HadAM3模型

上面的程序一样是在以下应用于HadAM3模型中,这是最新版本的哈德利中心模型。这个模型是特别有趣,因为它已经运行没有气溶胶和(简单的)气溶胶气候学。这允许特定的评估一个简单的气溶胶气候学对短波辐射的影响预算,详细讨论了在库萨克et al。(1998)。

图3。如图2,但是对于HadAM3和气溶胶

的TOA模型版本都是在良好的协议与卫星数据(图3),其他模型。大气中的短波吸收增强的模型使用一个气溶胶气候学。这有助于减少偏见与观测估计大气中(图3 b)的表面(图3 c),至少在低纬度地区。这表明,全球的高价值的意思大气吸收在HadAM3 (76 Wm-2, cf。表1)更接近现实比其他的低价值模型。不过,明显缺乏大气吸收仍然在低纬度地区也与气溶胶HadAM3模型,类似于其他模型在图2中。简单的气溶胶气候学因此不能完全消除偏见的吸收。一个更详细的分析(野生和斯。在预科)显示,这种缺乏大气吸收很大程度上局限于地区和季节气溶胶的极限载荷,如从生物质燃烧或沙漠风暴(cf野生1999)。这样的区域性和季节性气溶胶山峰不被认为是在简单的气溶胶气候学用于HadAM3,包括季节性和空间分辨率。

5。讨论

一般而言,上述GCM atm发现缺乏吸收可以无云大气中由于缺乏吸收,或云。这在以下方面进一步阐述。

5.1在无云的气候系统吸收raybet雷竞技最新

估计的贡献无云大气的偏见上面所讨论的,我们正在构建一个全球观测数据集的晴空气候学在指定网站的第二节(cf)。这些气候学获得复合材料无云的出现在网站的高质量和高时间分辨率的测量。到目前为止,已经建立了晴空气候学的7网站在德国长期观测记录每小时的数据。这些网站包括Norderney (53.72°N, 7.15°E)、汉堡(53.63°N, 10.00°E), Brauschweig (52.30°N, 10.45°E),布劳恩(51.72°N, 10.53°E),特里尔(49.75°N, 6.67°E),维尔茨堡(49.89°N, 11.73°E)和Weihenstephan (48.40°N, 11.73°E) (Liepert et al . 1994年)。结合表面晴空气候学在这些网站的TOA晴空气候学ERBE允许估计无云内的短波吸收大气列在网站。

以下的比较是基于年度平均模型和观测通量。自从偏见在每个站点被发现是非常相似的,结果将显示的七个德国网站的平均值。

年平均短波吸收表面无云条件下,平均7个站点,图4所示,五个模型和观测。GCM值覆盖范围的模型中有一种普遍的趋势明显高估了晴空表面吸收,偏见25 Wnr2,平均高估13 Wm ~ 2。

的净通量,即整个地球系统的吸收速度,覆盖在晴空条件下的一个范围,因此他们比表面更一致的值(图4 b)。观察到的估计只有1 Wm“2低于平均模型值,最大偏差是相对于表面。因此,模型的问题与其说是一个捕捉太阳能在无云的总量surface-atmosphere列,而是分区大气和表面之间的能源之一。这是显示在图。4 c,大气吸收的直接比较(TOA的吸收之间的区别和表面)。模型显示倾向于低估了吸收无云的常压塔,与偏见18 Wm”2,平均12 Wm-2的低估。因此,过度的表面吸收可以主要归因于缺乏无云大气中吸收太阳辐射,只有在较小程度上,由于backs-cattering不足的太阳辐射空间。晴空条件下这种行为因此非常一样发现以前次全天条件下更多的全球尺度(第四节)。这进一步强调无云的重要性的讨论氛围,“异常大气吸收”现象的模型。

在无云的主要吸收太阳辐射大气水汽和气溶胶。由于水蒸气是丰富的德国网站在全球大气环流模型所示野生和Liepert(1998),缺乏在全球大气环流模型必须被大气吸收由于缺少气溶胶吸收或辐射代码本身存在的缺陷。这样的缺陷被发现在独立验证的辐射方案ECHAM3 GCM,显示过度日晒即使正确规定大气湿度和温度的输入配置文件从无线电探空仪(1995年野生et al ., 1998)。高估的表面无云条件下日晒还发现在其他辐射代码(例如,加藤et al . 1997年,支持”et al . 1998年)。因此类似缺陷可能出现在许多模型。

图4。年平均短波吸收晴空条件下平均超过7网站在德国不同的模型和计算来源于观察:a)在表面,b) TOA, c)内的气氛。模型包括ARPEGE(双端队列et al . 1994), ECHAM3 (Roeckner et al . 1992年)HadAM2b(1999年Stratton)和HadAM3 / HadAM3 NA(库萨克et al . 1998年)NA参考HadAM3没有气溶胶

图4。年平均短波吸收晴空条件下平均超过7网站在德国不同的模型和计算来源于观察:a)在表面,b) TOA, c)内的气氛。模型包括ARPEGE(双端队列et al . 1994), ECHAM3 (Roeckner et al . 1992年)HadAM2b(1999年Stratton)和HadAM3 / HadAM3 NA(库萨克et al . 1998年)NA参考HadAM3没有气溶胶

哈德利中心的最新模型版本,HadAMS,显示了一个增加大气晴空吸收HadAM2b前体版本相比,现在与观测估计密切协议(图4 c)。增加大气吸收5 Wm“2已经明显在HadAM3 NA, HadAM2b,包括气溶胶。这是改善辐射相关代码的爱德华兹和斯(1996),计算高水蒸气吸收比代码用于HadAM2b (a·斯库萨克个人沟通,1999)。而在许多全球大气环流模型缺乏水汽吸收是一个主要原因缺乏短波吸收大气中,这对于HadAM3不再相同的相关性。更高的水蒸气吸收辐射代码中还发现用于ECMWF模式(Morcrette 1991),证明是在良好的协议与直接观察独立验证研究野生et al (1998 b)。

上面的比较也表明,除了吸收水蒸气的适当治疗,气溶胶的包容是必不可少的桥梁之间的差距模型并观察估计大气晴空吸收。该模型不包括气溶胶(HadAM2b和HadAM3 NA)显示最大的低估,而一个气溶胶气候学引入HadAM3与观测估计会导致一个很好的协议。气溶胶效应在HadAM3(9额外的大气吸收)的比较级其他建模研究(例如,Garratt et al . 1998年,引用其中)。气溶胶的包容HadAM3领导也同意观察TOA,由于反射(图4 b)增加,符合发现库萨克et al。(1998)。然而,值得注意的是,虽然这个简单的气溶胶气候学可能捕捉到年平均气溶胶效应与温和的德国网站气溶胶加载充分,这不再适用地区的气溶胶加载很高,尤其是在热带地区(1999年野生,cf。4.2节)。

总之,以上表明,这个模型应该配备先进的辐射代码和复杂的气溶胶气候学为了避免偏见的晴空大气吸收通常发现在当前的全球大气环流模型。

5.2多云大气中吸收

次全天条件下德国网站,类似的比较的年平均短波吸收表面,在大气内的TOA和图5所示。

云的存在会增加跨模型的差异,这是特别明显的TOA(图5 b)。再次显著偏离观测估计变得明显。云的存在会增加一些模型中的大气吸收(cf无花果。4 c和5 c),而观测估计大气吸收派生的清晰和多云天气非常相似。

图5。图4但对全天的条件

多云的模型中增加的大气吸收大气层因此部分补偿(CNRM、HadAM2b HadAM3 NA),甚至过度补偿(ECHAM3)低估了无云大气中吸收。

方便测量的整体效果,云在短波大气吸收短波的比值R云辐射强迫在表面,TOA(税等。1995年,这一概念的局限性看到李et al . 1995年):

西南(冲浪)au_skv - SWjsurf。)SW {TOA) alt.-SW (TOA),

所有天晴空晴空

R = 1,云的存在并不改变整个吸收大气中的列。R是目前极具争议的大小,和以前公布的估计范围从1.0 R接近(例如,李et al . 1995年)高达1.5(例如,转运等。1995年,拉马纳坦et al . 1995年),后者表明更高的吸收太阳辐射在多云-比无云的列。的R值的计算模型和来自德国的观测估计网站给出了图6。GCM值在1.03 (ARPEGE)到1.34 (ECHAM3),即包含云导致GCM大气中的某些短波吸收增加,然而,大大低于1.5建议转运et al . (1995)。观测估计德国网站,另一方面,支持R的值接近统一(图6),这表明云层的存在不显著改变整个吸收大气中的列,至少在考虑。注意平等多云和无云大气中吸收并不排除这样一种可能性,即云本身显示出增强吸收。,而州可能抵消额外的吸收通过云的云阴影阻止光子进入更深的进入大气层,从而降低被吸收的概率(参见例如,李et al . 1995年)。德国网站,后者效果甚至似乎略微占主导地位,导致有些多云大气中吸收低于无云的大气和R = 0.97。目前的结果也符合李et al。(1995)的结果他也决定R值低于一个特别高纬度地区。他们采用卫星估计作为参考用于晴天地表吸收,而本研究使用直接观察相同的数量。 For the German area specifically, Li et al. (1995) obtained R = 1.1, which is somewhat higher than the value of 0.97 found here. This difference may be explained by the neglect of aerosol in the algorithm used in Li et al. (1995) to derive surface clear-sky absorption from satellites, thereby slightly underestimating the shortwave absorption particularly in the cloud-free atmosphere (Z. Li., personal communication 1999).

另一方面,没有迹象显示提供的信息直接测量支持R值高达1.5。值R等于1.5意味着德国网站之间的差异30 Wm-2多云和无云大气吸收。似乎不太可能所固有的不确定性的观测估计可能屏蔽信号的大小。观测估计因此提供云吸收应该高于目前没有迹象表明,在这个模型中找到。

这表明,低估了短波吸收GCM大气中的无花果。2和3的吸收主要是由于缺乏万里无云的大气的一部分而不是在多云的部分。这是与水蒸气吸收的低估这个模型使用辐射方案基于旧的光谱数据,和另外的不足表示气溶胶吸收特别地区的气溶胶高加载。

图6。比R短波云辐射强迫在表面,TOA(年平均)。全球大气环流模型作为参考图4

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