Лід у морі, альбедо та зворотний цикл: розплавлення…

Albedo: як багато сонячного світла відбивається від поверхні

Кожна поверхня на Землі відбиває певну частку сонячного світла, яке потрапляє на неї, і поглинає решту як тепло; ця відбита частка називається альбедо, що варіюється від 0 (ідеально чорний, все поглинає) до 1 (ідеально білий, все відбиває). Свіжий сніг знаходиться близько 0,8-0,9, необроблений морський лід приблизно 0,5-0,7, а відкрита океанічна вода опускається майже до 0,06 — тобто відкрита вода поглинає приблизно в шістнадцять разів більше сонячного світла, яке на неї потрапляє, ніж свіжий сніг. Ця різниця між льодом та океаном альбедо – це не незначний деталі; це двигун, що стоїть за один із найважливіших зворотних зв’язків у кліматичній системі.

жива демонстрація · пов'язана симуляція● LIVE

Цикл: танення породжує танення

Нагрівання з будь-якого джерела — підвищення концентрації парникових газів, теплий океанічний потік, серія надто сонячних літніх днів — призводить до танення частини льодовикової крижі на краях. Цей новий відкритий ділянка океану має значно нижчий альбедо, ніж замінена крижана поверхня, тому він поглинає набагато більше сонячної енергії, ніж це робила б крижана поверхня. Ця додаткова поглинута теплота нагріває навколишню воду та повітря, що призводить до танення ще більшої кількості льодовикової крижі на краях, що відкриває ще більше темної води, яка поглинає ще більше тепла — це самопідсилююча ланцюгова реакція, яка зараз широко відома як зворотний механізм льодовикової крижі. Важливо зазначити, що це позитивний зворотний механізм у технічному сенсі: кожен крок підсилює початкове порушення, а не пригнічує його, на відміну від негативного зворотного механізму (наприклад, підвищеної теплової радіації від більш теплої поверхні), який би повер танув систему до рівноваги".

simplified feedback loop, one simulated step:

warming  →  ice_extent decreases
albedo_avg = α_ice · (ice_fraction) + α_ocean · (1 − ice_fraction)
absorbed_solar ∝ (1 − albedo_avg) · incoming_solar
absorbed_solar increases as ice_fraction falls  →  more local warming
→ feeds back into further ice loss next step

α_ice (~0.5-0.9)  ≫  α_ocean (~0.06)   → the gap IS the feedback

Посилення Арктики: чому полярний регіон нагрівається найшвидше

Спостережуване потепління Арктики відбувається приблизно в два-чотири рази швидше, ніж середній глобальний показник, явище, яке називають посиленням Арктики. Зворотний відгук (feedback) з альбедо – один із найбільших його факторів, поряд з кількома додатковими механізмами. Оскільки холодний і стабільний арктичний атмосферний шар захоплює додаткове тепло в відносно тонкому ближньому поверхневому шарі замість того, щоб розподіляти його по глибокій, добре змішаній тропосфері, як це відбувається в тропіках, одна й та сама кількість надлишково поглиненої енергії створює більший локальний підвищення температури. Зменшення площі льоду також означає, що океан з більшою легкістю повертає назад накопичене літнє тепло в атмосферу восени та взимку, ніж це робить льодова поверхня, тому посилення Арктики найбільш виражено в холодний сезон, а не в середині літа, хоча додаткове сонячне поглинання відбувається переважно влітку.

ЗМІНА ТЕМПЕРАТУРИ ВІДБУВАЄТЬСЯ З-ЗА КОЛЬКОГОВГО ПРЕСИГУ, А ЗБИТКИ ПОШИРУЮТЬСЯ

Зворотний відбитий ефект (алібедо) посилює будь-яке тепло, яке вже відбувається — він не створює тепла з нічого. Основною причиною довгострокового тренду є випромінювання, спричинене підвищенням концентрації CO2 та інших парникових газів в атмосфері, що поступово збільшує базовий рівень енергії на всій планеті. Корисний спосіб розглянути взаємодію: вплив CO2 встановлює додаткову кількість енергії, з якою система працює щороку, а зворотний відбитий ефект визначає, наскільки непропорційно ця додаткова енергія проявляється у втраті льоду та потеплінні в арктичних регіонах, а не розподіляється рівномірно по всій Землі.

Frequently asked questions

Що таке альбедо, простими словами?

Альбедо – це частка сонячного світла, яку поверхня відбиває, а не поглинає, виражена від 0 (повністю поглинається, все світло перетворюється на тепло) до 1 (повністю відбивається). Свіжий сніг та морське лід мають високе альбедо близько 0,5-0,9, відбиваючи більшість сонячного світла назад у космос, тоді як відкрита океанічна вода має низьке альбедо близько 0,06, майже повністю поглинаючи сонячне світло, яке на неї потрапляє.

Чому це називається позитивним зворотним зв’язком саме?

Зворотний зв'язок називають позитивним, коли його ефект підсилює свою причину, а не протидіє їй. Тут танення льоду знижує середнє альбедо, що збільшує сонячне поглинання, яке підвищує температуру, що, в свою чергу, тане більше льоду – кожен крок відштовхується далі в тому ж напрямку, ніж попередній, підсилюючи вихідну нагріваність, а не пригнічуючи її, що є визначальною ознакою позитивного зворотного зв’язку.

Чому Арктика зігрівається швидше, ніж решта планети?

Цей ефект, який називається арктичним підсиленням, зумовлений кількома взаємопідсилюючими механізмами, серед яких альбедо-зворотний зв’язок є одним з найбільших. Іншими факторами є те, що додане тепло біля полю сприяє непропорційному нагріванню тонкої та холодної атмосферної шари, а не його розподілу, і те, що зменшення морського льоду відкриває більше води, яка повертає назад у повітря накопичене тепло, особливо восени та взимку – разом ці фактори призводять до того, що спостережуване нагрівання Арктики приблизно в два-чотири рази перевищує середній глобальний показник.

Спробуйте наживо

Усе, що вище, працює прямо у вашому браузері — відкрийте Polar Ice Dynamics і змінюйте параметри під час роботи. Нічого не встановлюється, нічого не завантажується на сервер, уся модель живе в одній вкладці.

▶ Відкрити симуляцію Polar Ice Dynamics

Лід у морі, альбедо та зворотний цикл: розплавлення арктики