积雪的辐射强迫及其对气候反馈研究

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气候变化引起全球水循环,碳循环,以及生物地球化学循环的变化,这些变化会被各种正、负反馈加强或抑制。所以,对反馈过程与机理的认识直接决定了气候模式对气候变化各个关键过程的模拟精度;同时,对气候反馈的准确描述也是减小气候预估不确定性的一个关键任务。  气候反馈通常被定义为改变外部扰动对气候系统响应的气候过程,其中,正反馈会促进气候系统对外部扰动的响应,相反,负反馈会抑制这种响应。雪冰反照率反馈的过程可以描述为:由于雪、冰的反照率(可达约0.8)远高于星球平均反照率(约0.3),温度升高时,雪、冰量必然减少,引起总的反照率下降,更多的太阳辐射被吸收,地球被进一步加热。  经过大量学者的研究,雪冰反照率反馈几乎可以被确定为正反馈,但是不同研究结果的差异很大,因此,对气候反馈不确定性的研究与分析也成为现阶段反馈研究的重点。本论文从反馈过程,也就是反馈因子引起的辐射强迫为切入点,用不同的算法,在不同的研究区,对积雪的辐射强迫及反馈强度进行了以下对比分析:  首先对两种算法在不同下垫面的适用性进行了简单的验证与评估。即通过全球土地覆盖类型数据等,选取北半球一些典型下垫面作为实验区,利用遥感数据和气象再分析资料,通过改进的“偏辐射扰动”(本论文定义为PRPG)算法及辐射核算法,分别计算所选实验区的积雪辐射强迫,结果表明两种算法在几乎所有下垫面都显示出正辐射强迫(仅PRPG算法对雪冰下垫面的辐射强迫强度为负)。对比两种算法的结果数值,空间分布及计算过程,得到以下结论:PRPG算法更适合较小区域的短、长波及积雪辐射强迫,反馈强度的计算,并可以得到较高时、空分辨率的结果;辐射核算法更适合大区域的积雪反照率辐射强迫及反照率反馈强度的计算,计算过程更加简单快捷,所需的数据量和运算时间更少。  2)基于以上结论,选择青藏高原为PRPG算法的研究区,利用遥感数据和气象再分析资料等,对其2001~2010年(本论文定义每年的9月1日到次年8月31日为一个完整的积雪年)的短、长波及积雪辐射强迫进行了计算与分析,并在此基础上估算了青藏高原地区的积雪反馈强度。实验结果表明:青藏高原的积雪对气候的辐射强迫强度为正,2001~2010年平均辐射强迫为3.97W·m-2,其中短波辐射强迫和长波辐射强迫的年平均强度分别为4.21W·m-2和-0.24W·m-2;在绝大多数情况下,短波辐射强迫对积雪的辐射强迫起了决定性作用;积雪辐射强迫的年际差异不大,但空间差异很大,其空间分布与积雪覆盖率有很强的正相关关系;积雪对气候存在着正反馈,估算的反馈强度为9.35W·m-2·℃-1。  3)同时,以全球作为辐射核算法的实验区,利用晴空条件下地表反照率辐射核数据,遥感数据,气象再分析资料等,计算了2002~2011年全球的积雪反照率辐射强迫,并在此基础上估算了积雪反照率反馈强度。实验结果表明:全球积雪反照率辐射强迫最大的地区是南极大陆,格陵兰岛,以及青藏高原西北部;全球的年平均积雪辐射强迫为0.61W·m-2,其年际差异不大,逐月差异较大,这种变化与太阳的回归运动有密切关系;本实验结果显示积雪对气候存在正反馈,估算的积雪反照率反馈强度为0.17W·m·℃-1。
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