利用CERES(SYN)资料分析青藏高原云辐射强迫的时空变化

利用2001年11月—2005年10月"云与地球辐射能量系统(CERES)"辐射和云资料SYN(Syn-optic Radiation Fluxes and Clouds),分析了青藏高原(下称高原)地区不同高度云辐射强迫的时空变化特征。结果表明:(1)高原整体为云强迫正、负值的过渡区域,这种过渡性有显著的季节差异和区域划分。高原东南部表现出较强的冷却效应,其西部和东北部干旱区在冬、春季表现为较弱的加热效应。(2)高云、高的中云和低的中云对云短波辐射强迫的季节变化都有贡献,其中中云是导致区域差异的主要因素;云长波辐射强迫的区域差异不明显,但季节差异显著,这主要是由高的中云和高云的变化引起的,且云量是主要的影响因子,高云云量虽小但其影响不可忽视。(3)高云在高原地区产生净加热效应,高的中云既产生加热作用也产生冷却作用,低的中云产生净冷却效应。(4)云短波辐射强迫在云辐射强迫的日变化中仍然占主导地位,日变化的区域差异主要是由云量引起的。白天,在云短波辐射强迫的日变化中,低的中云贡献更大。高云对云长波辐射强迫的日变化贡献主要在晚上,低的中云在夜间对云长波辐射强迫有抑制作用。     

中国地区云对地气系统净辐射强迫的气候研究

本文利用地球辐射平衡试验（ERBE）和国际卫星云气候计划（ISCCP）提供的地气系统行星反射率，长波射出辐射（OLR）和云量资料，计算出中国地区年、月总云量对地气系统净辐射的强迫，分别讨论了其与总云量及地气系统晴天净辐射的关系。结果表明：地气系统净辐射云强迫与总云量有较好的抛线物关系，各月净辐射云强迫与地气系统晴天净辐射的曲线相关也很明显，如以曲线上净辐射云强迫为零时的晴天净辐射值代表各月曲线位置，则该值随天文辐射作规律性季节变化。地气系统净辐射云强迫的地理分布与总云量及地气晴天净辐射分布有关，其在各地的年变化则主要由天文因素及雨季进行退决定。     

中国地区云对地气系统长波射出辐射(OLR)强迫的气候研

本文利用地球辐射平衡试验(ERBE)和国际卫星云气候计划(ISCCP)提供的地气系统长波射出辐射(OLR)和云量资料，计算并讨论了我国各季和年平均云量对地气系统OLR的强迫及其所产生的温室效应。结果表明我国各季的OLR云强迫与总云量、高云量都有较好的相关，且季节变化明显；OLR云强迫和云温室效应的地理分布受云量和云状的影响较大，它们的年变化一般呈弱双峰型，峰值在春、夏季出现。     

中国地区云对地气系统太阳短波吸收辐射强迫的气候研究

本文利用地球辐射平衡试验（ＥＲＢＥ）和国际卫星云气候计划（ＩＳＣＣＰ）提供的总云量、行星反射率资料,计算并分析了我国年、月平均云对地气系统太阳短波吸收辐射的强迫及其敏感性系数,揭示了它们之间的关系,最后绘制了地气系统短波辐射云强迫的全国分布图。结果表明：我国地气系统短波辐射云强迫及其敏感性系数都与总云量有较好的非线性相关,呈幂指数形式,且季节变化明显。短波辐射云强迫的地理分布与总量配合较好。     

青藏高原云对地气系统净辐射强迫的气候研究

利用地球辐射平衡试验（ＥＲＢＥ）和国际卫星云气候计划（ＩＳＣＣＰ）提供的地气系统行星反射率、长波射出辐射（ＯＬＲ）和云量资料,计算了青藏高原地区云对地气系统净辐射的强迫,并讨论其与总云量及地气系统晴天净辐射的关系。结果表明：高原各季净辐射云强迫与总云量有较好的非线性关系,其中以暖季更明显;各月净辐射云强迫与地气系统晴天净辐射的曲线相关很明显,各条曲线均存在一个与净辐射云强迫零值相对应的晴天净辐射值     

中国东部和印度季风区云辐射特性的比较

基于 ＩＳＣＣＰ和 ＥＱＢＥ资料,本文比较了中国东部和印度季风区的云和云辐射强迫的气候特征。虽然它们同属于亚洲季风区,并且有相似的降水季节特征,但它们各自的云和云辐射强迫特征差异很大。在印度区域,所有的云量有着相同的季节变化,最大云量分布都出现在夏季,且总云量中以高云量为主。而中国东部云量的季节变化都比较复杂,在总云量中以中、低云量为主,最大总云量出现在春季。冬季的总云量和中、低云量要大于夏季。在全球云量分布中,中国东部最典型的特征是：该地区为全球最大的雨层云覆盖区。与云的分布和变化相关,印度季风区最大的负短波云辐射强迫,最大的正的长波辐射强迫和最大的负的净云辐射强迫发生在夏季,而在中国东部,大的负的短波云辐射强迫发生在春夏之交。年平均的负的短波云辐射强迫在中国东部地区明显要大于在印度季风区。     

一个海气耦合模式模拟的云辐射过程

利用NCC/IAP T63海气耦合模式进行了20 a积分,详细分析了模式对云量及其辐射影响的模拟能力。结果表明,模式能够模拟出云量分布的基本特征,但同ISCCP卫星观测资料及ERA再分析资料相比还存在较大的差距,总体表现为模拟的云量偏小,尤其是海洋上部分地区出现了异常的低值区。通过对云量方案的改进,明显改善了两大洋东岸、夏半球副热带到中纬度海洋上空低云的模拟。但模式对热带印度洋到西太平洋地区云量的模拟仍然存在明显的偏差,这主要是由于模式对该地区强对流云模拟能力差,造成该地区高云模拟存在较大的误差。对辐射及其云辐射强迫的分析表明,模式对长波及其云辐射强迫的模拟要明显好于短波。短波辐射模拟的偏差主要是由于短波云辐射强迫模拟过小、耦合模式对积雪和海冰模拟较差、以及未考虑气溶胶的影响等原因共同引起的;而长波辐射模拟的差距主要是云量以及下垫面温度模拟不足造成的。相应于云量方案的改进,两大洋东岸、夏半球副热带到中纬度海洋上辐射(尤其是短波辐射)的模拟有了明显的改善,这也明显改进了这些地区的净辐射模拟。     

青藏高原云对地气系统短波吸收辐射强迫的气候研究

利用地球辐射平衡试验（ＥＲＢＥ）和国际卫星云气候计划（ＥＳＣＣＰ）提供的总云量、得星反射率资料,计算并分析了青藏高原地气系统年、月平均云对太阳短波吸收辐射的强迫,揭示了其与总云量的关系。结果表明：高原的短事射云强迫与总云量有较好的非线性相关,呈幂指数形式,且季节变化明显;短波辐射云强迫的地理分布与高原云的分产好,高原主体和北部是短波辐射云强迫的低值区,高原东南部和西部边缘迎风部位为强迫的高值区。     

青藏高原地气系统云辐射强迫的气候学特征

利用ＥＲＢＥ－Ｓ４和ＩＳＣＣＰ－Ｃ２月平均资料着重分析了青藏高原这一特殊气候区域地气系统云辐射强拓的气候学特征，分析结果表明，冬，夏季云对气系统辐射强迫的场分布形势有明显的差异，对于地气系统长波辐射，冬季高原主体云强迫高值区，夏季云强迫空间变化平缓，高原主体平均云的温室效应春季最大，秋季最小，云使地气系统射出长波辐射年平均减少４５．６Ｗ／ｍ＾２对于地气系统短波辐射，冬季高原地区云强迫相对高值区，夏     

一维辐射对流模式对云-辐射强迫的数值模拟研究

利用一维辐射－对流气候模式, 详细研究了云量、云光学厚度以及云高等要素的变化对大气顶和地面太阳短波辐射和红外长波辐射通量以及云的辐射强迫的影响, 给出了计算这些物理量的经验拟合公式。结果表明, 云具有极为重要的辐射－气候效应。云量、云光学厚度以及云高即使只有百分之几的变化, 所带来的辐射强迫也可以与大气二氧化碳浓度加倍所产生的辐射强迫（3.75 W/m2）相比拟。例如, 当分别给它们+3%的扰动时, 即取云量变化0.015, 云光学厚度变化0.27, 以及云高变化0.15 km时（在实际的地球大气中, 这种尺度的变化是完全可能发生的）, 那么,可以得到地气系统的太阳短波辐射强迫-3.10 W/m2以及红外长波辐射强迫-1.77 W/m2, 二者之和为-4.78 W/m2, 已经完全可以抵消大气二氧化碳浓度加倍所产生的辐射强迫。但是, 当云量、云光学厚度以及云高向相反方向产生类似扰动时, 所产生的辐射强迫可能极大地放大二氧化碳浓度增加所产生的增强温室效应。因此, 研究结果揭示出, 不管是为了解释过去的气候变化, 还是预测未来的气候变化, 亟待加强在一个变化了的气候环境（例如地面温度升高）下, 云将发生何种变化的研究。     

青藏高原地区云对地表净辐射的影响

利用１９８２年８月－１９８３年７月青藏高原地面热源观测实验资料，分析了云量，云状对地表净辐射的影响，计算了与云对地表净辐射强迫作用有关的参数。研究表明：地表净辐射是云量的线性函罢 ２对地表净辐射的影响有明显的季节性差异，在春季和夏季，云对地表净辐射的影响非常强烈，并且地表净辐射随云量的增多而减小，在秋季和冬季，云对地表净辐的影响较小，并且地表净辐射随云量的增多百增大。     

Assessment of the first indirect radiative effect of ammonium-sulfate-nitrate aerosols in East Asia

A physically based cloud nucleation parameterization was introduced into an optical properties/radiative transfer module incorporated with the off-line air quality modeling system Regional Atmospheric Modeling System (RAMS)-Models-3 Community Multi Scale Air Quality (CMAQ) to investigate the distribution features of the first indirect radiative effects of sulfate, nitrate, and ammonium-sulfate-nitrate (ASN) over East Asia for the years of 2005, 2010, and 2013. The relationship between aerosol particles and cloud droplet number concentration could be properly described by this parameterization because the simulated cloud fraction and cloud liquid water path were generally reliable compared with Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) retrieved data. Simulation results showed that the strong effect of indirect forcing was mainly concentrated in Southeast China, the East China Sea, the Yellow Sea, and the Sea of Japan. The highest indirect radiative forcing of ASN reached ?3.47 W m^?2 over Southeast China and was obviously larger than the global mean of the indirect forcing of all anthropogenic aerosols. In addition, sulfate provided about half of the contribution to the ASN indirect forcing effect. However, the effect caused by nitrate was weak because the mass burden of nitrate was very low during summer, whereas the cloud fraction was the highest. The analysis indicated that even though the interannual variation of indirect forcing magnitude generally followed the trend of aerosol mass burden from 2005 to 2013, the cloud fraction was an important factor that determined the distribution pattern of indirect forcing. The heaviest aerosol loading in North China did not cause a strong radiative effect because of the low cloud fraction over this region.     

Cloud albedo feedback and the super greenhouse effect in a global coupled GCM

Two competing cloud-radiative feedbacks identified in previous studies i.e., cloud albedo feedback and the super greenhouse effect, are examined in a sensitivity study with a global coupled ocean-atmosphere general circulation model. Cloud albedo feedback is strengthened in a sensitivity experiment by lowering the sea-surface temperature (SST) threshold in the specified cloud albedo feedback scheme. This simple parameterization requires coincident warm SSTs and deep convection for upper-level cloud albedos to increase. The enhanced cloud albedo feedback in the sensitivity experiment results in decreased maximum values of SST and cooler surface temperatures over most areas of the planet. There is also a cooling of the tropical troposphere with attendant global changes of atmospheric circulation reminiscent of those observed during La Niña or cold events in the Southern Oscillation. The strengthening of the cloud albedo feedback only occurs over warm tropical oceans (e.g., the western Pacific warm pool), where there is increased albedo, decreased absorbed solar radiation at the surface, stronger surface westerlies, enhanced westward currents, lower temperatures, and decreased precipitation and evaporation. However, the weakened convection over the tropical western Pacific Ocean alters the large-scale circulation in the tropics such that there is increased upper-level divergence over tropical land areas and the tropical Indian Ocean. This results in increased precipitation in those regions and intensified monsoonal regimes. The enhanced precipitation over tropical land areas produces increased clouds and albedo and wetter and cooler land surfaces. These additional contributions to decreased absorbed solar input at the surface combine with similar changes over the tropical oceans to produce the global cooling associated with the stronger cloud albedo feedback. Increased low-level moisture convergence and precipitation over the tropical Indian Ocean enhance slightly the super greenhouse effect there. But the stronger cloud albedo feedback is still the dominant effect, although cooling of SSTs in that region is less than in the tropical western Pacific Ocean. The sensitivity experiment demonstrates how a regional change of radiative forcing is quickly transmitted globally through a combination of radiative and dynamical processes in the coupled model. This study points to the uncertainties involved with the parameterization of cloud albedo and the major implications of such parameterizations concerning the maximum values of SST, global climate sensitivity, and climate change.Support is provided by the Office of Health and Environmental Research of the U.S. Department of Energy, as part of its Carbon Dioxide Research Program.The National Center for Atmospheric Research is sponsored by the National Science Foundation.     

BCC_AGCM2.1对中国东部地区云辐射特征模拟的偏差分析

通过与观测及再分析资料的对比,评估了中国国家气候中心大气环流模式BCC_AGCM 2.1对中国东部地区云辐射特征的模拟性能,并着重分析了模拟偏差的原因.在云辐射特征的基本气候态模拟方面,模式能大致再现中国东部中纬度层状云大值带,以及层状云冷季多、暖季少的季节特征,模拟的短波云辐射强迫也具有与观测相对应的季节变化特征.在云辐射强迫和地面温度相互影响过程的模拟方面,模式也能模拟出与观测相近的相互作用过程,即地面温度降低伴随着层状云云量增多以及负的净云辐射强迫加强,升温时层状云云量减少和净云辐射强迫减弱.但模式模拟的大陆层状云云量系统性偏少(尤其在冷季),使得模式在该处的短波云辐射强迫明显偏弱.初步分析表明,造成层状云模拟差异的主要原因是在中国西南地区对流层低层模式模拟的偏南气流明显偏弱以及陆-气潜热通量偏小.偏南气流偏弱导致低层散度和垂直运动条件不利于中层云的形成.同时偏南气流偏弱也不利于向西南地区的水汽输送,再加上模式模拟地表向上潜热通量偏小,这二者都使得模式模拟中国西南区域对流层低层的水汽含量严重偏少,相对湿度偏低,同样不利于层状云生成和发展.水汽偏少进一步导致在冷异常情况下青藏高原下游云辐射-地表温度反馈模拟偏弱,即呈现冷异常时,水汽条件偏弱限制了云量增加,弱化了进一步降低温度的反馈过程.     

局地云量变化气候效应的数值模拟

本文用统计得到的东半球夏季平均云量资料，利用改进的云－辐射计算模式，在三维有限区域模式中模拟局地云量变化的气候效应。模拟结果表明，高原地区和热带辐合带云量变化造成的气候效应都主要表现在青藏高原地区。在低反照率时，高原地区云量减少使该地区地表加热，引起高低空气压系统加强；高反照率时结果相反。热带辐合带云量减少会引起青藏高原地区降温和气压系统减弱。     

新旧两个版本GAMIL模式对1997/98强E1 Ni(n)o年西太平洋暖池区独特云辐射强迫特征的数值模拟

1997/98年强E1 Ni(n)o背景下西太平洋暖池区云辐射强迫的变化,表现出诸多不同于以往的特征,已经成为检验气候模式性能的一个重要标准.本文基于卫星资料,分析了大气环流模式GAMIL1.0和2.0版对上述现象的模拟能力.结果表明,GAMIL1.0模式对热带地区云辐射特征分布,尤其对西太平洋暖池区的长(短)波云辐射...     

巨核对暖云降水影响的模拟研究

利用耦合了新的暖云参数化方案的中尺度模式(MM5),研究了暖云降水中巨核的作用.在这个暖云方案里,先假定一个三模态的气溶胶正态对数分布,然后考虑对流、扩散、云滴和雨滴的核化(非核化)过程,再由气溶胶质量的预报量显式地计算出气溶胶的数浓度.选择了华北地区2005年6月25～26日的一次弱冷锋过程,并以此研究了巨核对云和降...     

中国地区气溶胶的辐射强迫及其气候响应试验

根据国内测定的排放因子数据和国家、部委及各省市统计年鉴公布的排放源数据,得到的中国大陆的1°×1°网格精度的SO2的排放分布,计算了中国地区人为扰动气溶胶的辐射强迫。应用近期开发的二维能量平衡模式计算了由该种气溶胶所引起的中国地区地面温度变化。模式结果表明,最大辐射强迫和最大地面温度变化都集中在中国的沿海和四川地区。最大辐射强迫达3 W/m2。     

The role of ENSO in global ocean temperature changes during 1955–2011 simulated with a 1D climate model

Global average ocean temperature variations to 2,000 m depth during 1955–2011 are simulated with a 40 layer 1D forcing-feedback-mixing model for three forcing cases. The first case uses standard anthropogenic and volcanic external radiative forcings. The second adds non-radiative internal forcing (ocean mixing changes initiated in the top 200 m) proportional to the Multivariate ENSO Index (MEI) to represent an internal mode of natural variability. The third case further adds ENSO-related radiative forcing proportional to MEI as a possible natural cloud forcing mechanism associated with atmospheric circulation changes. The model adjustable parameters are net radiative feedback, effective diffusivities, and internal radiative (e.g., cloud) and non-radiative (ocean mixing) forcing coefficients at adjustable time lags. Model output is compared to Levitus ocean temperature changes in 50 m layers during 1955–2011 to 700 m depth, and to lag regression coefficients between satellite radiative flux variations and sea surface temperature between 2000 and 2010. A net feedback parameter of 1.7Wm^?2 K^?1 with only anthropogenic and volcanic forcings increases to 2.8Wm^?2 K^?1 when all ENSO forcings (which are one-third radiative) are included, along with better agreement between model and observations. The results suggest ENSO can influence multi-decadal temperature trends, and that internal radiative forcing of the climate system affects the diagnosis of feedbacks. Also, the relatively small differences in model ocean warming associated with the three cases suggests that the observed levels of ocean warming since the 1950s is not a very strong constraint on our estimates of climate sensitivity.