RegCM4对中国东部区域气候模拟的辐射收支分析

利用卫星和再分析数据,评估了区域气候模式Reg CM4对中国东部地区辐射收支的基本模拟能力,重点关注地表净短波(SNS)、地表净长波(SNL)、大气顶净短波(TNS)、大气顶净长波(TNL)4个辐射分量。结果表明:1)短波辐射的误差值在夏季较大,而长波辐射的误差值在冬季较大。但各辐射分量模拟误差的空间分布在冬、夏季都有较好的一致性。2)对于地表辐射通量,SNS表现为正偏差(向下净短波偏多),在各分量中误差最大,区域平均误差值近50 W/m2;SNL表现为负偏差(向上净长波偏多);对于大气顶辐射通量,TNS和TNL分别表现为"北负南正"的误差分布和整体正偏差。3)利用空间相关和散点线性回归方法对4个辐射分量的模拟误差进行归因分析,发现在云量、地表反照率、地表温度三个直接影响因子中,云量模拟误差的贡献最大,中国东部地区云量模拟显著偏少。     

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.     

辐射和积云对流过程对大气辐射通量的影响

基于中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室发展的全球大气环流谱模式(SAMIL-R42L26),研究了澳大利亚气象局研究中心(BMRC)新辐射方案和新Zhang-McFaflane积云对流方案对大气辐射通量模拟的影响.新辐射方案相比原辐射方案在辐射计算光谱分辨率、气体吸收和计算效率等方面作了很多改进,其对大气辐射通量的模拟能力相应提高.在晴空条件下,大气顶出射长波、大气吸收短波和地表入射短波等与观测的偏差较原辐射方案明显减小,尤其是在对流活跃区域.在云天条件下大气辐射通量与观测的偏差也较原辐射方案减小,但其偏差依然较大,这与模式中积云对流参数化方案模拟能力不足引起的辐射通量偏差有关.为此,换用了新Zhang-McFarlane积云对流方案,其结果表明,对流活跃区水汽含量显著增加,原对流方案中偏强的"双赤道辐合带"现象明显减弱,赤道辐合带地区的大气辐射通量偏差有明显减小,在海洋地区晴空大气顶出射长波和地表入射短波的量值及空间分布均接近观测结果,同时大气顶全球平均能量收支的年变化和观测结果趋于一致,其中模拟的伞球年平均大气顶能量收支和观测的偏差不到0.6 W/m2.试验结果同时表明,在未来研究中引入气溶胶分布、调整相关的云物理和陆面过程等物理参数化方案是进一步提高SAMIL-R42L26辐射通最模拟性能的关键.     

干旱区陆面过程模型参数优化和地气相互作用特征的模拟研究

依据干旱区陆地下垫面观测结果, 对陆面过程模式Common Land Model (CoLM) 中反照率、 粗糙度长度和土壤热力性质3个方面的参数进行了优化, 并按照不同的参数组合形式设计了为加深理解干旱区地气相互作用的控制试验和研究重要参数影响的敏感性试验, 对敦煌戈壁2000年5月～2004年7月的陆面过程进行了离线 (off-line) 数值模拟分析。控制试验结果表明: 优化参数的模式在干旱区得到了更好的模拟性能, 对地表和深层土壤温度、 净短波辐射、 净长波辐射以及感热通量的模拟能力较原模式有了明显的提高。敏感性试验的结果表明: 地表温度在全年对反照率都比较敏感, 春季和夏季更为显著; 粗糙度长度和土壤热力性质分别在春夏和秋冬对地表温度有较大影响; 感热通量对反照率和粗糙度长度在夏半年比较敏感, 而土壤热力性质对感热通量的影响并不明显。对敏感性试验的结果进一步分析发现: 原模式在计算地表温度、 净辐射和感热通量的过程中存在不同形式的误差抵消的现象, 这就会掩盖模式的模拟误差, 优化参数的模式可以更好的反映干旱区地气相互作用的物理过程。针对模式输出的感热通量和地表热通量的分析发现: 感热通量的季节变化明显, 全年都有由地表向上的感热通量输送, 夏季尤为显著; 相对于感热通量而言, 潜热通量量级很小可以忽略不计。夏季, 净辐射的能量大部分以感热通量的形式返回大气, 其余的能量以地表热通量的形式进入土壤并贮存, 夏季土壤为热汇; 冬季, 夏季贮存的能量又由土壤返回大气, 此时土壤为热源。     

珠峰北坡地区地表辐射和能量季节变化的初步分析

对青藏高原地区地表能量的研究是一个十分重要的问题.利用中国科学院珠穆朗玛峰大气与环境综合观测研究站2006年5月至2007年4月一年的观测资料,分析了青藏高原珠峰地区的地表能量,即净辐射通量、感热通量、潜热通量和土壤热通量,得到了一些有关珠峰地区地表能量的结果,即太阳总辐射、大气长波辐射、地面长波辐射和净辐射呈现出明显的年变化特征,净辐射、感热通量、潜热通量和土壤热通量得到的日变化是很明显的.并且讨论了计算地表能量通量的方法及其优缺点.     

藏东南草地下垫面地气通量交换日变化的数值模拟

利用2013年5月21日至7月9日藏东南地区草地下垫面的边界层观测数据,分别从典型晴天和长时间平均的角度,评估了中尺度模式WRF对藏东南草地下垫面在南亚季风爆发前后的感热、潜热、地表土壤热通量和地表辐射平衡各分量日变化的模拟能力,对比分析了模拟结果与边界层观测数据的异同点。对典型晴天少云状况的个例模拟和整个时段的平均结果分析均表明,模式对感热通量和潜热通量的日变化具有较好的模拟能力,感热比潜热的模拟效果好,在夜间感热和潜热的模拟效果好,而白天感热和潜热的模拟值大于观测值。典型晴天天气下的向下短波辐射和净辐射的模拟值与观测值基本一致,而向上短波辐射的模拟值在白天大于观测值。长时间平均的向下短波辐射、向上短波辐射和净辐射的模拟值在夜间也与观测数据基本一致,但在白天模拟值比观测值明显偏大。晴天个例和长时间模拟的向下长波辐射和向上长波辐射的模拟值在日循环整个过程中较观测值均偏小。长时间模拟的地表土壤热通量在早上和晚上低于观测值,而在白天高于观测值。虽然平均的结果分析和晴天个例的结果是类似的,但由于晴天个例没有降水过程的干扰,因此晴天天气状态下的分析结果更能一致地反映出这一地区的日变化特征。     

10层陆面过程模式及其Offline独立试验

利用西伯利亚地区的一个试验点资料和1998年中国淮河流域试验（HUBEX）的加密观测资料，对一个新发展的陆面过程模式进行了模拟检验。西伯利亚地区的单点试验表明，不同时间间隔的边界强迫对地表吸收的净短波辐射和释放的潜热影响较大。淮河流域的模拟结果表明，模式能够较好地模拟出我国夏季半湿润地区陆面特征量的变化趋势。由于模式模拟的地温偏低、净短波辐射偏小。所以模拟的感热和潜热值偏小。对该模式在淮河流域的植被、土壤等参数的合理选取可能会提高模式的模拟效果。     

基于RegCM4.6的中国地区云对地表太阳辐射的影响研究

使用RegCM4.6区域气候模式，选取Emanuel和Mix（Grell+Emanuel）两种积云对流参数化方案，以2016年为例，分别对中国地区云短波辐射强迫及其涉及的物理量进行数值模拟，揭示其时空分布特征，并探究两种积云对流参数方案模拟效果的差异及其原因。结果表明：从季节平均来看，全国地表云短波辐射强迫均为负值，云对地表为冷却效应，冬季最小，春夏季较大。塔里木盆地四季均为辐射强迫低值区，夏季冷却效应最弱，辐射强迫绝对值低于40 W·m-2；全天空地表净短波辐射分布也呈显著季节差异，除夏季外均呈由南向北逐渐递减的分布趋势；晴空地表净短波辐射在横断山脉处和塔里木盆地处均比较低，其中春季最为明显；两个方案所得的季节空间分布特征大致相同，但在数值上存在差异。春季时全国大部分地区全天空地表净短波辐射通量差异最大，在55 W·m-2左右，晴空地表净短波辐射通量在青藏高原处差异在60W·m-2左右。     

青藏高原中部季节冻土区地表能量通量的模拟分析

利用“全球协调加强观测计划之亚澳季风青藏高原试验(CAMP/Tibet)”中那曲地区BJ站2002年8月1日\_2003年8月31日的观测资料作为水热耦合模式(Simultaneous Heat and Water, SHAW)的强迫场,对青藏高原中部季节冻土区地表能量通量特征进行了单点模拟研究。通过对实测值与模拟结果的对比分析,发现SHAW模式能较成功地模拟该地区地表能量通量特征, 短波净辐射和长波净辐射的模拟值与观测值吻合较好, 净辐射和土壤热通量在夏半年的模拟值与观测值也吻合,但相对夏\, 秋季而言,它们在冬\, 春季的模拟值较观测值略偏大。模拟的感热和潜热通量的季节变化比较合理,由模拟的感热和潜热通量计算的Bowen比能较好地解释不同季节太阳辐射的能量转化。     

黄河源区玛曲土壤冻融过程中地表水热交换特征分析

土壤冻融过程显著影响地表含水量和能量收支变化。利用玛曲2017年8月至2018年7月的土壤温度/湿度、涡动观测资料以及公用陆面模式(Community Land Model,CLM)最新版本CLM5.0的模拟资料,其中冻结过程阶段的辐射和能量通量使用模式模拟的数据,通过分析土壤冻融过程中土壤温湿度、地表能量平衡各分量的时间演变特征,探讨冻融过程中地表水热交换的特征。数据分析表明：(1)土壤冻融过程包括冻结过程、完全冻结、消融过程及完全消融四个阶段,各阶段中的土壤温度/湿度、辐射和能量通量存在明显的日变化,在冻结过程和消融过程阶段,土壤湿度随土壤温度变化显示出明显的日冻融循环。(2)冻融过程通过影响表层土壤水分影响地表辐射收支和能量分配。冻融过程中土壤中的水相变为冰,改变下垫面性质影响地表辐射收支。土壤中的液态水通过相变影响地表潜热通量,完全消融(冻结)阶段,地气之间能量交换以潜热(感热)通量为主。相比于以潜热通量为主的冻结过程阶段,消融过程阶段净辐射通量逐渐增大,地气之间能量交换主要受感热通量影响。土壤中水分的昼融夜冻导致频繁的潜热通量释放影响地表热通量。土壤热通量在冻结过程(G     

ENERGY BUDGET BIAS IN GLOBAL COUPLED OCEAN-ATMOSPHERE-LAND MODEL*

The energy budget of the two versions of the GOALS model (GOALS-1.1 and GOALS-2) is described and compared to observational estimates.The results illustrate that the simulated surface net shortwave radiation flux is underestimated in the high-latitude regions while the surface net longwave radiation flux is substantially overestimated in that region,which results in the lower surface air temperature (SAT) of the polar region and the stronger negative sensible heat flux in high latitudes.The overestimated sensible heat flux from surface to atmosphere in the continents causes the much warmer SAT centers,which may be the reason for the bias of the model SAT. The bias that the simulated precipitation is less than observation in most regions is closely related to the underestimated latent heat flux over most of the Eurasian Continent and the oceans, especially over the subtropical oceans.It can be seen that the bias in the OLR of the two models lies in low and middle latitudes,where the absorbed solar shortwave radiation flux at the top of the atmosphere is comparable to the NCEP reanalysis,but much less than ERBE data.This indicates that the improvement of cloud-radiation parameterization scheme in low and middle latitudes is of critical importance to the simulation of global energy budget.The simulated cloud cover from the GOALS-2 model with diagnosed cloud scheme is generally less except at equatorial areas, especially in the mid-latitude areas,which causes the large bias of energy budget there.It is suggested that the refinement of cloud parameterization is one of the most important tasks in the model's future development.     

南海夏季风爆发前后海-气界面热交换特征

文中利用 2 0 0 0与 2 0 0 2年二次南海海 气通量观测资料和同期西沙站资料 ,研究了南海夏季风爆发前后海洋表面热收支变化特征。研究表明 :南海夏季风爆发前后 ,影响海面热收支变化的主要分量是净短波辐射通量和潜热通量 ,在季风爆发前后不同阶段 ,二个分量的变化有不同表现形式 ,但不论二者如何变化 ,季风爆发与活跃期 ,海面热收入减小或为净支出 ;季风爆发前及中断期间 ,海面热收入逐渐增加 ;由于大的热惯性 ,海温变化落后于海面热收支的变化 ,海温的这种滞后效应通过影响潜热通量调节海面热收支的变化 ,又反过来影响自身的变化 ,形成短期振荡过程 ,这种振荡过程与季风的活跃、中断过程相对应。     

Asymmetry of surface climate change under RCP2.6 projections from the CMIP5 models

The multi-model ensemble (MME) of 20 models from the Coupled Model Intercomparison Project Phase Five (CMIP5) was used to analyze surface climate change in the 21st century under the representative concentration pathway RCP2.6, to reflect emission mitigation efforts. The maximum increase of surface air temperature (SAT) is 1.86°C relative to the pre-industrial level, achieving the target to limit the global warming to 2°C. Associated with the “increase-peak-decline” greenhouse gases (GHGs) concentration pathway of RCP2.6, the global mean SAT of MME shows opposite trends during two time periods: warming during 2006–55 and cooling during 2056–2100. Our results indicate that spatial distribution of the linear trend of SAT during the warming period exhibited asymmetrical features compared to that during the cooling period. The warming during 2006–55 is distributed globally, while the cooling during 2056–2100 mainly occurred in the NH, the South Indian Ocean, and the tropical South Atlantic Ocean. Different dominant roles of heat flux in the two time periods partly explain the asymmetry. During the warming period, the latent heat flux and shortwave radiation both play major roles in heating the surface air. During the cooling period, the increase of net longwave radiation partly explains the cooling in the tropics and subtropics, which is associated with the decrease of total cloud amount. The decrease of the shortwave radiation accounts for the prominent cooling in the high latitudes of the NH. The surface sensible heat flux, latent heat flux, and shortwave radiation collectively contribute to the especial warming phenomenon in the high-latitude of the SH during the cooling period.     

The disposition of radiative energy in the global climate system: GCM-calculated versus observational estimates

 A comprehensive dataset of direct observations is used to assess the representation of surface and atmospheric radiation budgets in general circulation models (GCMs). Based on combined measurements of surface and collocated top-of-the-atmosphere fluxes at more than 700 sites, a lack of absorption of solar radiation within the atmosphere is identified in the ECHAM3 GCM, indicating that the shortwave atmospheric absorption calculated in the current generation of GCMs, typically between 60 and 70 Wm^-2, is too low by 10–20 Wm^-2. The surface and atmospheric radiation budgets of a new version of the Max-Planck Institute GCM, the ECHAM4, differ considerably from other GCMs in both short- and longwave ranges. The amount of solar radiation absorbed in the atmosphere (90 Wm^-2) is substantially larger than typically found in current GCMs, resulting in a lower absorption at the surface (147 Wm^-2). It is shown that this revised disposition of solar energy within the climate system generally reduces the biases compared to the observational estimates of surface and atmospheric absorption. The enhanced shortwave absorption in the ECHAM4 atmosphere is due to an increase in both simulated clear-sky and cloud absorption compared to ECHAM3. The increased absorption in the cloud-free atmosphere is related to an enhanced absorption of water vapor, and is supported in stand-alone comparisons of the radiation scheme with synchronous observations. The increased cloud absorption, on the other hand, is shown to be predominantly spurious due to the coarse spectral resolution of the ECHAM4 radiation code, thus providing no physical explanation for the “anomalous cloud absorption” phenomenon. Quantitatively, however, an additional increase of atmospheric absorption due to clouds as in ECHAM4 is, at least at low latitudes, not in conflict with the observational estimates, though this does not rule out the possibility that other effects, such as highly absorbing aerosols, could equally contribute to close the gap between models and observations. At higher latitudes, however, the increased cloud absorption is not supported by the observational dataset. Overall, this study points out that not only the clouds, but also the cloud-free atmosphere might be responsible for the discrepancies between observational and simulated estimates of shortwave atmospheric absorption. The smaller absorption of solar radiation at the surface in ECHAM4 is compensated by an increased downward longwave flux (344 Wm^-2), which is larger than in other GCMs. The enhanced downward longwave flux is supported by surface measurements and by a stand-alone validation of the radiation scheme for clear-sky conditions. The enhanced flux also ensures that a sufficient amount of energy is available at the surface to maintain a realistic intensity of the global hydrological cycle. In contrast, a one-handed revision of only the shortwave radiation budget to account for the increased shortwave absorption in GCM atmospheres may induce a global hydrological cycle that is too weak. Received: 26 February 1998 / Accepted: 18 May 1998     

两种对流参数化方案对辐射能量收支的影响研究

利用中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室的格点大气环流模式(GAMIL)1.0版设计了两组数值模拟实验来研究两种不同的对流参数化方案对辐射能量收支的影响.这两种对流参数化方案分别是:Zhang and McFarlance/Hack方案(简称ZM)和Tiedtke/Nordeng方案(简称 TN).对应的数值模拟实验分别取名为EX-ZM和EX-TN.通过对实验结果的分析表明:在对流过程中,EX-ZM允许深对流和浅对流同时发生,因此两种对流同时在模式低层消耗了更多的水汽,释放了更多的潜热,引起了更大的增温;EX_TN每次只允许一种对流发生,也就避免了不同类型的对流在同一层同时消耗水汽的现象.因此对流过后,EX-ZM的环境空气相对湿度较小,而EX-TN周围空气的相对湿度较大,有利于低云云量的生成和大尺度的凝结,因此EX-TN模拟的低云云量偏多,低层的云水含量偏高,模式低层的云光学厚度偏大,这就使得EX_TN中更多的太阳短波辐射通量被云反射掉,严重低估了模式对短波波段的辐射通量的模拟.此外,不同的对流参数化方案通过改变云的长波发射率和降水,进而影响了模式对长波波段的辐射通量、感热和潜热通量的模拟.     

IAP/LASG全球海-陆-气耦合系统模式的纬向平均大气气候态分析

分海洋和陆地两种情况来讨论IAP／LASG全球海－陆－气耦合系统模式（GOALS）四个版本的结果，并与观测资料进行对比分析，一些重要的大气变量包括表面空气温度，海平面气压和降水率用来评估GOALS模式模拟当代气候和气候变率的能力，总的来说，GOALS模式的四个版本都能够合理地再现观测到的平均气候态和季节变化的主要特征，同时评估也揭示了模式的一些缺陷，可以清楚地看到模拟的全球平均海平面气压的主要误差是在陆地上，陆地上表面空气温度模拟偏高主要是由于陆南过程的影响，值得注意的是降水率模拟偏低主要是在海洋上，而中高纬的陆地降水在北半球冬天却比观测偏高。通过模式不同版本之间的相互比较研究，可以发现模式中太阳辐射日变化物理过程的引入明显地改善了表面空气温度的模拟，尤其是在中低纬度的陆地上，太阳辐射日变化的引入对热带陆地的降水和中高纬度的冬季降水也有较大改进。而且，由于使用了逐日通量距平交换方案（DFA），GOALS模式新版本模拟的海洋上的温度变率在中低纬度有了改善。比较观测和模拟的年平均表面空气温度的标准度，可以发现GOALS模式四个版本都低估了海洋和陆地上的温度变率，中还对影响观测和模拟温度变率差异的可能原因进行了探讨。     

Influences of Two Convective Schemes on the Radiative Energy Budget in GAMIL1.0

The Grid-point Atmospheric Model of IAP LASG version 1.0 (GAMIL1.0) is used to investigate the impacts of different convective schemes on the radiative energy budget.The two convective schemes are Zhang and McFarlance (1995)/Hack (1994) (ZM) and Tiedtke (1989)/Nordeng (1994) (TN).Two simulations are performed:one with the ZM scheme (EX_ZM) and the other with the TN scheme (EX_TN).The results indicate that during the convective process,more water vapor consumption and temperature increment are found in the EX_ZM,especially in the lower model layer,its environment is therefore very dry.In contrast,there is a moister atmosphere in the EX_TN,which favors low cloud formation and large-scale condensation,and hence more low cloud fraction,higher cloud water mixing ratio,and deeper cloud extinction optical depth are simulated,reflecting more solar radiative flux in the EX_TN.This explains why the TN scheme underestimates the net shortwave radiative flux at the top of the atmosphere and at surface.In addition,convection influences longwave radiation,surface sensible and latent heat fluxes through changes in cloud emissivity and precipitation.     

IAP/LASG全球海-陆-气耦合系统模式的纬向平均大气气候态分析(英文)

分海洋和陆地两种情况来讨论IAP/LASG全球海-陆-气耦合系统模式（GOAL）四个版本的结果,并与观测资料进行对比分析。一些重要的大气变量包括表面空气温度,海平面气压和降水率用来评估GOALS模式模拟当代气候和气候变率的能力。总的来说,GOALS模式的四个版本都能够合理地再现观测到的平均气候态和季节变化的主要特征。同时评估也揭示了模式的一些缺陷。可以清楚地看到模拟的全球平均海平面气压的主要误差是在陆地上。陆地上表面空气温度模拟偏高主要是由于陆面过程的影响。值得注意的是降水率模拟偏低主要是在海洋上,而中高纬的陆地降水在北半球冬天却比观测偏高。 通过模式不同版本之间的相互比较研究,可以发现模式中太阳辐射日变化物理过程的引入明显地改善了表面空气温度的模拟,尤其是在中低纬度的陆地上。太阳辐射日变化的引入对热带陆地的降水和中高纬度的冬季降水也有较大改进。而且,由于使用了逐日通量距平交换方案（DFA）,GOALS模式新版本模拟的海洋上的温度变率在中低纬度有了改善。 比较观测和模拟的年平均表面空气温度的标准差,可以发现GOALS模式四个版本都低估了海洋和陆地上的温度变率,文中还对影响观测和模拟温度变率差异的可能原因进行了探讨。     

气候模式中云的次网格结构对全球辐射影响的研究

利用一种用于大尺度天气、气候模式的随机云产生器(SCG)和独立气柱近似(ICA)辐射算法,研究了次网格云的水平结构以及垂直重叠结构对全球辐射场的影响.比较了水平非均匀云(IHCLD)和水平均匀云(HCLD)的辐射场差异以及云的最大.随机重叠(MRO)和一般重叠(GenO)的辐射场差异.结果显示,与HCLD相比,IHCLD一方面可增加地面净短波辐射通量,纬向平均最大值(约1W/m~2)和次大值(约0.6 W/m~2)分别位于高纬度低云密集地区和对流旺盛的热带地区;另一方面可增加大气顶的净长波辐射通量,纬向平均最大值(0.3 W/m~2)出现在热带地区.不同的重叠结构对短波和长波辐射收支也有很大的影响.MRO和GenO的短波辐射通量差异在热带辐合带最大.达到30-40W/m~2,在高纬度低云带的纬向平均也可达到5W/m~2左右;长波辐射通量差异具有相似的地区分布,但量值相对较小.不同重叠结构可以造成大气上下层的辐射加热率差异,影响大气热力层结.云的水平和垂直结构对有云区域辐射收支的影响将改变大气热力、动力状况以及水汽条件,从而影响模拟的气候系统的演变.文中采用单向云-辐射计算,排除了与气候系统其他过程复杂的相互作用,从而使其结果具有一定的普适性,可为不同大尺度模式进行次网格云辐射参数化提供参考.     

Surface‐absorbed and top‐of‐atmosphere radiation fluxes for the Mackenzie River basin from satellite observations and a regional climate model and an evaluation of the model

Abstract

Both the earth‐reflected shortwave and outgoing longwave radiation (OLR) fluxes at the top of the atmosphere (TOA) as well as surface‐absorbed solar fluxes from Canadian Regional Climate Model (CRCM) simulations of the Mackenzie River Basin for the period March 2000 to September 2003 are compared with the radiation fluxes deduced from satellite observations. The differences between the model and satellite solar fluxes at the TOA and at the surface, which are used in this paper to evaluate the CRCM performance, have opposite biases under clear skies and overcast conditions, suggesting that the surface albedo is underestimated while cloud albedo is overestimated. The slightly larger differences between the model and satellite fluxes at the surface compared to those at the TOA indicate the existence of a small positive atmospheric absorption bias in the model. The persistent overestimation of TOA reflected solar fluxes and underestimation of the surface‐absorbed solar fluxes by the CRCM under all sky conditions are consistent with the overestimation of cloud fraction by the CRCM. This results in a larger shortwave cloud radiative forcing (CRF) both at the TOA and at the surface in the CRCM simulation. The OLR from the CRCM agrees well with the satellite observations except for persistent negative biases during the winter months under all sky conditions. Under clear skies, the OLR is slightly underestimated by the CRCM during the winter months and overestimated in the other months. Under overcast conditions the OLR is underestimated by the CRCM, suggesting an underestimation of cloud‐top temperature by the CRCM. There is an improvement in differences between model and satellite fluxes compared to previously reported results largely because of changes to the treatment of the surface in the model.