(佐藤 2019 図9-8 135ページ)
地球表層(気候システム)のエネルギー収支のうち、 数量が比較的よくわかっているのは、 「大気上端」(上端というはっきりした場所があるわけではないが そこから上にある空気の質量が無視できるところ)でのエネルギーの流れ、 および、「地表面」(地面と海面、 つまり大気と固体または液体が接するところ)でのエネルギーの流れである。 それぞれのエネルギーの流れの数値は、時間・空間によって変わるが、 ここでは、全球平均、年の倍数の期間で平均した、 エネルギーフラックス密度 (単位面積あたり・単位時間あたりのエネルギーの流れ)の形で数値を示す。
大気上端のエネルギーの出入りは放射(電磁波)だけである。 これを波長で太陽放射 (短波放射) と 地球放射 (長波放射) に分ける。 太陽放射の波長帯では、下向きは太陽からくる電磁波、 上向きはそれを地球(大気と地表面を含む)が反射したものである。 地球放射の波長帯の放射は上向き(大気と地表面が出す放射)だけである (宇宙からくる電磁波の量は無視できる)。
地表面のエネルギーの出入りは、放射と乱流輸送がある。 放射には太陽放射の下向きと上向き(地表面での反射)、 地球放射の下向き(大気から)と上向き(地表面から)がある。 乱流輸送は、地表面が直接大気を暖める(大気のもつ温度に比例する内部エネルギーをふやす)顕熱輸送と、 地表面から水が蒸発するのに伴って大気にエネルギーが移る潜熱輸送がある。 潜熱輸送の場合は、エネルギーはまず大気のうち水蒸気に与えられ、 水蒸気が凝結する際に、そのエネルギーが水蒸気以外の部分(仮に乾燥大気と呼ぶ)に移る (主として、温度に比例する内部エネルギーあるいは位置エネルギーに移る。 つまり、気温が上がるか、空気が上昇する)。 雲粒が蒸発するときにはこの逆の変化が起こる。 降水が起こる場合に、正味でエネルギーが乾燥大気に移ることになる。
全球平均のエネルギーの流れの各項の見積もりについては、 Trenberth ほか (2009)、Ohmura (2014) などの研究がある。 佐藤 (2019) の 図 9-8 (135ページ) は Trenberth ほか (2009) の結果を引用している。 ここでは、Wild ほか (2015) がまとめた数値を示す。 IPCC第6次評価報告書の第1部会の巻 (2021年, http://www.ipcc.ch/report/ar6/wg1/ ) の第7章の図7.2にもこの数値が採用されている。 図の立字体は、単位面積あたり・単位時間あたりのエネルギーの流れを、 乱流輸送、太陽放射、地球放射に分け、放射は上向き・下向きに分けて示す。 斜め字体は、大気のエネルギーの収支、 および地表面より下の海と陸を合わせたエネルギー収支を、 それぞれ、乱流輸送、太陽放射、地球放射に分けて示す。
定常状態では、大気上端、大気、地表面から下、それぞれの収支は合計すると0である。 Wild ほかの解析では、定常を前提としておらず、 しかも、エネルギーの流れの数値は、W/m2の整数の桁でまるめたため、 大気上端と地表面から下で 1 W/m2の収入超過になっている。 もうひと桁とって示せば、 地表面から下の部分に 0.7 W/m2のエネルギーの増加があり、 それは大気上端での不均衡でもある (大気にはほとんどたまりがない)とされている。
【なお、気候システムの下端 (海洋では海底、陸上では定義しにくいが土壌の下あたり) の エネルギーの流れは、地殻熱流量 (いわゆる「地熱」) があり、 火山や温泉などでは無視できないが、全地球平均すると 0.1 W/m2 程度である ([(気候システム論) 地球表層のエネルギー収支の主要な項])。 また、人工熱 (燃焼や原子核反応などによる他のエネルギーから熱への変換) も、 全地球平均で 0.02 W/m2 程度という見積もりがある ([(気候システム論) 人工排熱])。 いずれも量が小さいので、ここでは無視している。】
http://doi.org/10.2151/jmsj.2014-401http://doi.org/10.1175/2008BAMS2634.1https://doi.org/10.1007/s00382-014-2430-z