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。     

相对湿度对气溶胶辐射特性和辐射强迫的影响

采用已有的气溶胶折射指数等资料 ,计算了在不同的相对湿度条件下硫酸盐气溶胶的辐射特性。结合两种不同化学输送模式 (CTM )的模拟结果及LASGGOALS/AGCM模式 ,模拟估算了考虑相对湿度影响后全球硫酸盐气溶胶的辐射强迫。结果表明 :(1)随着相对湿度的增加 ,硫酸盐气溶胶的质量消光效率因子在短波波段有所减小 ,单次散射反照率仅在长波波段有所增加 ,不对称因子在整个波段均有所增加 ;(2 )用两个CTM资料模拟辐射强迫的结果相差较大 ,其全球平均辐射强迫分别为 - 0 .2 6 8和 - 0 .816W/m2 ;(3)在考虑相对湿度的影响后 ,硫酸盐气溶胶辐射强迫的分布类型与相应干粒子的强迫分布类型基本相同 ,但全球平均的强迫值减少了 6 %左右。     

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。     

有效辐射强迫的概念及其最新估值:IPCC AR6解读

依据政府间气候变化专门委员会 (IPCC) 第六次评估报告 (AR6) 第一工作组 (WGI) 报告第七章的内容,详细介绍了AR6最新定义的有效辐射强迫 (ERF)及其计算方法,并给出了自工业革命以来 (1750—2019年) 各气候辐射强迫因子ERF的最佳估值。根据AR6的最新评估,工业革命以来总人为ERF的估值为2.72 (1.96～3.48) W·m^-2,相较于AR5 估计结果 (1750—2011年) 增长了0.43 W·m^-2。2011年后温室气体浓度的增加及其辐射效率的修正是造成总人为ERF增加的主要原因。自工业革命以来温室气体浓度变化造成的ERF为3.84 (3.46～4.22) W·m^-2,二氧化碳仍然是其中的最大贡献因素 (56％±16％)。而气溶胶的总ERF (气溶胶-辐射相互作用 (ERFari) 与气溶胶-云相互作用 (ERFaci) 的总和) 为-1.1(-1.7～-0.4) W·m^-2,其中ERFari贡献20％～25％,ERFaci贡献接近75％～80％。AR6中气溶胶的总ERF的估算相较于AR5在数值上有所增加,而不确定性有所减少。但由于没有考虑部分重要的调整过程,ERFaci仍然存在较大的不确定性。     

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。     

平流层气溶胶的辐射强迫及其气候响应的水平二维分析

利用比较先进的辐射模式计算了平流层气溶胶的辐射强迫,并对之进行了参数化。结果发现平流层气溶胶的辐射强迫的水平分布不仅与其本身的水平变化有关,而且与下垫面的反照率有很大的关系。利用近期开发的二维能量平衡模式模拟了皮纳图博火山气溶胶对地面平衡温度的影响,结果表明:皮纳图博火山至喷发后1年半左右降温达最大,至喷发后第5年降温已很小。     

全球气候模式（GCM）对辐射强迫的响应

长波辐射加热（ＬＷＲＨ）对气候预报有显著作用，文章比较了６种取自ＧＣＭ的ＬＷＲＨ算法所产生的加热率廓线，表明在有云情况下，ＬＷＲＨ算法对输入变量的敏感性。ＬＷＲＨ算法对ＧＣＭ变化的敏感性测试结果表明，加热率强烈地依赖于模式截断，模式变化（包括长波辐射ＬＷＲ算法）和地表强迫（ＳＳＴ）。引入假观测评价各种ＬＷＲ算法所产生加热率的精确性，在ＣＣＭ２模式中应用ＮＣＡＲ原版本和移植的ＥＣＭＦＷ方案计算了ＬＷ     

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。     

青藏高原云对地气系统长波射出辐射(OLR)强迫的气候研究

利用地球辐射平衡试验（ＥＲＢＥ）和国际卫星云气修计划（ＩＳＣＣＰ）提供的地气系统长波射出辐射（ＯＬＲ）和云量资料,计算并讨论了青藏高原地气系统各季和年平均总云量对ＯＬＲ的强迫及其所产生的温室效应,揭示了高、低示了高、低云对ＯＬＲ强迫的特点。结果表明：高原的ＯＬＲ云强迫与总云量、高云量都有较好的相关关系,且季节变化明显;ＯＬＲ云强迫和云温室效应的地理分布与高原总云量的分布较为一致;云强迫的年变化一同     

Radiative Forcing and Climate Response Due to Black Carbon in Snow and Ice

The radiative forcing and climate response due to black carbon(BC) in snow and/or ice were investigated by integrating observed effects of BC on snow/ice albedo into an atmospheric general circulation model(BCC AGCM2.0.1) developed by the National Climate Center(NCC) of the China Meteorological Administration(CMA).The results show that the global annual mean surface radiative forcing due to BC in snow/ice is +0.042 W m 2,with maximum forcing found over the Tibetan Plateau and regional mean forcing exceeding +2.8 W m 2.The global annual mean surface temperature increased 0.071 C due to BC in snow/ice.Positive surface radiative forcing was clearly shown in winter and spring and increased the surface temperature of snow/ice in the Northern Hemisphere.The surface temperatures of snow-covered areas of Eurasia and North America in winter(spring) increased by 0.83 C(0.6 C) and 0.83 C(0.46 C),respectively.Snowmelt rates also increased greatly,leading to earlier snowmelt and peak runoff times.With the rise of surface temperatures in the Arctic,more water vapor could be released into the atmosphere,allowing easier cloud formation,which could lead to higher thermal emittance in the Arctic.However,the total cloud forcing could decrease due to increasing cloud cover,which will offset some of the positive feedback mechanism of the clouds.     

A Modeling Study of the Effects of Direct Radiative Forcing Due to Carbonaceous Aerosol on the Climate in East Asia

The study investigated the effects of global direct radiative forcing due to carbonaceous aerosol on the climate in East Asia, using the CAM3 developed by NCAR. The results showed that carbonaceous aerosols cause negative forcing at the top of the atmosphere (TOA) and surface under clear sky conditions, but positive forcing at the TOA and weak negative forcing at the surface under all sky conditions. Hence, clouds could change the sign of the direct radiative forcing at the TOA, and weaken the forcing at the surface. Carbonaceous aerosols have distinct effects on the summer climate in East Asia. In southern China and India, it caused the surface temperature to increase, but the total cloud cover and precipitation to decrease. However, the opposite effects are caused for most of northern China and Bangladesh. Given the changes in temperature, vertical velocity, and surface streamflow caused by carbonaceous aerosol in this simulation, carbonaceous aerosol could also induce summer precipitation to decrease in southern China but increase in northern China.     

中国地区大气气溶胶辐射强迫及区域气候效应的数值模拟

利用太阳直接辐射日总量和日照时数等多年观测资料,反演了中国地区大气气溶胶0.75 μm光学厚度的年、月平均值,分析了我国大气气溶胶状况的时空分布特征。据此,在中国区域气候模式中考虑气溶胶的辐射影响,模拟中国地区气溶胶直接辐射强迫的大小及气候响应的季节变化特征。计算结果表明: 我国大气气溶胶光学厚度多年平均分布状况是以四川盆地为大值中心向四周减少;长江中下游武汉附近和南疆盆地为另两个大值中心;青藏高原为气溶胶低值区;我国绝大部分地区春季气溶胶光学厚度值最大,各地气溶胶光学厚度最小值出现的季节则有所不同。气溶胶辐射强迫介于-5.3～-13 W/m2之间;辐射强迫具有春、夏季大,秋、冬季小,冬季南方偏大,夏季北方偏大的特征。气溶胶辐射强迫的分布与其光学厚度的分布基本一致。由于气溶胶的影响,中国大陆地区地面气温均有所下降,四川盆地到长江中下游地区以及青藏高原北侧到河套地区降温最为明显,分别可达-0.4℃和-0.5℃。气候响应具有明显的季节特征。地面气温的变化除与辐射强迫的大小有关外,还受大气环流的影响。     

气候系统对CO2强迫和太阳辐射强迫在不同时间尺度的响应

使用HadCM3L气候模式,针对突然增加的4倍CO₂浓度和增加4%的太阳辐射强迫进行一系列理想化模拟试验,分析并比较了CO₂强迫和太阳辐射强迫对气候系统的影响机制和异同。模拟结果表明,突然增加的4倍CO₂浓度和增加4%的太阳辐射造成的长期全球表面平均温度变化基本相同,但二者造成降水的变化差异很大。气候系统对CO₂和太阳辐射的响应可以分为快响应和慢响应两个部分,而降水的差异主要体现在大约1个月时间尺度内的快响应阶段,在这一时间段,陆地区域CO₂的气孔效应减少了植被的蒸腾作用,导致降水受到抑制;海洋区域CO₂的辐射效应会首先导致大气长波吸收增强,而海洋的比热较大,所以海表温度变化落后于低层大气,低层大气的垂直稳定度增加,海表向上蒸发受到抑制。此外,比较不同时间尺度上CO₂对气候系统的影响,可以发现在1个月的短时间尺度上,对陆地而言,CO₂的气孔效应对气候系统的影响占主导地位,但在数年以上更长的时间尺度上,CO₂的辐射效应是导致地气系统温度升高的主要原因。     

黑碳气溶胶及其在气候变化研究中的意义

简单介绍了黑碳气溶胶的一般性质，着重叙述了黑碳气溶胶在大气辐射强迫中的特殊作用以及对气候变化的影响，概括介绍了国内外相关领域的研究现状，指出黑碳气溶胶在气候变化以及大气环境等领域中具有重大的研究价值和意义。     

东亚地区对流层人为硫酸盐辐射强迫及其温度响应

利用区域气候模式对东亚地区人为硫酸盐的直接辐射强迫及其温度响应进行了数值研究.结果表明:(1)人为硫酸盐直接辐射强迫具有明显的季节变化和地理分布特征,辐射强迫的这种变化特征不仅强烈地依赖于硫酸盐柱含量的季节变化和地理分布,而且取决于云量季节变化和地理分布.(2)就年平均而言,由于硫酸盐辐射强迫的影响,模拟区域内大部分地区普遍降温.降温比较明显的区域位于110°E以东、40°N以南的中国大陆地区,超过-0.1℃.其中华北平原和长江中游的湖南、湖北形成两个降温大值中心,幅度超过-0.2℃.(3)地面温度响应呈现出明显的区域季节变化特征.冬春季节,温度响应与辐射强迫之间满足较好的对应关系;夏秋季节,二者呈现出复杂的非线性关系.     

黑碳气溶胶直接辐射强迫及其对中国夏季降水影响的模拟研究

利用NCAR的全球大气模式CAM3分析了黑碳气溶胶在大气顶和地表的直接辐射强迫分布及其季节变化,重点讨论了云对黑碳气溶胶直接辐射强迫的影响,以及黑碳气溶胶对中国夏季降水的影响。结果表明：黑碳气溶胶在大气顶和地表的直接辐射强迫分布范围和强度都具有明显的季节变化。有云条件下,黑碳气溶胶在大气顶产生正的直接辐射强迫,全球年平均强迫值为＋0.33 W·m－2;在地表产生负的直接辐射强迫,全球年平均强迫值为－0.56 W·m－2。晴空条件下,黑碳气溶胶在大气顶和地表的全球年平均辐射强迫值分别为＋0.21 和－0.71 W·m－2。云的存在对黑碳气溶胶的辐射强迫产生了很大的影响,使大气顶的正辐射强迫增加,地表的负辐射强迫减小。黑碳气溶胶导致夏季中国北方30°N～45°N之间区域降水明显增加;而中国长江以南地区除了海南和广西的部分城市外,降水明显减少。模拟结果表明,中国夏季近50年来经常发生的南涝北旱并非由黑碳气溶胶引起。