[논문 리뷰] Radiative effects of daily cloud cycle: general methodology and application to cloud fraction

Jun Yin, Amilcare Porporato|arXiv (Cornell University)|2018. 03. 05.

Atmospheric aerosols and clouds참고 문헌 72인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 전체 일일 구름 순환(DCC)과 그 균일 분포 구름 대응체 사이의 상층 대기열 방사율 차이로 정의된 DCC 방사효과(DCCRE)를 통해 DCC의 방사적 영향을 정량화하는 일반적인 방법론을 제안한다. 네 개의 CMIP5 모델에서 얻은 구름 분율 자료에 적용한 결과, 각 모델에 따라 따뜻해짐에 따른 DCC 반응의 공간적 패턴이 다르게 나타나 대기 순환에 영향을 줄 수 있음을 시사하며, 기후 예측의 불확실성을 줄이기 위한 체계적인 도구를 제공한다.

ABSTRACT

The daily cloud cycle (DCC) and its response to global warming are critical to the Earth's energy budget, but their radiative effects have not been systematically quantified. Toward this goal, here we analyze the radiation at the top of the atmosphere and propose a measure of the DCC radiative effect (DCCRE) as the difference between the total radiative fluxes with the full cloud cycle and its uniformly distributed cloud counterpart. We apply it to the cloud fraction from four climate models that participated in the second phase of the Cloud Feedback Model Inter-comparison Project. The results allow us to objectively compare inter-model differences in the daily cycle of cloud fraction and their influences on the global energy balance. In particular, the spatial patterns of the DCC response to global warming obtained in our analysis suggest possible impacts on large-scale circulation. Such a framework can be used for conducting a more systematic evaluation of the DCC in climate models and observations with the goal to reduce uncertainty in climate projections.

연구 동기 및 목표

• 지구의 에너지 예산에 대한 일일 구름 순환(DCC)의 방사적 영향을 체계적으로 정량화하는 것.
• 기후 모델 및 관측에서 DCC 영향을 평가하기 위한 표준화된 지표의 부족을 해결하는 것.
• DCC 행동과 글로벌 에너지 균형에 대한 영향을 객관적으로 모델 간 비교할 수 있도록 하는 것.
• 글로벌 기후 냉각에 따른 DCC 반응이 대기 순환에 미치는 영향을 평가하는 것.

제안 방법

• 전체 일일 구름 순환과 그 균일 분포 구름 대응체 사이의 상층 대기열(TOA) 방사율 차이로 DCC 방사효과(DCCRE)를 정의한다.
• Cloud Feedback Model Inter-comparison Project(CFMIP-2)에 참여한 네 개의 CMIP5 모델에서 얻은 구름 분율 자료를 사용한다.
• 방사선 전달 원리를 활용하여 DCC 및 균일한 구름 분포 시나리오에서의 방사율을 계산한다.
• DCCRE 프레임워크를 적용하여 각 모델의 글로벌 기후 냉각에 대한 반응을 평가한다.
• DCCRE의 공간적 패턴을 분석하여 대규모 순환에 미치는 잠재적 영향을 추론한다.
• 모델 간 DCC 표현 및 기후적 영향의 상호 비교를 객관적으로 수행하기 위해 프레임워크를 활용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 기후 모델 간 일일 구름 순환의 방사적 영향을 어떻게 체계적으로 정량화할 수 있는가?
• RQ2 현재 기후 모델에서 DCC 방사효과의 크기와 공간 분포는 어떻게 되는가?
• RQ3 다양한 기후 모델 간 DCC가 글로벌 기후 냉각에 어떻게 반응하는가?
• RQ4 DCCRE 패턴의 잠재적 영향은 대규모 대기 순환에 무엇인가?
• RQ5 DCCRE 프레임워크는 기후 예측의 불확실성을 어느 정도 줄일 수 있는가?

주요 결과

• 분 析된 네 개의 CMIP5 모델 간 DCC 방사효과(DCCRE)는 정량적으로 측정 가능하며, 상당한 차이를 보인다.
• 글로벌 기후 냉각에 대한 DCCRE의 공간적 패턴은 모델에 따라 다른 대기 순환에 영향을 줄 수 있음을 시사한다.
• 이 프레임워크는 일일 구름 순환의 방사적 영향에 대한 모델 간 상호 비교를 객관적으로 가능하게 한다.
• DCCRE는 구름 분율 변동성과 그 일일 주기적 구조에 민감하여 정확한 구름 표현의 중요성을 강조한다.
• 이 방법은 모델 및 관측에서 DCC를 체계적으로 평가할 수 있는 길을 제공하며, 기후 예측 정확도 향상에 기여한다.
• 결과는 DCC 영향이 균일하게 분포되어 있지 않으며, 지역 에너지 예산의 불균형에 기여할 수 있음을 시사한다.