地球能量平衡、气候反馈与敏感性（IPCC AR6）

温室气体和气溶胶排放所带来的大气组分和土地利用变化，将会扰动地球能量平衡来影响气候，有效辐射强迫（effective radiative forcing, ERFs）能够用来量化这些扰动。平衡气候敏感性（equilibrium climate sensitivity, ECS)和瞬时气候响应（Transient climate response）是评估地球物理、生物地球物理和生物地球化学过程所带来的气候反馈的有用指标。

7.1 能量平衡框架：强迫与响应

强迫与响应能量平衡框架提供评估全球表面温度响应的各类驱动因素的效应，并促进理解温度响应量级的关键想想。自AR5开始，有效辐射强迫定义更加准确，被用来作为辐射强迫的中心定义，并在AR6扩展用来评估不同时间尺度和气候状态反馈的变异性。全球表面气温（global surface air temperature, GSAT）对如下线性能量平衡方程近似代表的能量不平衡所产生的扰动做出响应，其中ΔN表示大气顶层（top-of-atmosphere, TOA）净能量通量，ΔF代表有效辐射强迫ERF扰动，α表示净反馈参数，ΔT代表GSAT变化。

\Delta N = \Delta F + \alpha\Delta T\\ ERF( \Delta F; units:W m^{-2} )量化了外部扰动（如温室气体和气溶胶浓度变化，入射太阳辐射和土地利用变化）对能量净通量变化的影响，表征为经对流层和平流层温度、水蒸气、云层和地球表面特征调整后的净向下辐射通量的变化，比起平流层温度调整辐射强迫（SARF）或瞬时辐射强迫（IRF）更能表征气候变化对强迫物质的响应，且调整与GSAT变化无关。

反馈参数α (units: Wm^{-2}{ }^{\circ} C^{-1}) 量化净能量通量随GSAT的变化率，可以被分解成不同气候反馈过程的反馈参数并进行求和，因此：

\alpha=\Sigma_{x}{\frac{\delta N}{\delta x}\frac{dx}{dT}}\\

其中，x是各类能够直接影响能量平衡的地球系统变量；α主导了地球平衡GSAT对ERF的响应水平，作为负值，其绝对值越大，辐射响应越强，GSAT变化越小。

平衡气候敏感性ECS (units: {}^{\circ}C) 定义为大气CO2浓度从工业前浓度加倍后平衡状态GSAT的变化量，其中ERF值表示为 \Delta F_{2 \times CO_2}，此时 ECS=-\Delta F_{2 \times CO_2}/\alpha ，如下图a子图所示。平衡态意味着净能量通量均值为0的稳态，是多个世纪到上千年的气温响应。ECS排除了长期冰层响应（因为需要几千年才能达到稳态）。研究人员使用有效反馈参数或有效ECS来近似真实值，表示为ΔT对大气CO2浓度持续加倍的响应平均值，在下图b中，有效反馈参数即利用线性斜率估计，而ECS则是与ΔN=0的交点值，因此需要注意ECS和有效ECS的差异。