本文來自微信公眾號：原理（ID：principia1687），作者：Neanderthal，原文標題：《0.53 ± 0.11》
一
地球似乎變得“收支不平衡”了——別誤會，我們這里說的是一種“能量收支”。
我們的星球一直在試圖平衡進出地球系統(tǒng)的能量流動，從而達到一種能量角度的平衡。但已經(jīng)有不少模擬研究預測，人類影響著地球的能量收支。由于人類活動，更多能量被地球吸收了，而沒有逃逸到太空中。這使地球系統(tǒng)的能量收支失去平衡，導致我們的星球開始變暖。
現(xiàn)在，NASA的一項研究首次通過全球性的直接觀測證實了這些預測：人類活動影響著地球的能量平衡，最終導致氣候變化。研究已于近日發(fā)表在Geophysical Research Letters上。
二
太陽是我們的能量來源，當陽光照射向地球時，輻射能進入地球系統(tǒng)。但接下來的能量過程并沒有那么簡單。
在這些能量中，其中一部分會從地球表面或大氣層反射回太空，其余的部分則被地球吸收，使地球升溫。
隨后，這些熱會以熱輻射能的形式再次被釋放，這就像黑色瀝青在陽光明媚的日子會變得滾燙，并散發(fā)出熱量一樣。最終，這些能量也會流向太空，但其中的一部分又會被云層和大氣中的溫室氣體重新吸收。被吸收的能量也可能被再一次地送回地球，使地球表面更加溫暖。
地球能量平衡的簡化動畫示意圖：地球的能量收支是由進入系統(tǒng)的能量（黃色）和向外的輻射（紅色）之間平衡的，自然和人為過程都會影響著能量的接收與釋放。| 圖片來源：NASA's Goddard Space Flight Center Conceptual Image Lab
增加更多吸收輻射的因素（比如溫室氣體），或者去除那些反射的因素（比如氣溶膠），自然都會破壞地球的能量平衡，這就是所謂的輻射強迫（radiative forcing），也是人類活動影響氣候的主要方式。
從很早之前，NASA已經(jīng)開啟了多個全球監(jiān)測項目。比如，云和地球輻射能系統(tǒng)（CERES）項目主要研究的就是地球大氣層頂部的輻射流。自1997年以來，CERES的一系列儀器就跟隨著衛(wèi)星在地球上空飛行。每一臺儀器都在幫助測量有多少能量進入地球系統(tǒng)，又有多少離開了系統(tǒng)，從而給出了總輻射的凈變化。
這些數(shù)據(jù)，加上全球海洋熱量測量等其他一些數(shù)據(jù)來源，已經(jīng)向我們表明，我們的星球正處于一種能量不平衡的狀態(tài)。
CERES等項目的衛(wèi)星和儀器，一直監(jiān)控著來自太陽的能量和向太空中釋放的能量。| 圖片來源：NASA’s Scientific Visualization Studio
但這些數(shù)字沒有告訴我們的是，究竟是什么因素導致了能量平衡的變化。
三
在這項新研究中，科學家使用了一種新的技術來解析總能量的變化中有多少是由人類活動引起的。
簡單來說，研究人員首先計算出了這種不平衡在多大程度上是由自然發(fā)生的因素的波動引起的，比如水蒸氣、云層、溫度和地表反照率（可以理解成地球表面的亮度或反射率）等因素。例如，NASA的Aqua衛(wèi)星上攜帶的大氣紅外探測器（AIRS）主要用于測量地球大氣中的水蒸氣。水蒸氣會吸收熱量，因此水蒸氣的變化將影響最終離開地球系統(tǒng)的能量。
在弄清了每一種自然因素引起的能量變化后，從總數(shù)中減去這些值，剩下的部分就是輻射強迫。
團隊發(fā)現(xiàn)，從2003年到2018年，人類活動導致地球的輻射強迫每平方米增加了約0.5（0.53±0.11）瓦。這種增加來自發(fā)電、運輸和工業(yè)制造業(yè)排放的溫室氣體。反射性的氣溶膠減少同樣是造成這種不平衡的原因之一。
這是人們首次利用全球觀測數(shù)據(jù)來計算地球的總輻射強迫，解釋氣溶膠和溫室氣體的影響。它提供了人類活動導致地球能量收支變化的直接證據(jù)。
四
科學家介紹，這項新技術的計算速度比以前基于模型的方法更快，使研究人員可以實現(xiàn)幾乎實時監(jiān)測輻射強迫。
這種方法能夠用于追蹤人類排放對氣候的影響，監(jiān)測各種氣候措施的效果，也可以用來評估預測未來氣候變化的模型。
研究創(chuàng)建了一個由觀測數(shù)據(jù)計算出的輻射強迫的直接記錄，也使科學家能夠評估對這些強迫進行模擬的模型的準確程度。所有這些結(jié)果都將幫助科學家對未來氣候變化的趨勢做出更有信心的預測。
參考來源：
https://www.nasa.gov/feature/goddard/2021/direct-observations-confirm-that-humans-are-throwing-earth-s-energy-budget-off-balance/
https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2020GL091585
https://qz.com/1989053/scientists-show-direct-evidence-of-humans-role-in-climate-change/
