云的辐射效应对陆表温度变率与变化的影响

【作者】 周晨； 刘尹成；

【机构】 南京大学大气科学学院；

【摘要】 陆表温度的变率和变化与极端温度事件紧密相连,但不同气候模式对地表温度变化空间分布的模拟存在巨大差异,其中云反馈的不确定性是影响未来地表温度预测的重要因素之一。本文分析了局地辐射过程和热通量变化对地表温度变率与变化的影响,量化了局地强迫与反馈过程对地表温度变率的贡献,揭示了云的辐射效应对陆表温度变率与变化的重要影响。本文基于陆表能量收支方程建立了陆表辐射通量、热通量和陆表温度变化之间的定量关系,使用辐射核方法量化了再分析资料和数值模拟试验中不同气象要素变化产生的辐射效应,并采用协方差贡献矩阵量化分析了各辐射过程对陆表温度变率的贡献。结果表明,气温和云的辐射效应是陆表能量收支变率的两大主导因子,贡献了大部分的陆表温度变率。不同辐射过程之间的相互作用对地表温度变率有着重要影响,其中云辐射效应对地表温度变化的贡献被陆表热通量的变化显著抑制。考虑到近地面气温与陆表温度高度耦合,本文进一步基于数值模式理想实验及多种回归方法,将气温辐射效应拆解为对陆表温度的强迫分量和反馈分量。在分离气温反馈后,云辐射效应成为陆表温度方差的最大贡献因子。此外,本文还使用类似的方法量化了未来气候模拟试验中云辐射效应对地表温度变化的影响,结果显示云辐射效应的变化会增加大部分区域的陆表温度变化幅度。云辐射效应的变化既可以作为辐射强迫因子驱动局地温度发生变化,也可以作为辐射反馈因子削弱或增强局地温度变化的幅度。本文构建了适用于分析陆表和海表能量收支的区域强迫-局地反馈分析框架,使用数值模拟试验量化了局地反馈的强度,并使用辐射内核方法对局地反馈进行了分解。结果表明,陆表的局地反馈都表现为稳定的负反馈,使得区域地表温度能够在平衡态附近振荡,有效限制了地表温度的无限上升或下降,可以通过局地反馈的强度估算特定的局地强迫对局地温度的影响。陆表的负反馈强度在对流较强的热带雨林最强,在中高纬较弱,这导致陆表温度的变率在低纬强对流区最小,在中高纬地区较大。云反馈是重要的局地反馈因子之一,大部分中低纬区域的局地云反馈是负值,会削弱地表温度的变率和变化,而一部分中高纬地区的云反馈是正值。综上所述,云的变化一方面会通过局地辐射强迫作用驱动陆表温度发生变率和变化,另一方面又通过局地反馈过程减缓大部分区域陆表温度的变率和变化,其综合效应是增强大部分区域陆表温度变率和变化的幅度。更多还原