سطح زمین و هیدرولوژی مرتبط با آن چهارمین جزء سامانه‌ی آب و هوایی است. دمای هوای بالای سطح زمین با ترازنامه انرژی بالای سطح آن کنترل می‌شود. جذب تابش خورشیدی به میزان آلبدوی سطح اینکه برف-یخ- بیابان و یا پوشش گیاهی باشد، بستگی دارد؛ درحالی‌که اتلاف حرارت از طریق تبخیر به میزان آب ذخیره‌شده در پوشش گیاهی – خاک – دریاچه‌ها رودها یا آبهای زیرزمینی بستگی دارد. روند محاسبات، یک متغیر فوق‌العاده مهم در سامانه‌ی اقلیم است. ذوب پوشش برف در بهار یک نمونه از تأثیر آلبدو را نشان می‌دهد؛ درحالی‌که پوشش برف موجود تنها جذب بسیار اندکی از تابش خورشیدی را در سطح هوا خواهد داشت. در همان زمان گرما از سطح با تابش موج‌بلند و تصعید به جو از دست می‌رود؛ بنابراین گرمایی برای ذوب در دسترس نخواهد بود. بیلان حرارتی، پوشش یخی زمین را حفظ می‌کند. بنابراین اگر برف از سطح خاک برداشته شود، آلبدو از ۸۰ به ۲۰ درصد کاهش یافته و درنتیجه جذب تابش خورشیدی با فاکتور ضریب ۴ افزایش یافته و دمای سطحی بالا خواهد رفت. برای تعادل گرمای جذب شده‌ی اتلاف گرما از سطح با مقدار مشابهی افزایش یافته؛ لذا هوای مجاور سطح نیز به‌سرعت گرم می‌شود. در بیشتر قاره‌ها در بهار با افزایش تابش خورشیدی پوشش برف در یک بازه‌ی زمانی کوتاه و تنها در چند روز به‌سرعت ذوب می‌شود. تغییرات آلبدو در زمان تغییرات کاربری زمین نظیر جنگل‌زدایی یا از بین رفتن پوشش گیاهی براثر خشکسالی نیز رخ می‌دهد. شواهدی وجود دارد که خشکسالی‌های طولانی‌مدت در منطقه‌ی ساحل در دهه ۱۹۷۰ و ۱۹۸۰ فیدبک آلبدو پیچیده‌ای را به همراه داشتند.
در این حالت خشکسالی موجب افزایش بازتاب سطحی شد که بارش‌های بالقوه‌ی منطقه را کاهش داد. جزء نهایی مهم است سامانه‌ی آب و هوایی، زیست‌کره است. این جزء اساساً و به‌عنوان بخشی از فرآیند در ترکیب با جو است. در فرضیه‌ی گایا این مرحله طولانی‌تر است، با این پیشنهاد که زیست‌کره، اقلیم خود را از ابتدای تاریخ زمین به‌وسیله تغییر ترکیب جو تنظیم کرده است. قبلاً پیش‌تر شاهد بودیم کاربری زمین و پوشش گیاهی مرتبط با آن چگونه شرایط پس‌خور البدو را ایجاد می‌کنند. مثال دوم از این پس‌خور آلبدو در اقیانوس در ارتباط با کوکولیتها نوعی پلانکتون فرض شده است. این فیتوپلانگتونها به دلیل پوسته‌ی زمانی که در آبهای اقیانوس اطلس شمالی کربنات‌های خود در آب زندگی می‌کردند، نوعی پوسته‌ی گچی تولید کرده‌اند. با افزایش این تکه‌های گچی در اقیانوس، میزان آلبدوی سطح آب افزایش یافت؛ درنتیجه مقدار جذب تابش کم شده و از دمای آبهای سطحی کاسته شد. پوشش گیاهی نه‌تنها در بازخورد تابش اهمیت دارد بلکه دارای ظرفیت نگهداری خاک و آب و کنترل تراز انرژی سطح خاک و هوای بالای آن نیز هست. به عنوان مثلا جنگل‌های حاره‌ی بارانی اکوسیستمی هستند که در آنها آب و مواد غذایی به‌طور مؤثری بازیافت می‌شود. زمانی که جنگل از بین برود، آب به‌سرعت تبخیر شده و به دلیل خاکهای فقیر، منطقه به‌سرعت به سمت بیابانی شدن گرایش خواهد یافت.
در این بخش به‌طورکلی پنج جزء اصلی سیستم اقلیم و برهمکنش آنها بر یکدیگر بررسی شده است. برخی مواقع برهمکنش ممکن است دربردارنده‌ی تعامل بین دو جزء باشد برای مثال انسو تعامل بین اقیانوس حاره‌ای و جو است، ممکن است سه یا چهار مؤلفه نظیر زمین و هیدرولوژی آن، زیست کره‌ی سطح اقیانوس و جو در پدیدهای همچون خشکسالی‌های دهه‌ای ساحل دارای برهمکنش باشند. مدل ریاضی آب‌وهوا، قدرتمندترین ابزار مطالعه‌ی آب‌وهوا را فراهم می‌کند. اساس مدل مجموعه‌ای از معادلات است که فرآیندهای در حال وقوع در هر یک از اجزا را همراه با معادلات انتقال مقادیر بین هر جزء سیستم توصیف می‌کند. برای مثال انتقال تکانه یا مبادله‌ی دی‌اکسید کربن بین جو و اقیانوس برای مطالعه جنبه‌های مسئله تغییر آب‌وهوا استفاده می‌شود. علاوه بر این، مدل‌های صفحات یخ نیز توسعه‌یافته و در اعتبارسنجی نتایج مورداستفاده قرار می‌گیرند؛ البته اینکه بتوان به‌صراحت گفت این بدون نقص هستند، درست نیست اما از صحت کافی مدل‌ها کاملاً برای پیش‌بینی سامانه‌ی آب‌وهوا برخوردارند.
در حال حاضر شاید بخش بیوسفر به‌ویژه در اقیانوس‌ها کمتر بررسی و شناسایی شده باشد. پیچیدگی زیست‌شناسی دریایی و مشکل نمونه‌برداری مکانی و زمانی در ارتباط با کشتی‌ها و ماهواره‌ها اندازه‌گیری تغییرات سریع مرتبط با پلانکتونها را در سراسر کره زمین دشوارکرده است. این به آن معناست که در حال حاضر یک مدل سامانه‌ی اقلیمی کامل که تعامل تمام اجزای پنجگانه با یکدیگر را در بربگیرد، وجود ندارد و ما مجبور به استفاده از مدل‌های آب و هوایی هستیم که تنها شاید سه جزء سامانه را برای درک و شناخت تغییر اقلیم موردبررسی قرار می‌دهد. به‌طور خلاصه پیچیدگی ذاتی سامانه‌ی اقلیم نشان می‌دهد که مطالعه‌ی سامانمند تغییرات آب‌وهوا نیازمند روش‌های جدید و مشاهدات پایدار است که بتوانیم مقادیر کمی و علمی قابل‌اعتمادی را به دست آوریم که موجب پیش بینی‌هایی با دقت بالا شوند.
ادامه مطلب تغییر اقلیم
این مطلب اولین بار در ماهنامه علوم زمین و معدن به قلم سحر ملکی منتشر شده است.
