[論文レビュー] Radiative effects of daily cloud cycle: general methodology and application to cloud fraction

Jun Yin, Amilcare Porporato|arXiv (Cornell University)|Mar 5, 2018

Atmospheric aerosols and clouds参考文献 72被引用数 6

ひとこと要約

本論文は、日変動雲循環（DCC）の放射効果を定量化する一般的な手法を導入し、DCC放射効果（DCCRE）を、完全なDCCとその均一に分布した雲に相当する状態との間の放射フラックスの差として定義する。4つのCMIP5モデルの雲割合データにこのフレームワークを適用した結果、温暖化に対するDCC応答におけるモデル固有の空間パターンが明らかとなり、大規模な気団循環に与える影響の可能性を示し、気候予測の不確実性を低減するための体系的ツールを提供する。

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.

研究の動機と目的

• 地球のエネルギー収支における日変動雲循環（DCC）の放射効果を体系的に定量化すること。
• 気候モデルおよび観測におけるDCCの影響を評価するための標準化された指標の欠如に対処すること。
• DCCの行動とグローバルエネルギー収支への影響に関する、モデル間の客観的比較を可能にすること。
• DCCがグローバル温暖化に応じてどのように反応するかが、大規模大気循環に与える影響を評価すること。

提案手法

• 日変動雲循環（DCC）とその均一に分布した雲に相当する状態との間のトップオブアトモスフィア（TOA）放射フラックスの差として、DCC放射効果（DCCRE）を定義する。
• Cloud Feedback Model Inter-comparison Project（CFMIP-2）に参加する4つのCMIP5モデルの雲割合データを用いる。
• 放射移動の原則を用いて、DCCおよび均一な雲分布の両状況下での放射フラックスを計算する。
• DCCREフレームワークを用いて、グローバル温暖化に対するモデル固有の反応を評価する。
• DCCREの空間パターンを分析し、大規模な気団循環への潜在的影響を推察する。
• フレームワークを用いて、DCCの表現および気候的影響に関するモデル間の差を客観的に比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 気候モデル全体にわたって、日変動雲循環の放射効果をどのように体系的に定量化できるか。
• RQ2 現在の気候モデルにおけるDCC放射効果の大きさと空間的分布はどのようになるか。
• RQ3 DCCがグローバル温暖化に応じて、異なる気候モデルでどのように変化するか。
• RQ4 DCCREのパターンが大規模大気循環に与える潜在的影響は何か。
• RQ5 DCCREフレームワークは、気候予測の不確実性をどの程度低減できるか。

主な発見

• 分析した4つのCMIP5モデルにおいて、DCC放射効果（DCCRE）は定量的に測定可能であり、顕著に異なる。
• グローバル温暖化に対するDCCREの空間パターンは、モデル固有の気団循環への影響を示唆している。
• このフレームワークにより、日変動雲循環の放射的影響に関するモデル間の差を客観的に比較できるようになった。
• DCCREは雲割合の変動およびその日周期的構造に敏感であるため、正確な雲の表現の重要性が浮き彫りになった。
• この手法は、モデルおよび観測におけるDCCの評価に体系的なアプローチを提供し、気候予測の精度向上を支援する。
• 結果から、DCC効果は均一に分布しているのではなく、地域的なエネルギー収支の不均衡に寄与する可能性があることが示された。