科研進展

JC: 中国东南部春季云短波辐射效应的维持机制及其年际变化

  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爲-46Wm-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-120Wm-2,其形成和維持與同期青藏高原熱動力強迫、低空西(南)氣流彙合及高空西風急流抽吸有關(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,是否可以借助關鍵氣象條件來研究區域雲輻射效應的演變特征呢?事實上,當前雲輻射效應及其與環流的關系研究是雲輻射領域的熱點和前沿內容,被“世界氣候研究計劃”及“國際雲輻射反饋模式比較計劃”列爲關鍵科學問題之一。

  针对以上问题,中國科學院大气物理研究所LASG李剑东博士等人2019年基于CERES-EBAF卫星反演、ERA-Interim再分析资料及区域模式考察了中国东南部云短波辐射效应的维持机制,近期进一步考察了其年际变化特征。最新结果表明:2000年以来该区域春季云短波辐射效应呈现弱的增强趋势,在多数年其异常值也强于云长波暖化效应,意味着云辐射冷却主导着该区域云辐射效应的气候态及年际变化(图2)。此外,云短波辐射效应的年际变化明显不同于区域云粒子有效半径和气溶胶光学厚度,但与区域850-500hPa平均的垂直速度有很好的正相关,两者在2000-2017年的时间相关可以达到0.76,而且上升运动偏强(弱)年与云短波辐射效应偏强(弱)年完全对应(图3)。这表明该区域云辐射冷却效应的年际变化主要受环流条件影响。

  该研究不仅揭示了中国东南部春季云短波辐射效应的年际变化,并且通过中低层垂直运动与区域环流条件建立了联系,由此为理解东亚云辐射过程对于环流变化的响应及其反馈作用提供了有价值的线索。这项工作受国家自然基金项目(41975109、41730963)以及重点研发计划(2017YFA0603503)的联合资助,分别发表于《Journal of Climate》和英国气象学会《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, 21:e970, doi: 10.1002/asl.970. https://rmets.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/asl.970

  Li, J. D., W. C. Wang, J. Y. Mao, Z. Q. Wang, G. Zeng and G. X. Chen, 2019: Persistent spring cloud shortwave radiative effect and the associated circulations over southeastern China. Journal of Climate, 32, 3069–3087. https://journals.ametsoc.org/doi/abs/10.1175/JCLI-D-18-0385.1

 

图1. (a) CERES-EBAF卫星资料所得春季平均的大气顶云短波辐射效应 (Wm-2). (b) 中国东南部(22°–32°N, 104°–122°E,粉色框)全年和4个季节平均的云辐射效应 (Wm-2). (c) 红线为200-hPa纬向风(ms-1),箭頭爲850-hPa風場,填色爲地形高度.

 

 

图2. 中国东南部区域春季平均的云(长波、短波和净)辐射效应的年际变化. 这里,年际异常为逐年值减去多年春季平均值,左下角的数值表示变化趋势,其中“*”和“**”各表示90%和95%的显著性水平.

 

 

图3. 标准化后的中国东南部春季云短波辐射效应和850-500 hPa平均的垂直速度的时间序列. 这里右上角数值表示时间相关系数.

 

  

  

  

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