[科研進展] 中國東南部春季雲短波輻射效應的年際變化特徵

2021-01-21 LASG
雲強烈調控著大氣的輻射能量收支，通過反射與散射太陽短波輻射對地-氣系統起到輻射冷卻作用。最新的衛星數據表明全球平均的雲短波輻射冷卻效應約為−46 W m−2，其中海洋邊界層區和中緯度層雲區的雲對雲輻射冷卻效應有很大貢獻。已有研究表明，中國東南部（包括西南、長江中下遊和華南）分布有全球最強的雲輻射冷卻效應，春季的強度超過−120 W m−2，其形成和維持與同期青藏高原熱動力強迫、低空西（南風）匯合及西風急流抽吸有關（圖1）。目前，雲宏、微觀物理屬性的衛星反演資料還存在不確定性，氣候模式模擬的雲物理變量也有不小的偏差，而再分析的氣象場具有相當的可靠程度。在此背景下，是否可以藉助關鍵氣象條件來研究區域雲輻射效應的年際變化呢？針對這一問題，中國科學院大氣物理研究所LASG李劍東博士等人基於CERES-EBAF衛星反演和ERA-Interim再分析資料考察了中國東南部雲短波輻射效應的年際變化特徵。結果表明：2000年以來該區域春季雲短波輻射效應呈現弱的增強趨勢，在多數年其異常值也強於雲長波暖化效應，意味著雲輻射冷卻主導著該區域雲輻射效應的氣候態及年際變化（圖2）。此外，雲短波輻射效應的年際變化明顯不同於區域雲粒子有效半徑和氣溶膠光學厚度，但與區域850-500 hPa平均的垂直速度有很好的正相關，兩者在2000-2017年的時間相關可以達到0.76，而且上升運動偏強（弱）年與雲短波輻射效應偏強（弱）年完全對應（圖3）。這表明該區域雲輻射冷卻效應的年際變化主要受環流條件影響。該研究不僅揭示了中國東南部春季雲短波輻射效應的年際變化，並且通過中低層垂直運動與區域環流條件建立了聯繫，由此為理解東亞雲輻射過程對於環流變化的響應及其反饋作用提供了有價值的線索。這項工作受國家自然基金項目41975109和41730963資助，近期發表於英國氣象學會《Atmospheric Science Letter》，信息如下：

Li, J. D., Q. L. You, and B. He, 2020: Distinctive spring shortwave cloud radiative effect and its inter-annual variation over southeastern China. Atmospheric Science Letters, doi: 10.1002/asl.970.

https://rmets.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/asl.970


圖1. (a) CERES-EBAF衛星資料所得春季平均的大氣頂雲短波輻射效應 (W m−2). (b) 中國東南部（22°–32°N, 104°–122°E，粉色框）全年和4個季節平均的雲輻射效應 (W m−2). (c) 紅線為200-hPa緯向風(m s−1)，箭頭為850-hPa風場，填色為地形高度.


圖2. 中國東南部區域春季平均的雲（長波、短波和淨）輻射效應的年際變化. 這裡，年際異常為逐年值減去多年春季平均值，左下角的數值表示變化趨勢，其中「*」和「**」各表示90%和95%的顯著性水平.


圖3. 標準化後的中國東南部春季雲短波輻射效應和850-500 hPa平均的垂直速度的時間序列. 這裡右上角數值表示時間相關係數.

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