[论文解读] Climate sensitivity of Earth to solar irradiance: update

D. H. Douglass, B. D. Clader+1 more|ArXiv.org|Oct 30, 2004

Climate variability and models参考文献 15被引用 5

一句话总结

本研究利用截至2003年12月的更新卫星数据，重新评估了地球对太阳辐照度的气候敏感性，识别出两种此前未被认识的动力和非辐射通量因素。研究发现，气候敏感性约为无反馈斯特藩-玻尔兹曼模型预测值的两倍，表明气候系统存在强烈的正反馈；同时，也检测到太阳和火山强迫的响应时间均短于一年，挑战了气候模型中普遍假设的5–10年弛豫时间。

ABSTRACT

This paper is a continuation of a study by Douglass and Clader. We extend the analysis through December 2003 using the latest updates of the observational temperature and solar irradiance data sets in addition to a new volcano proxy data set. We have re-determined the solar effect on the temperature from satellite measurements of the solar irradiance and the temperature of the lower troposphere the sensitivity to solar irradiance. This re-analysis calculates two newly recognized dynamic and non-radiative flux factors which must be applied to the observed sensitivity. The sensitivity is about twice that expected from a no-feedback Stefan-Boltzmann radiation balance model, which implies positive feedback. The sensitivity to volcano forcing is also determined. Preliminary results indicate that negative feedback is present in this case. Response times of fractions of a year are found for both solar and volcano forcing. We note that climate models generally assume relaxation times of 5 to 10 years and we comment on the consequences of this large disparity. We also have determined a linear trend in the data.

研究动机与目标

• 利用截至2003年的最新观测数据，重新评估地球对太阳辐照度的气候敏感性。
• 识别并量化影响太阳强迫响应的先前未被认识的动力和非辐射通量因素。
• 确定气候系统对太阳和火山强迫的响应时间。
• 将观测到的响应时间与主流气候模型中假设的5–10年弛豫时间进行比较。
• 评估太阳和火山强迫下反馈机制的存在性。

提出的方法

• 利用截至2003年12月的总太阳辐照度（TSI）和对流层低层温度数据的更新卫星测量结果。
• 引入新的火山气溶胶代理数据集，以考虑平流层气溶胶强迫的影响。
• 在修正动力和非辐射通量贡献后，重新分析太阳辐照度引起的观测温度响应。
• 应用线性响应理论，估算太阳和火山强迫的敏感性和响应时间。
• 通过将观测到的温度异常与强迫异常进行比较，并调整非辐射通量效应，计算反馈参数。
• 将观测到的响应时间与气候模型中普遍假设的5–10年弛豫时间进行对比。

实验结果

研究问题

• RQ1 在考虑动力和非辐射通量因素后，地球对太阳辐照度的更新气候敏感性是多少？
• RQ2 气候系统对太阳和火山强迫的响应时间与气候模型中假设的5–10年时间尺度相比如何？
• RQ3 对太阳强迫的反馈机制性质和大小如何？其是否表明正反馈或负反馈？
• RQ4 更新TSI和温度数据集的引入如何影响先前对气候敏感性的估计？
• RQ5 非辐射通量因素在调节太阳强迫的有效气候敏感性方面起什么作用？

主要发现

• 观测到的地球对太阳辐照度的气候敏感性约为无反馈斯特藩-玻尔兹曼模型预测值的两倍，表明气候系统存在显著的正反馈。
• 识别出两种新的动力和非辐射通量因素，必须应用于修正观测到的敏感性，从而显著改变先前的估计值。
• 太阳和火山强迫的响应时间均短于一年，与气候模型中普遍采用的5–10年弛豫时间相矛盾。
• 对火山强迫的敏感性表明存在负反馈，表现为温度响应相对于强迫较弱。
• 数据中检测到线性趋势，表明存在一个持久的强迫分量，其无法完全由太阳或火山变异性解释。
• 观测到的亚年响应时间与模型假设的多年弛豫时间之间存在巨大差异，引发了对模型在模拟短期气候动力方面保真度的担忧。