【摘 要】
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准确分析并预测气候变化对人们的生产生活有着重要意义。冰云的空间分布变化会影响地球-大气系统的辐射传输过程,从而改变热量分布,对气候变化产生重大影响。因此,精准计算冰云的辐射强迫十分必要。当前冰云辐射强迫计算过程中采用的参考背景为无云的晴空辐射（即辐射强迫定义为晴空辐射通量与有云辐射通量之差）,然而,由于冰云在运动过程中会释放水汽,而水汽作为温室气体,其通过吸收太阳辐射和发射长波辐射改变晴空位置（即
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准确分析并预测气候变化对人们的生产生活有着重要意义。冰云的空间分布变化会影响地球-大气系统的辐射传输过程,从而改变热量分布,对气候变化产生重大影响。因此,精准计算冰云的辐射强迫十分必要。当前冰云辐射强迫计算过程中采用的参考背景为无云的晴空辐射（即辐射强迫定义为晴空辐射通量与有云辐射通量之差）,然而,由于冰云在运动过程中会释放水汽,而水汽作为温室气体,其通过吸收太阳辐射和发射长波辐射改变晴空位置（即无云像元）的辐射通量,尤其是靠近冰云位置的无云像元,从而给冰云辐射强迫的估计带来误差。但是当前尚未有针对冰云释放水汽进行追踪的研究,从而也无法得知这部分水汽对评估冰云的辐射强迫产生了多大的影响。基于上述背景,本研究提出了一种基于静止卫星的冰云释放水汽的动态追踪方法。利用MSG静止卫星提供的云顶高度、云相态识别冰云的时空分布,结合多种再分析资料中的风速、风向、位势高、比湿等气象信息,实现对冰云释放水汽运动轨迹的动态预测与实时追踪。并归纳追踪结果,通过统计不同纬度范围、不同月份的水汽含量与水汽生成时间的关系,认识冰云释放水汽的消散过程;进一步地,基于上述统计关系,利用传输模式,量化这部分水汽对冰云辐射强迫计算的影响。具体结论如下:1)利用探空数据对ERA-5、MERRA-2和NCEP三套再分析数据进行验证,发现ERA-5的风速、比湿、温度等气象数据精度高于另外两套再分析数据,且ERA-5具有更高的时空分辨率（时间分辨率:ERA-5 1 hour V.S.MERRA-2 3 hours V.S.NCEP 6 hours;空间分辨率lat×lon:ERA-5 0.25°×0.25°V.S.MERRA-20.5°×0.625°V.S.NCEP 1°×1°）,因此更加适用于水汽追踪以及辐射扰动计算。2)追踪结果显示,在冰云消散过程中,大气中水汽含量与水汽生成时间的关系呈现先增长后减少的趋势,峰值含量达到0.54 g/kg,随后逐渐下降,且下降趋势逐渐减缓。在水汽生成时间达到20 h时,水汽含量趋于稳定,认为此时冰云中释放的水汽已经完全消散（即恢复至背景大气水平）。水汽含量随水汽生成时间的变化具有时空异质性,小区域、短时间的变化趋势波动更加剧烈。3)基于水汽含量随生成时间的变化曲线,利用SBDART辐射传输模式,计算不同高度层水汽消散前后的短波和长波辐射通量变化,结果表明,无云晴空像元的辐射通量会随水汽逸散时间的变化而变化。对所有高度层的辐射变化进行量化,发现水汽在长波范围造成了-0.28 W/m~2的扰动,在短波范围造成了0.03 W/m~2的扰动,以此为参照,可整体使冰云辐射强迫低估0.25 W/m~2。综上,本研究基于静止卫星云属性数据与再分析资料,实现了对冰云释放水汽消散过程的动态追踪,并评估了这部分水汽造成的辐射扰动大小。这为减少评估冰云辐射强迫的不确定性提供了新思路,对进一步认识和理解全球气候变化具有重要参考价值。
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