[论文解读] 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 6

一句话总结

本文提出一种通用方法，通过将每日云循环（DCC）的辐射效应（DCCRE）定义为完整DCC与均匀分布云层对应情形下大气顶辐射通量的差值，来量化DCC的辐射效应。该方法应用于四个CMIP5模型的云量数据，揭示了模型在变暖背景下对DCC响应的空间模式差异，提示其可能对大尺度环流产生影响，并为减少气候预测中的不确定性提供系统性工具。

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.

研究动机与目标

• 系统量化每日云循环（DCC）对地球能量收支的辐射效应。
• 解决气候模型和观测中缺乏标准化指标以评估DCC影响的问题。
• 实现对DCC行为及其对全球能量平衡影响的客观模型间比较。
• 评估DCC对全球变暖的响应如何可能影响大尺度大气环流。

提出的方法

• 将DCC辐射效应（DCCRE）定义为包含完整每日云循环与均匀分布云层对应情形下大气顶（TOA）辐射通量的差值。
• 使用参与云反馈模型相互比较计划（CFMIP-2）的四个CMIP5模型提供的云量数据。
• 基于辐射传输原理，计算在DCC和均匀云分布情景下的辐射通量。
• 应用DCCRE框架评估模型对全球变暖的特定响应。
• 分析DCCRE的空间分布模式，以推断其对大尺度环流的潜在影响。
• 利用该框架客观比较不同模型中DCC表征及其气候效应的差异。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在气候模型中系统性地量化每日云循环的辐射效应？
• RQ2 当前气候模型中DCC辐射效应的大小和空间分布如何？
• RQ3 不同气候模型中DCC对全球变暖的响应有何差异？
• RQ4 DCCRE模式对大尺度大气环流可能产生何种潜在影响？
• RQ5 DCCRE框架在多大程度上可减少气候预测中的不确定性？

主要发现

• DCC辐射效应（DCCRE）可被定量测量，且在所分析的四个CMIP5模型中存在显著差异。
• 对全球变暖响应的DCCRE空间模式表明，其对大尺度环流的影响具有模型依赖性。
• 该框架可实现对DCC辐射影响模型间差异的客观比较。
• DCCRE对云量变化及其日周期结构敏感，凸显了准确云层表征的重要性。
• 该方法为系统评估模型和观测中的DCC提供了路径，有助于提升气候预测的准确性。
• 结果表明，DCC效应并非均匀分布，可能对区域能量收支平衡产生影响。