De aarde heeft een beperkt budget - een energiebudget. Onze planeet probeert constant de stroom van energie in en uit het systeem van de aarde in evenwicht te brengen. Maar menselijke activiteiten brengen dat uit balans, waardoor onze planeet als reactie opwarmt.

Stralingsenergie komt het systeem van de aarde binnen vanuit het zonlicht dat op onze planeet schijnt. Een deel van deze energie weerkaatst vanaf het aardoppervlak of de atmosfeer terug in de ruimte. De rest wordt geabsorbeerd, verwarmt de planeet, en wordt vervolgens uitgezonden als thermische stralingsenergie op dezelfde manier waarop zwart asfalt heet wordt en warmte uitstraalt op een zonnige dag. Uiteindelijk gaat deze energie ook naar de ruimte, maar een deel ervan wordt opnieuw geabsorbeerd door wolken en broeikasgassen in de atmosfeer. De geabsorbeerde energie kan ook terug naar de aarde worden uitgezonden, waar het het oppervlak nog meer zal opwarmen.

Het toevoegen van meer componenten die straling absorberen, zoals broeikasgassen, of het verwijderen van componenten die straling absorberen, zoals aerosolen, verstoort de energiebalans van de aarde. en zorgt ervoor dat meer energie door de aarde wordt geabsorbeerd in plaats van naar de ruimte te ontsnappen. Dit heet stralingsforcering, en het is de dominante manier waarop menselijke activiteiten het klimaat beïnvloeden.

Klimaatmodellering voorspelt dat menselijke activiteiten leiden tot het vrijkomen van broeikasgassen en aerosolen die het energiebudget van de aarde beïnvloeden. Nutsvoorzieningen, een NASA-studie heeft deze voorspellingen voor het eerst bevestigd met directe observaties:stralingsforcering neemt toe door menselijk handelen, de energiebalans van de planeet beïnvloeden en uiteindelijk klimaatverandering veroorzaken. De paper is online gepubliceerd op 25 maart, 2021, in het journaal Geofysische onderzoeksbrieven .

"Dit is de eerste berekening van de totale stralingsforcering van de aarde met behulp van wereldwijde waarnemingen, rekening houden met de effecten van aerosolen en broeikasgassen, " zei Ryan Kramer, eerste auteur op het papier en een onderzoeker bij NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, en de Universiteit van Maryland, Baltimore County. "Het is direct bewijs dat menselijke activiteiten veranderingen veroorzaken in het energiebudget van de aarde."

NASA's Clouds and the Earth's Radiant Energy System (CERES)-project bestudeert de stralingsstroom aan de bovenkant van de atmosfeer van de aarde. Een reeks CERES-instrumenten is sinds 1997 continu op satellieten gevlogen. Elk meet hoeveel energie het systeem van de aarde binnenkomt en hoeveel eruit gaat, geeft de totale netto verandering in straling. die gegevens, in combinatie met andere databronnen zoals oceaanwarmtemetingen, laat zien dat er een energieonbalans is op onze planeet.

"Maar het vertelt ons niet welke factoren veranderingen in de energiebalans veroorzaken, ’ zei Kramer.

Deze studie gebruikte een nieuwe techniek om te ontleden hoeveel van de totale energieverandering door mensen wordt veroorzaakt. De onderzoekers berekenden hoeveel van de onbalans werd veroorzaakt door fluctuaties in factoren die vaak van nature voorkomen, zoals waterdamp, wolken, temperatuur en oppervlakte albedo (in wezen de helderheid of reflectiviteit van het aardoppervlak). Bijvoorbeeld, het instrument Atmospheric Infrared Sounder (AIRS) op NASA's Aqua-satelliet meet waterdamp in de atmosfeer van de aarde. Waterdamp absorbeert energie in de vorm van warmte, dus veranderingen in waterdamp zullen van invloed zijn op hoeveel energie uiteindelijk het systeem van de aarde verlaat. De onderzoekers berekenden de energieverandering veroorzaakt door elk van deze natuurlijke factoren, vervolgens de waarden van het totaal afgetrokken. Het overgebleven deel is de stralingsforcering.

Het team ontdekte dat menselijke activiteiten ervoor hebben gezorgd dat de stralingsforcering op aarde tussen 2003 en 2018 met ongeveer 0,5 watt per vierkante meter is toegenomen. De toename is voornamelijk het gevolg van de uitstoot van broeikasgassen door zaken als stroomopwekking, transport en industriële productie. Verminderde reflecterende aerosolen dragen ook bij aan de onbalans.

De nieuwe techniek is rekenkundig sneller dan eerdere modelgebaseerde methoden, waardoor onderzoekers stralingsforcering in bijna realtime kunnen volgen. De methode kan worden gebruikt om te volgen hoe menselijke emissies het klimaat beïnvloeden, controleren hoe goed verschillende mitigatie-inspanningen werken, en modellen evalueren om toekomstige klimaatveranderingen te voorspellen.

"Door een direct record te maken van stralingsforcering berekend op basis van waarnemingen, kunnen we evalueren hoe goed klimaatmodellen deze forceringen kunnen simuleren, " zei Gavin Schmidt, directeur van NASA's Goddard Institute of Space Studies (GISS) in New York City. "Hierdoor kunnen we met meer vertrouwen voorspellingen doen over hoe het klimaat in de toekomst zal veranderen."