東亞云輻射效應的季節特征及有關的季節變化研究

　　云對大氣輻射、地表能量收支及溫度、大氣環流和降水過程均有重要作用，是影響氣候系統及其預估的關鍵方面之一。季節變化是我國所處亞洲季風區的最強氣候信號。在此氣候背景下，區域云輻射效應體現出何種特征？又與大氣環流及降水等因子有何種形式及強度的聯系？這是當前氣候研究計劃關注的一大熱點問題。

圖1. 氣候年平均（a）總云量（%）；（b）全天空大氣頂反照率；（c）大氣頂凈云輻射效應（W m?2）；（d）大氣頂能量收支（W m?2）。其中，總云量資料來自2007-2014年的GOCCP衛星反演結果，其它資料來自2001-2014年CERES-EBAF衛星反演。圖中黑框分別表示中國東部（EC, 20–35°N, 100–125°E）和南亞季風區（SA, 5–25°N, 65–100°E）。

　　近期，大氣所李劍東博士及其合作作者利用衛星反演和再分析資料，系統分析了亞洲季風區大氣頂云輻射效應的季節特征及其與云量、降水的聯系。結果表明：青藏高原以東中國東部和高原南部南亞季風區的云輻射效應都具有強烈的季節變化，但中國東部存在大量的中低云，存在更強的年平均云反照率和短波云輻射效應（圖1）。在南亞，長、短波云輻射效應與對應季節的主導云量均有很好相關；在中國東部，僅短波云輻射效應與主導云量有較好相關，體現出更為復雜的云輻射關系（圖2）。在中國北方干旱區，長波云輻射暖化效應則高于短波云輻射冷卻效應，尤其在冷季。

　　李等人的研究同時表明，盡管多數再分析資料（尤其是CFSR和ERA-Interim）能夠再現全球總云量和（長波、短波和凈）云輻射效應的分布，但在亞洲季風區，再分析資料中總云量和云輻射效應的偏差及模式間的差異性均明顯增大，尤其是在夏季。再分析資料系統性低估了年平均和冬季東亞的總云量、短波云輻射效應和凈云輻射效應，偏差約0–40%（圖3）。ERA-Interim和JRA55對東亞和南亞的長波、短波和凈云輻射效應的年際變化有相當好的再現能力，兩套資料對東亞區域云輻射效應和觀測時間變化相關可達0.9左右。研究還認為提升模式中的云宏、微觀屬性及長、短波屬性描述的一致性是獲得合理區域云量和云輻射效應的關鍵。

　　上述工作已在《Climate Dynamics》、《International Journal of Climatology》、《Journal of Meteorological Research》和《Advance in Atmospheric Sciences》等期刊發表。

圖2. （a）中國東部氣候平均逐月長波云輻射效應（LWCRE）與云量（總云量：TCF；高云量：HCF；中云量：MCF；低云量：LCF）空間相關系數的年變化；（c）是對應的中國東部氣候平均逐月短波云輻射效應（SWCRE）與云量空間相關系數的年變化；（e）中國東部區域平均云量的年變化；（b）、（d）和（f）是對應的南亞季風區年變化。

圖3. 再分析和衛星反演資料所得總云量（TCF）和云輻射效應（CREs）之間的相對偏差率及空間相關系數。（a）、（d）和（g）是60°S–60°N之間氣候年平均、冬季平均和夏季平均結果；（b）、（e）和（h）是對應的東亞區域（20°–40°N, 100°–140°E）結果；（c）、（f）和（i）是對應的南亞區域（5°–25°N, 65°–100°E）結果。這里x軸表示再分析與衛星反演結果的空間相關系數，y軸表示再分析相對于衛星反演結果的相對偏差率，紅、藍、黑和綠色標志分別表示大氣頂長波云輻射效應（LWCRE）、短波云輻射效應（SWCRE）、凈云輻射效應（NCRE）和總云量（TCF）；最下端分別給出了5套再分析資料的名稱。