Jorden har en budget - en energibudget. Vår planet försöker ständigt balansera energiflödet in och ut ur jordens system. Men mänskliga aktiviteter sätter det ur balans, får vår planet att värmas upp som svar.

Strålningsenergi kommer in i jordens system från solljuset som lyser på vår planet. En del av denna energi reflekterar från jordens yta eller atmosfär tillbaka till rymden. Resten absorberas, värmer planeten, och avges sedan som termisk strålningsenergi på samma sätt som svart asfalt blir varm och utstrålar värme en solig dag. Så småningom går denna energi också mot rymden, men en del av det absorberas på nytt av moln och växthusgaser i atmosfären. Den absorberade energin kan också sändas tillbaka mot jorden, där det kommer att värma ytan ännu mer.

Att lägga till fler komponenter som absorberar strålning – som växthusgaser – eller ta bort de som reflekterar den – som aerosoler – kastar bort jordens energibalans, och gör att mer energi absorberas av jorden istället för att fly ut i rymden. Detta kallas strålningskraft, och det är det dominerande sättet mänskliga aktiviteter påverkar klimatet.

Klimatmodellering förutspår att mänskliga aktiviteter orsakar utsläpp av växthusgaser och aerosoler som påverkar jordens energibudget. Nu, en NASA -studie har bekräftat dessa förutsägelser med direkta observationer för första gången:strålningsstyrkor ökar på grund av mänskliga handlingar, påverka planetens energibalans och i slutändan orsaka klimatförändringar. Tidningen publicerades online den 25 mars, 2021, i journalen Geofysiska forskningsbrev .

"Detta är den första beräkningen av jordens totala strålningskraft med hjälp av globala observationer, redogöra för effekterna av aerosoler och växthusgaser, sa Ryan Kramer, första författare på tidningen och en forskare vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, och University of Maryland, Baltimore County. "Det är direkt bevis på att mänsklig verksamhet orsakar förändringar i jordens energibudget."

NASA:s Clouds and the Earth's Radiant Energy System (CERES) projekt studerar strålningsflödet på toppen av jordens atmosfär. En serie CERES-instrument har kontinuerligt flugit på satelliter sedan 1997. Var och en mäter hur mycket energi som kommer in i jordens system och hur mycket som lämnar, ger den totala nettoförändringen av strålning. Den datan, i kombination med andra datakällor som havsvärmemätningar, visar att det finns en energibalans på vår planet.

"Men det berättar inte för oss vilka faktorer som orsakar förändringar i energibalansen, sa Kramer.

Denna studie använde en ny teknik för att analysera hur mycket av den totala energiförändringen som orsakas av människor. Forskarna beräknade hur mycket av obalansen som orsakades av fluktuationer i faktorer som ofta förekommer naturligt, som vattenånga, moln, temperatur och ytalbedo (i huvudsak ljusstyrkan eller reflektionsförmågan hos jordens yta). Till exempel, instrumentet Atmospheric Infrared Sounder (AIRS) på NASA:s Aqua -satellit mäter vattenånga i jordens atmosfär. Vattenånga absorberar energi i form av värme, så förändringar i vattenånga kommer att påverka hur mycket energi som slutligen lämnar jordens system. Forskarna beräknade energiförändringen orsakad av var och en av dessa naturliga faktorer, subtraherade sedan värdena från summan. Den del som blir över är strålningskraften.

Teamet fann att mänskliga aktiviteter har gjort att strålkraften på jorden har ökat med cirka 0,5 watt per kvadratmeter från 2003 till 2018. Ökningen är mestadels från utsläpp av växthusgaser från saker som kraftproduktion, transport och industriell tillverkning. Minskade reflekterande aerosoler bidrar också till obalansen.

Den nya tekniken är beräkningsmässigt snabbare än tidigare modellbaserade metoder, gör det möjligt för forskare att övervaka strålningskraft i nästan realtid. Metoden skulle kunna användas för att spåra hur mänskliga utsläpp påverkar klimatet, övervaka hur bra olika lindrande insatser fungerar, och utvärdera modeller för att förutsäga framtida klimatförändringar.

"Att skapa en direkt registrering av strålningskraft beräknad från observationer kommer att tillåta oss att utvärdera hur väl klimatmodeller kan simulera dessa krafter, sa Gavin Schmidt, chef för NASA:s Goddard Institute of Space Studies (GISS) i New York City. "Detta kommer att tillåta oss att göra mer säkra prognoser om hur klimatet kommer att förändras i framtiden."