Северное полушарие поглощает больше солнечного света, чем Южное, и облака больше не могут поддерживать баланс.

Много лет назад учёные заметили нечто странное: Северное и Южное полушария Земли отражают обратно в космос почти одинаковое количество солнечного света. Причина этой странности симметрии в том, что в Северном полушарии больше суши, городов, загрязнений и промышленных аэрозолей. Всё это должно приводить к более высокому альбедо — отражению большего количества солнечного света, чем его поглощению. Южное полушарие в основном покрыто океаном, который темнее и поглощает больше солнечного света.

Однако новые спутниковые данные свидетельствуют о том, что симметрия нарушается.

От баланса к дисбалансу

В новом исследовании, опубликованном в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, Норман Лёб (Norman Loeb), климатолог из Исследовательского центра Лэнгли НАСА, и его коллеги проанализировали 24-летние наблюдения, полученные в рамках миссии НАСА «Облака и система лучистой энергии Земли» (CERES).

Они обнаружили, что Северное полушарие темнеет быстрее Южного. Другими словами, оно поглощает больше солнечного света. Этот сдвиг может изменить погодные условия, количество осадков и общий климат планеты в ближайшие десятилетия.

С 2000 года CERES регистрирует количество поглощаемого и отражаемого солнечного света, а также количество инфракрасного (длинноволнового) излучения, возвращаемого обратно в космос. Лёб использовал эти измерения для анализа изменений энергетического баланса Земли в период с 2001 по 2024 гг. Энергетический баланс позволяет учёным понять, поглощает ли планета больше энергии, чем выделяет, и как эта разница варьируется между полушариями.

«Любой объект во Вселенной способен поддерживать равновесие, получая и отдавая энергию. Это фундаментальный закон, управляющий всем во Вселенной», — сказал Чжаньцин Ли (Zhanqing Li), климатолог из Мэрилендского университета, не принимавший участия в исследовании. «Земля поддерживает равновесие, обмениваясь энергией между Солнцем и испускаемым ею длинноволновым излучением».

Исследователи обнаружили, что Северное полушарие поглощает примерно на 0,34 Вт больше солнечной энергии на квадратный метр за десятилетие, чем Южное. «Эта разница может показаться незначительной, но в масштабах всей планеты это огромная цифра», — сказал Ли.

Чтобы выяснить причину этого дисбаланса, учёные применили метод, называемый анализом парциальных радиационных возмущений (partial radiative perturbation, PRP). Метод PRP отделяет влияние таких факторов, как облака, аэрозоли, поверхностная яркость и водяной пар, от расчётов количества солнечного света, поглощаемого каждым полушарием.

Результаты указали на три основные причины потемнения в Северном полушарии: таяние снега и льда, снижение уровня загрязнения воздуха и повышение уровня содержания водяного пара.

«Это имело большой смысл», — сказал Лёб. «Поверхность Северного полушария темнеет из-за таяния снега и льда. Это обнажает сушу и океан под ними. Уровень загрязнения снизился в таких регионах, как Китай, США и Европа. Это означает, что в воздухе меньше аэрозолей, отражающих солнечный свет. В Южном полушарии всё наоборот».

«Поскольку север нагревается быстрее, там также содержится больше водяного пара», — продолжил Лёб. «Водяной пар не отражает солнечный свет, а поглощает его. Это ещё одна причина, по которой Северное полушарие поглощает больше тепла».

Любопытство по поводу облачного покрова

Одним из интересных результатов исследования стало то, что облачный покров не менялся последние 20 лет.

«Облака для меня загадка из-за этой полушарной симметрии», — сказал Лёб. «Мы сомневались, является ли это фундаментальным свойством климатической системы. Если бы это было так, облака должны его компенсировать. В Северном полушарии должно наблюдаться больше отражения от облаков по сравнению с Южным, но мы этого не наблюдали».

Лёб работал с моделями, чтобы понять природу облаков.

«Мы не уверены в природе облаков», — сказал Лёб.

«Понимание взаимодействия аэрозолей и облаков по-прежнему остаётся серьёзной проблемой», — согласился Ли. «Облака остаются доминирующим фактором, регулирующим наш энергетический баланс», — сказал он. «Это очень важно».

Тем не менее, Ли отметил, что «исследование доктора Нормана Лёба показывает, что [асимметрия] не только существует, но и достаточно важна, чтобы задуматься о её причинах».

Лёб «в восторге от новых климатических моделей, которые скоро появятся» и от того, как они помогут его работе. «Будет интересно вернуться к этому вопросу с использованием новейших и самых совершенных моделей».

 

Ссылка: https://eos.org/articles/new-satellite-data-reveal-a-shift-in-earths-once-balanced-energy-system