地球のエネルギー収支：メカニズムと気候への影響

地球に入ってくるすべてのエネルギーと、地球から宇宙へ出ていくすべてのエネルギーのバランスは、気候システムを理解する上で中心的な物理的システムである。地球が得るエネルギーの合計と、放出するエネルギーの合計は長期的には均衡が保たれている。

エネルギーの流入

地球の大気に入るエネルギーの総量は、およそ174ペタワット（PW）である。その主な内訳は以下の通りである。

• 太陽放射：全体の99.97%を占め、およそ174ペタワット（大気全体平均で約340 W/m²）である。太陽が天頂にあるときの最大値は約1,366 W/m²であり、これは太陽定数として知られている。太陽活動の周期的な変化に伴い、太陽定数も1〜3 W/m²前後変動する。

• 地熱エネルギー：全体の約0.025%（約44テラワット、約0.08 W/m²）であり、地球内部の放射性崩壊などが主な熱源である。
• 潮汐によるエネルギー：全体の約0.002%（約3テラワット、約0.0059 W/m²）であり、太陽や月などの引力による潮汐力に起因する。
• 化石燃料の燃焼によるエネルギー：全体の約0.007%（約13テラワット、約0.025 W/m²）である。

エネルギーの流出と反射

地球全体のアルベド（反射率）の平均はおよそ0.3であり、注がれた太陽エネルギーの3割が宇宙へ反射され、残りの7割が地球システムに吸収される。

吸収された70%のエネルギーは、最終的にさまざまな経路を経て長波放射（赤外線）として宇宙へ再放出される。これには、大気や雲による再放射、地表からの直接放射、大気の移動、水の蒸発に伴う潜熱移動などが含まれる。

気候への影響と放射強制力

大気が得るエネルギーが失うエネルギーを上回る、あるいは下回るようなバランスの崩れは「放射強制力」として定義される。得るエネルギーが上回れば正の放射強制力が働き、気温上昇や海面温度の上昇といった形で現れる。

歴史的な気候変動において、失うエネルギーの変動をもたらす大きな要因の一つがアルベドの変化である。氷床の拡大や縮小は正帰還（フィードバック）を引き起こし、気候に大きな影響を与える。また、人為的な温室効果ガスの増加も放射強制力を変化させ、地球温暖化の主要な要因となっている。