L' albedo és la relació existent entre l'energia reflectida i l'incident a la longitud d'ona de la llum visible, cosa que provoca que els planetes brillin. Atès que els planetes no posseeixen energia per si mateixos, reflecteixen una part de la llum que reben del Sol. L'albedo no és un valor constant i varia segons diversos factors, principalment la inclinació de la irradiació incident i la naturalesa de la superfície reflectora . En termes simples, la capacitat d'una superfície per reflectir es relaciona directament amb el color: un cos clar reflecteix més llum que un cos fosc. Aquesta propietat té implicacions importants en la climatologia i en l'estudi dels canvis climàtics al llarg del temps.
Per exemple, l'albedo d'un sòl cobert de neu és considerablement més gran que el d'una praderia. La neu posseeix un albedo mitjà de 0,7 , mentre que l'albedo d'un bosc verd és només de 0,2 . Això vol dir que un 70% de l'energia solar incident sobre la neu és reflectida a l'espai, mentre que només un 20% és reflectida en el cas dels boscos. A nivell planetari, l' albedo mitjà de la Terra se situa aproximadament en 0,3, cosa que indica que al voltant del 30% de l'energia solar que entra a l'atmosfera és retornada a l'espai en forma d'irradiació directa. Aquest percentatge és fonamental per entendre el balanç energètic de la Terra.
L'albedo dels continents és aproximadament del 34% , mentre que el dels oceans arriba al 26% , i el dels núvols d'altitud mitjana i baixa se situa entre el 50% i el 70% . Aquestes variacions a l'albedo són fonamentals per al balanç energètic de la Terra i, per tant, per a la regulació del seu clima. L'albedo no només defineix com es reflecteix la llum, sinó que també té un impacte significatiu a la temperatura global i al clima.
En termes de balanç energètic , a escala planetària s'estableix que el balanç és igual a zero; no obstant això, a diferents regions de la superfície terrestre, aquest equilibri està lluny de ser constant. Hi ha zones que reben més energia de la que emeten, mentre que altres emeten més del que reben. Generalment, els balanços energètics tendeixen a ser excedentaris en regions situades entre els paral·lels 35º i 40º . En aquestes latituds, s'igualen les entrades i les sortides d'energia, i més enllà d'aquests paral·lels, el balanç esdevé deficitari. Aquest fenomen es relaciona amb el canvi climàtic global.
Les variacions en la quantitat d'energia rebuda i emesa són crucials, ja que influeixen directament en l' escalfament o el refredament de l'aire, i són factors determinants en la distribució dels diferents climes i en la circulació atmosfèrica. Comprendre l'albedo i el balanç energètic terrestre és essencial per analitzar com aquests elements interactuen i afecten el clima global.
El balanç global de radiació fa referència a la diferència entre l'energia solar que arriba a l'atmosfera i la pèrdua d'energia cap a l'espai. En condicions estables, les pèrdues denergia són iguals a les entrades. No obstant això, a nivell local, s'observa que a les latituds altes, l'energia irradiada tendeix a ser més gran que l'energia rebuda, i viceversa a les latituds més baixes. Aquest desequilibri és compensat per mecanismes de transport de calor, que inclouen la circulació atmosfèrica (vents) i la circulació oceànica en el context de l'escalfament global.
La Terra, al límit superior de la seva atmosfera, rep una quantitat relativament constant de radiació solar, estimada en 2 calories/cm² per minut , conegut com la constant solar . Aquesta quantitat denergia és fonamental per al manteniment de la temperatura del nostre planeta. La radiació que surt de la Terra es divideix en diferents categories:
- Radiació d'ona curta: Aquesta forma de radiació correspon a l'energia reflectida per la superfície terrestre, que inclou oceans, terres, núvols i partícules a l'atmosfera. L'albedo representa al voltant del 30% de la radiació total, encara que aquest valor pot variar amb el temps i les condicions atmosfèriques.
- Radiació d'ona llarga: Aquest tipus de radiació fa referència a l'energia tèrmica emesa per la Terra, principalment en forma d'infrarojos. L'atmosfera reté part d'aquesta radiació, contribuint a aquest efecte hivernacle i afectant la temperatura global.
La llei de Stefan-Boltzmann estableix que la quantitat d'energia irradiada per un cos negre, com s'assumeix que és la Terra en aquest context, es relaciona amb la quarta potència de la temperatura a Kelvin. Quan avaluem el balanç energètic de la Terra, és important considerar com l'energia absorbida s'iguala a l'energia que torna a irradiar-se a l'espai. Si la Terra rep més energia de la que emet, la temperatura augmentarà, mentre que si emet més del que rep, la seva temperatura disminuirà. Això és vital per entendre com els humans hem alterat el balanç energètic.
L'atmosfera juga un paper crucial en aquest balanç energètic, ja que els gasos d'efecte hivernacle , com el diòxid de carboni i el metà, atrapen part de la radiació infraroja emesa, cosa que escalfa més el planeta. Aquest fenomen és essencial per comprendre el canvi climàtic i com l'activitat humana ha alterat aquest equilibri natural, un tema discutit en profunditat en diversos estudis.
El forçament radiatiu fa referència al canvi en l'equilibri d'energia de la Terra a causa de factors externs. Es mesura en watts per metre quadrat (W/m²) i pot ser positiu (causant un escalfament) o negatiu (causant un refredament). Els factors que poden influir en el forçament radiatiu inclouen:
- Concentracions de gasos amb efecte d'hivernacle: L'augment de gasos com CO₂, CH₄ i N₂O atrapen la calor a l'atmosfera, la qual cosa incrementa el forçament radiatiu positiu.
- aerosols: Depenent de la composició, els aerosols poden tenir un forçament radiatiu positiu o negatiu. Per exemple, els aerosols de sulfat tendeixen a reflectir la radiació solar de tornada a lespai, mentre que el sutge pot escalfar latmosfera.
- Canvis en l'ús de la terra: Activitats com la desforestació alteren l'albedo de la superfície terrestre, cosa que alhora impacta el forçament radiatiu. La reducció d'àrees boscoses generalment augmenta l'albedo i, per tant, podria disminuir l'escalfament.
- Variacions solars: Canvis en l'activitat solar també afecten el forçament radiatiu, encara que aquests efectes són generalment menors comparats amb els impactes de les concentracions de gasos d'efecte hivernacle en el context del escalfament global.
El forçament radiatiu és un concepte central en climatologia, ja que permet quantificar limpacte de diferents factors en lequilibri energètic de la Terra. Segons l'informe de l' IPCC , el forçament radiatiu antropogènic el 2011, en comparació del 1750, era de 2,29 W/m², cosa que indica un augment més ràpid des del 1970 a causa de les elevades concentracions de gasos d'efecte hivernacle. Això és crucial per entendre l'evolució del .
Aquest forçament és essencial per modelar el canvi climàtic i preveure com les variacions al balanç energètic poden afectar les temperatures globals en el futur. Els models climàtics actuals consideren el forçament radiatiu com una de les variables principals que cal tenir en compte per entendre i mitigar l'impacte del canvi climàtic.
