第第6章章 气候变化的辐射强迫气候变化的辐射强迫1云的辐射强迫云的辐射强迫2影响辐射的云参数Cloud fractionOptical depth (LWP/IWP)Particle sizePhase/shapeVertical distribution3云顶高度对大气温度的影响45云辐射强迫的概念云的辐射强迫CRF定义为某一给定大气的净辐射通量与假定云不存在时同一大气的净辐射通量之差。该定义既适用于地面，又适用于大气顶；也可以计算任何高度上云的辐射强迫；既适用于太阳短波辐射，又适用长波红外辐射 ；6如果用a和clr分别表示全天空（实际天空）和晴空条件,那么在地面上，云的辐射强迫为：是大气由于云的存在所吸收的太阳辐射能。定义而大气顶的云辐射强迫则为正强迫表示加热；负强迫表示冷却。地面和大气顶的云辐射强迫地面和大气顶的云辐射强迫7短波辐射强迫和长波辐射强迫8Earth (No Clouds)Earth (With Clouds)57 W m-2342 W m-2107 W m-2342 W m-2235 W m-2265 W m-2FSW (cloud) =-50 W m-2FLW (cloud)= 30 W m-2= Net Effect of Clouds = -20 W m-2ReflectionEmissionIncomingIncomingEmissionReflection9Cloud Solar Radiative Cooling10Cloud Thermal Radiative Warming 11High Thin Cirrus Clouds12Low thick water clouds13Deep convective clouds14全球云辐射强迫的观测结果全球云辐射强迫的观测结果The international satellite cloud climatology project (ISCCP）15CERES: Clouds and the Earths Radiant Energy System ERBE: Earth Radiation Budget Experiment ISCCP: International Satellite Cloud Climatology Project 16云辐射强迫的计算方法直接计算法大气顶反照率斜率法TOA 通量-地面通量方法TOA CRF : 地面CRF 方法17一、直接计算法按照云辐射强迫公式直接进行计算；所谓“所有天空”的资料，就是我们观测所得到的数据集；问题在于所谓“晴空”。在这里，“晴空”是一种概念化的工具，它可以有各种定义。l一种假想的大气， 其中只是不含有液态水， 其他与“ 所有天空” 完全相同；l一种“无云”大气在直接计算方法中，除了辐射观测资料本身的精度外，“晴空”大气的选定是一个关键问题。18两个典型晴空大气条件下（1994 年4 月3 日和4 日）的地面总辐射及散射/直射比。判定为晴空的时段用箭头表示，系根据辐射通量的曲线相当光滑，而且散射辐射与直接辐射的比值较小（取自Imre 等人，1996）。19二、大气顶反照率斜率法可得大气顶平均云辐射强迫20所以：21则有：22背景辐射网（BSRN）资料集的大气顶反照率透过率曲线。方块表示有代表性的晴空资料点，实线是整个资料集的线性最小二乘拟合。由此得到的具有相关系数R = 0.97 的直线的斜率为 0.72 ，截距0.705; 但晴空资料点的单独拟合所得到的直线斜率为0.46（图中未标出）。为了比较，图中还画出了辐射强迫比等于1.5 时的相应曲线（虚线）（取自Imre 等人，1996）。23三、三、TOA 通量-地面通量方法这种方法的缺点是，由于地面通量强烈地依赖于 和云量这两个变量，所以如果不将资料事先按照较窄的 范围进行分组的话，就很难将这两个变量的影响分开。24四、四、TOA CRF : 地面CRF 方法这种方法需要明确地选取晴空参考。这种方法假定， CRFs 和CRFtoa 之间存在一种线性关系。而且Atmospheric Radiation Measurement (ARM)资料支持这一假定。25Model Estimates of Cloud Radiative Forcing with CO2 Doubling26271-D 辐射对流模式结果云光学厚度对云短波辐射强迫的影响:（a）大气顶;（b）地面 28云光学厚度对云长波辐射强迫的影响:（a）大气顶;（b）地面 29云高对云短波辐射强迫的影响:（a）大气顶;（b）地面 30云高对云长波辐射强迫的影响：（a）大气顶;（b）地面 31