike, hesab dike. Çavkaniyên enerjiyyên piçûktirên wekî germahiya hindurê Erdê têne hesibandin lê ev enerjî li gorî enerjiya rojê ji bo cîhanê beşdariyek gelek piçûk e. Hevsengiya radyasyona cîhanê di heman demê de hesab dike ka enerjî çawa di pergala avhewa re derbas dibe. Ji bo ku roj ji herêmên polar zêdetir tropîkên ekvatoriyê germ dike, germahiya rojê yên ku têne wergirtin bi awayekî neyeksan li ser rûyê erdê têne belav kirin. Dema ku enerjî li seranserê gerstêrkê li hevsengiyê digere, ew danûstendinên di pergala avhewa ya Erdê de yan jî ava erdê, qeşa, atmosfer, qalika zinaran û danûstandina di navbera hemî zindiyan de, dimeşîne.

Hevsengiya germahî yan jî hevdengiya radyasyona cîhanê bi gelek faktoran ve girêdayî ye ku di nav wan de faktorên wekî aerosolên atmosferê, gazên serayê, albedoya rûyê gerstêrkê (refleksîtî), ewr, nebat, şêwazên karanîna axê û hwd, hene. Dema ku herikîna enerjiyê ya hatin û derketî di hevsengiyê de bin, Erd di hevsengiya radyasyonê de ye û pergala avhewayê dê bi awayekî bi biryar dibe. Germbûna gerdûnî dema ku erd ji enerjiya ku vedigere fezayê zêdetir enerjiyê ji rojê werdigire pêk tê û dema ku enerjiya ji rojê werdigeri ji vî enerjiyê zêdetir vedigerîne fezayê, sarbûna gerdûnî pêk tê. Gelek cûreyên pîvandin û çavdêrî nişan didin ku ji sala 1970an vir ve bêhevsengiyek germbûnê li cihanê pêk tê. Di vî mijarê de rêjeya germbûna gerdûnî ku ji hêla mirovan ve hatiye çêkirin, bê mînak e.

Dema ku hevdengiya enerjiyê diguhere, berî ku germahiya rûbera gerdûnî ya navîn bi girîngî biguheze derengiyek çêdibe. Ev ji ber bêhêziya germî ya okyanûs, erd û krîyosferê ye. Pîvana rast a van herikandinên enerjiyê û pîvanên hilanînê di nav piraniya modelên avhewa de hewcedariyek e.

Herikînên enerjiya cîhanê

Radyasyona herikîna pêla kurt a ber bi atmosferê ve (TOA), enerjiya ku ji Rojê hatî wergirtin wekî ku ji pîvandinên CERES (26-27, Çile, 2012) hatiye destnîşan kirin, nîşan dide. Deverên spî yên herî ronî refleksa herî bilind (kêm vegirtin) enerjiya rojê nîşan didin û deverên herî şîn ên tarî vegirtina herî mezin nîşan didin.

Ligel veguheztinên mezin ên enerjiyê di navbera Cîhan Roj û Fezayê de ji ber ku bi tevahî, rêjeya wergirtina enerjiyê an windabûna enerjiyê hindik e, li Cîhanê germahiyek domdarî tê parastin. Erd bi germahiya atmosferîk û bejahiyê (ji bo dirêjahiya pêlên elektromagnetîk ên dirêjtir hatine guheztin) li fezayê bi qasî heman enerjiyê ku bi rêya însolasyona rojê distîne (hemû cûreyên radyasyonên elektromagnetîk) û carek din heman enerjiyê dişîne fezayê.

Enerjiya ku ji rojê tê (radyasyona pêla kurt)

Tevahiya enerjiya ku di çirkeyekî de li jora atmosfera Dinyayê (TOA) tê wergirtin bi pîvana wattê tê pîvandin. Ji ber ku qada rûberê çar qat ji qada xaçê (cross-sectionalya) qonaxekê ye (yan jî qada çemberekê), herikîna TOA ya gerdûnî û salane ya navîn çaryeka domdariya rojê ye û ji ber vê yekê bi qasî 340 watt (W/m²) per metre çargoşe ye. Ji ber ku vegirtinên enerjiyan li gorî cîh û bi guheztinên rojane, demsalî û salane diguhere, hejmarên hatine diyarkirin hêjmarên navînî yên pir-salane ne ku ji pîvandinên pirjimar ên satelîtê hatine wergirtin.

Ji ~340W/m² germahiya rojê yên ku ji hêla Cîhanê ve têne wergirtin, bi navînî ~77W/m² ji hêla ewr û atmosferê ve vedigerîne fezayê û ~23W/m² li rûxê albedoya belav dibe û ji enerjiya rojê ku beşdarî enerjiya cîhanê dibe ~240W/m² dimîne. Ji vê rêjeyê re ku ji rojê tê kişandin re radyasyona rojê tê gotin. Ev ji bo albedoya tora navîn a Erdê ku jê re albedoya Bond (A) jî tê gotin, nirxek bi qasî 0,3 destnîşan dike:

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

Enerjiya ku dertê fezayê (radyasyona pêla dirêj)

Radyasyona pêla dirêj a derketinê (OLR) bi gelemperî wekî enerjiya ku ji gerstêrkê derdikeve tê pênase kirin ku piraniya radyasyonê di banda infrared de ye. Bi gelemperî, enerjiya rojê ya ku tê veguheztin vediguhezîne celebên cûda yên enerjiya germê. Hinek ji vê enerjiyê wekî OLR rasterast berbi fezayê ve tê şandin lê ya mayî yekem car bi pergala avhewa wekî radyan û bi celebên din ên enerjiya termal re tê veguheztin. Mînak emîsyonên nerasterast piştî veguheztina germê ya ji qatên rûyê gerstêrkê (bejahî û okyanûs) ber bi atmosferê ve ku bi rêya vapotranspirasyon û herikîna germa veşartî yan jî bi pêvajoyên veguhazbar û konveksîyonê çêdibin. Di dawiyê de hemî enerjiya derketinê di forma radyasyona pêlên dirêj de vedigere fezayê.

Veguheztina OLR ku ji rûyê erdê bi atmosfera erdê ya pirtebeqe ve dertê, li gorî qanûna Kirchoff ya radyasyona termal e. Modelek yektebeqe, ravekirinek texmînî ya OLRê çêdike ku germahiyên li rû (T_s=288 Kelvin) û li navîna troposferê (T_a=242 Kelvin) ku nêzîkê nirxên navînî yên çavdêrîkirî ne:

$OLR\simeq \epsilon \sigma T_{a}^{4}+(1-\epsilon )\sigma T_{s}^{4}.$

Di vê biwêjê de σ Stefan-Boltzmann a sabît e û ε emîsyona atmosferê temsîl dike. Aerosolan, ewr, dukela avê û gazên serayê bi nirxek navînî ya bi qasî ε=0,78 tevkarî dikin. Hesasiya germahiyê ya bihêz (hêza çaremîn) germahîya daîmî, ji bo parastina balansa nêzîkê ya herikîna enerjiyê ya ku bi guherînên piçûk ên di germahiya bêkêmasî ya gerstêrkê de pêk tê, dibe alîkar.

Çavkaniyên germê yên navxweyî yên erdê û bandorên piçûk ên din

Herikîna germa jeotermal a ji hundirê erdê bi qasî 47 terawat (TW) tê texmîn kirin û bi awayekî wekhev di navbera germa radyojenîk û germa ku ji çêbûna Cîhanê ve maye, dabeş dibe. Ev bi herikîna navînî ya 0,087W/m² re ku ji hêla 173,000 TW radyasyona rojê ve biçûk dibe û tenê %0,027 ji temamiya tevaya enerjiya Erdê ya li ser rûyê erdê temsîl dike.

Hilberîna enerjiyê ya mirovî ji bo tevahiya sala 2019an bi texmînî 160.000 TW-Seetê kêmtir e. Ev bi herikîna germa domdar a navînî ya bi qasî 18 TW ye, wekhev tê. Bi vî re, bikaranîn enerjiyê bi lez mezin dibe û hilberîna enerjiyê ya bi sotemeniyên fosîl jî zêdebûnek di gazên serayê yên atmosferê de çêdike ku dibe sedema bêhevsengiyek zêdeyî 20 qatî di herikîna hatin/derketinê de ku ji radyasyonên rojê derdikevin.

Bandorek girîng a fotosentezê jî heye: nêzîkî 140 TW (yan jî derdora 0,08%) enerjiya bûyerê bi fotosentezê tê girtin ku enerjiyê dide nebatan ku biomassê (biogirse, hilberîna seretayî) hilberînin. Dema ku nebat wekî xwarin yan sotemenî têne bikar anîn, di nav salekê de herikînek wiha ya enerjiya termal derdikeve holê.

Çavkaniyên din ên piçûk ên enerjiyê bi gelemperî di hesaban de têne paşguh kirin ku di nav wan de berhevkirina toza navgerstêrkan û bayê rojê, ronahiya stêran ji xeynî Rojê û radyasyonên germî yên ji fezayê.

Analîza rezerveyê

Diagrama Sankey ku mînakek hevseng a rezerva enerjiya Erdê nîşan dide. Stûrahiya xêzê bi rêjeya nisbî ya enerjiyê re bi rêgez e.

Bi gotinên herî hêsan, dema ku herikîna hatinê bi herikîna derketinê re wekhev be rezerva enerjiyê ya Erdê hevseng e. Ji ber ku beşek ji enerjiya hatî rasterast tê belavkirin, hevsengî dikare wekî radyasyona rojê (pêlên kurt) yên ku hatine guheztin jî wekî radyasyona pêlên dirêj ên derketinê were destnîşan kirin:

$ASR=OLR.$

Analîza herikîna navxweyî

Ji bo danasîna hin herikînên hundurîn ên di hundurê budceyê de, wek ku di diyagrama Sankey de tê nîşandan (=340 W/m²), ku însulasyona ku li jora atmosferê hatiye wergirtin 100 yekîne be. Di vê nimûneyê de ku jê re albedoya Erdê tê gotin, li dora 35 yekîneya rasterast paşve vedigerîne fezayê: 27 ji serê ewran, 2 ji deverên berf û qeşayê û 6 ji aliyên din ên atmosferê ve. 65 yekîneyên mayî (ASR=220 W/m²) têne helandin: 14 di nav atmosferê de û 51 li ser rûyê erdê.

51 yekîneyên ku digihêjin rûyê erdê û diherikin, bi awayên cihêreng ên enerjiya erdê vedigerin fezayê: 17 yekîne rasterast di fezayê de radiwestin û 34 yekîne ji hêla atmosferê ve têne vehewandin (19 bi germa veşartî ya vaporîzasyonê, 9 bi veksiyonê û turbulansê û 6 jî wekî infrared ji hêla gazên serayê ve têne kişandin). 48 yekîneyên ku ji hêla atmosferê ve têne kişandin (34 yekîneyên ji enerjiya erdê û 14 ji însulasyonê) paşê di dawiyê de vedigerin fezayê. Ev mînaka asan hinek hûrguliyên mekanîzmayên ku ji nû ve dizivirin, hildigirin û bi vî rengî rê li ber zêdekirina germahiyê li nêzê rûxê digirin, îhmal dike.

Di dawiyê de 65 yekîneyên (17 ji erdê û 48 ji atmosferê) wekî OLR têne dûr xistin. Ev bi qasî 65 yekîneyên (ASR) yên ku ji tavê têne hilanîn hevsengî dikin ku ji hêla Erdê ve enerjiyek net-sifir bê parastin.

Rola bandora serayê

Gazên sereke yên atmosferê (oksîjen û nîtrojen) ji tîrêjên rojê re û ji radyasyona pêlên dirêj ên derketinê (termal/infrasor) jî zelal in. Lêbelê jibo dûkela avê, karbondîoksît, metan û gazên din ên şopê û jibo gelek pêlên cûrbicûrên radyasyonên termal re nezelal in.

Dema ku molekulên gaza serayê enerjiya înfrared a germahiyê distînin, germahiya wan bilind dibe. Piştre re ev gaz di her alî de li gorî zêdebûna rêjeya enerjiya infraredê germa zêde belav dike. Germaya ku ber bi jor ve radibe berdewam dike ku bi molekulên gaza serayê re rû bi rû dimîne; ev molekul di heman demê de şilaviyê jî dimije, germahiya wan bilind dibe û rêjeya germahiya zêde dibe, belav dike. Atmosfer bi bilindahiyê zirav dibe û bi qasî 5-6 kilometreyan, çiqas giraniya gazên serayê di atmosfera serdest be ew qas zirav dibe ku bi vî awayî germ dikare derkeve fezayê.

Ji ber ku molekulên gaza serayê enerjiya înfraredê ber bi her alî ve belav dike, hinek ji wê ber bi jêr belav dibin û di dawiyê de vedigerin ser rûyê erdê û li wir tê kişandin. Germahiya rûyê erdê di cîh de, bi vî rengî ji ya ku tenê bi germkirina tavê ya rasterast were rêve kirin, zêdetir e. Ev germkirina pêvek bandora serayê ya xwezayî ye. Mîna ku dinya bi betaniyek vegirtî ye ku rê dide radyasyonên frekansa bilind (ronahiya rojê) bikeve hundurê lê rêjeya derketina pêla dirêj a tîrêjên infraredê kêm dike.

Wekî ku ji qada hawîrdora Cîhanê ve tê dîtin, gazên serayê bandorê li belavbûna atmosferê ya gerstêrkê dikin. Guhertinên di pêkhateya atmosferê de dikarin bi vî rengî hevsengiya radyasyonê ya giştî biguhezînin. Mînak, konsantrasyona (zêdebûn) gazên serayê (yan jî bandorek serayê ya pêşketî) dibe sedema kêmbûn û germbûn a OLR û nehevsengiya enerjiyê. Di dawiyê de dema ku rêjeya gazên serayê zêde bibe yan kêm bibe, heya ku hevsengiya ASR=OLR dîsa were bidestxistin, germahî zêde dibe yan jî kêm dibe.

Rezervên hilanîna germê

Înfografîka ji sala 1960an vir ve ye ku zêdebûna berhevkirina enerjiyê di okyanûs, erd, qeşa û pêkhateyên atmosferê yên pergala avhewayê ya Cîhanê dide nîşan.

Erd, qeşa û okyanûs bi atmosferê re pêkhateyên yên çalak ên pergala avhewayê ya Cîhanê ne. Ev xwedan girseyek û kapasîteya germê ya pir mezintir in û ji ber vê yekê xwedî bêhêziya termal in. Dema ku radyasyon rasterast tê kişandin yan jî germahiya rûxarê diguhere, enerjiya germê wekî germek kêm biherikin nav girseya mezin a van pêkhateyan, yan ji nav van girseyan bi pêvajoyên veguheztina germê ya ragihîn/konveksîyonê derdikeve. Veguherîna avê di navbera awayên wê yên hişk/sivik/dûkelş de jî wekî çavkaniyek an daqurtuk enerjiya potansiyel di forma germa dereng de tevdigere. Ev pêvajoyan bi şert û mercên rûxarê li hember hinek guhertinên bilez ên radyasyonê yên li atmosferê tampon dikin. Wekî encamek, cûdahiya rojê li hember şevê di germahiya rûxarê de kêm e. Di heman demê de, pergala avhewa ya Erdê bi tevahî bertekek dereng li hemberî guheztinên hevsengiya radyasyonê ya atmosferê nîşan dide.

Çend mêtre jorîn ên okyanûsên Dinyayê ji tevahiya atmosfera wê zêdetir enerjiya termal werdigirin. Mîna gazên atmosferê, avên okyanûsê yên herikîn, enerjiyek pir mezin li ser rûyê gerstêrkê vediguhêzin. Germiya kêm jî di bin şert û mercên ku ji daketin an bilind bûnê hez dikin di kûrahî yên mezin de diçe û derdikeve.

Zêdetirî ji sedî 90 enerjiya zêde ya ku ji sala 1970an vir ve ji germbûna gerdûnî ya domdar li ser rûyê erdê kom bûye, li okyanûsê tê hilanîn. Nêzîkî ji sisêyan yek li kûrahiyên di binê 700 mêtreyî de belav bûye. Rêjeya giştî ya mezinbûnê jî di dehsalên dawî de zêde bûye, di sala 2020an de gihîştiye 500 TW (1 W/m²).

Analîzkirina rêjeya germkirin û sarbûnê

Bi gelemperî ku mirov bêje, huhertinên di hevsengiya herikîna enerjiyê ya Erdê de dikare wekî encamên zordestiyên derve (hem xwezayî û antropogenîk, radyatîf û ne-radyatîf), bersivên pergalê û guherbariya pergala navxweyî were fikirîn. Guhertinên weha di serî de wekî guheztinên berçav ên germahiyê (T), ewr (C), dûkela avê (W), aerosolan (A), şopên gazên serayê (G), refleksa rûbera erd/okyanûs/qeşayê (S) û wekî guheztinên piçûk di insolaton (I) de di nav faktorên din ên gengaz de, dertê holê. Piştre rêjeya germkirin û sarbûna Erdê dikare di demên bijartî de (Δt) wekî guheztina tora enerjiyê (ΔE) ku bi van taybetmendiyan ve girêdayî ye were analîz kirin:

${\begin{aligned}\Delta E/\Delta t&=(\ \Delta E_{T}+\Delta E_{C}+\Delta E_{W}+\Delta E_{A}+\Delta E_{G}+\Delta E_{S}+\Delta E_{I}+...\ )/\Delta t\\\\&=ASR-OLR.\end{aligned}}$

Li vir dema ku germahî zêde dibe ji ber bandora rasterast a bihêz a li ser OLR, term ΔE_T-nirxa neyînî ye.

Zêdebûna vê dawîyê di şopa gazên serayê de bandorek serayê ya zêde çêdike û bi vî awayî termek zordar a ΔEG erênî çêdike. Berevajiyê vî, teqînek volkanîkî ya mezin (mînak Çiyayê Pinatubo 1991, El Chichón 1982) dikare pêkhateyên ku sulfur tê de hene bişîne atmosfera jorîn. Giraniya zêde yên aerosolên sulfurê yên stratosferîk dibe ku heya çend salan bidome ku tevkariya zordar a neyînî ji ΔE_A re derîne holê. Cûreyên din ên emîsyonên aerosolê yên antropogenîk hem tevkariyên erênî hem jî neyînî ji ΔE_A çêdikin. Çerxên rojê ji ber çalakiya mirovan ΔEI ji ΔE_G yên vê dawiyê piçûktir ΔE_G hildiberîne.

Hêzên avhewa tevlihev in ji ber ku ew dikarin bertekên rasterast û nerasterast ên ku xurt dikin (bersivdana erênî) yan jî qelskirina (bersivdana neyînî) hilberînin. Ev bi gelemperî bertekên germahiyê dişopînin. Meylên dûkela avê wekî bertekek erênî di derbarê guheztinên germahiyê de ji ber veguheztinên evaporasyonê û têkiliya Clausius-Clapeyron, dide. Mînak, windabûna qeşaya Arktîkê ji ber bilindbûna germahiyê herêmê kêmtir refleks dike ku rê li ber vegirtina enerjiyê mezintir û hêj rêjeyên helîna berfê zûtir dike û bi vî rengî bandorek erênî li ΔE_S dike. Bi hev re, bi meylên ku germbûn an sarbûna gerdûnî zêde dikin de ne.

Ewr, jibo nîvê albedoya Erdê berpirsiyar in û îfadeyên bi hêz ên guhezbariya navxweyî ya pergala avhewayê ne. Di heman demê de dibe ku ew wekî bi bertekên bi hêz tevbigerin û ger mînakî encama çalakiya tovkirina ewran be, dikarin vî yekê bi zorê bikin. Beşdariyên ji bo ΔE_C li gorî herêmê û li gorî celebê ewr re tê guhertin. Pîvandinên ku ji satelaytan bi hev re bi simulasyonên modelan re di hewildana çêtirkirina têgihiştinê û kêmkirina nediyariyê de ye, têne berhev kirin.