短波气溶胶辐射强迫

最后更新于2022年11月14日星期一|地球表面

西南偏航气溶胶辐射强迫，AF，或更准确地说是“气溶胶通量变化”，是气溶胶对TOA、地球表面或大气内西南偏航辐射收支的影响，由

其中Fi和fclear i分别为有气溶胶和不存在气溶胶时的西南辐射通量。指数i涉及根据相应的SW通量定义的各种气溶胶强迫。强迫AFTOa、AFatmo、AFsurf和AFnsurf表示气溶胶对TOA的西南辐射、大气中吸收的西南辐射、地球表面向下的西南辐射和表面向下(或吸收的)净西南辐射的影响。

气溶胶通过向太空和大气层散射来冷却地球表面大气吸收从而减少到达地表的太阳辐射。因此，气溶胶的存在对大气的热动力学有显著的影响

地球大气层系统。通过冷却表面和加热大气气溶胶也可以通过减少对流活动来产生更稳定的大气条件。它们还减少了地表的蒸发，因此可以通过抑制云的形成和相关降水对水文循环产生重大影响。辐射能在地球表面和大气之间的气溶胶再分配突出了大气中颗粒物质(数量和组成)负荷的增加对气候的作用，因为它加强了荒漠化进程，特别是在地中海盆地等半干旱地区。raybet雷竞技最新

8.6.1 TO A处气溶胶强迫

一般来说，气溶胶通过反射而增加太阳辐射在TOA，平均每月降低6 W m~2，从而产生行星冷却(图8.22)。然而，气溶胶可以使TOA的太阳辐射平均每月减少4 W m~2，从而导致地球变暖。这是由于气溶胶粒子对大气太阳辐射的重要吸收，例如那些以矿物成分为特征的粒子沙漠地区(如撒哈拉，阿拉伯)或大陆地区(如欧洲，北亚，北美)的烟尘颗粒。一般情况下，晴空条件下气溶胶对TOA(气溶胶强迫AFtoa)向外辐射的影响符号由单散射反照率w和地表反照率Rg决定。因此，尽管西伯利亚地区在冬季发现了行星变暖，但在夏季却发现了行星变冷。Rg的作用还可以通过以下对比得到证明:在Rg低的海洋地区或Rg低于0.3的大陆地区(萨赫勒以南)上空由矿物气溶胶产生的行星冷却，以及在高反射沙漠上空由类似矿物气溶胶产生的行星变暖(Rg >0.3)。高反射表面(例如极地地区)的气溶胶引起的行星变暖是由于污染气溶胶(雾霾)引起的粒子吸收，这种吸收通过冰或雪覆盖表面与上面的气溶胶之间的多次反射而增强。现场测量已经证实了这一效应，例如在气溶胶表征实验(ACE-2)期间。北极雾霾就是一个例子，它含有相当数量的人为杂质，包括煤烟(源自北欧、北美和亚洲的工业化中心)，在冬季进行远距离运输反气旋的条件(空气下沉的高压地区和有利于温和风的低压梯度)，大大降低了反照率，并对人为硫酸盐造成的全球变冷起作用。北极气溶胶类型，包括来自中纬度大陆地区的烟尘颗粒，可以在北纬70°以北找到。有利于这种输送的反气旋情况主要持续在冬季到春季，当时一个强烈的高压系统将北极锋推向南方。欧亚大陆、日本和北美的大片受污染的农业和工业化地区都在北极气团内，这可以使气溶胶在北方传播

: TOA的紫外可见气溶胶强迫

6 4 -2 0 2 4 6

浮动。8.22.大气气溶胶对发射uv -可见辐射影响的全球分布top-of-atmosphere(气溶胶强迫AFrOA, W m-2)，使用GADS气溶胶气候资料。(Hatzianastassiou et al. 2004a)

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浮动。8.22.使用GADS气溶胶气候数据的1月份大气顶部uv -可见辐射的气溶胶效应的全球分布(气溶胶强迫AFrOA, W m-2)。(Hatzianastassiou et al. 2004a)

杆。这种大气活动被进一步放大的缺乏云和降水．AFtoa的大小由入射太阳辐射、与AOT直接相关的气溶胶层反射率和晴空分数决定。夏季热带和亚热带AFtoa最大值与相对较小的云量(例如1月在印度上空，7月在地中海上空)、较大的入射太阳辐射值以及相对较大的AOT值有关。北半球中纬度地区(欧洲、美国)夏季的AFtoa值大于冬季，这主要是由于夏季TOA的入射太阳通量较大，云量较少。

8.6.2气溶胶强迫大气吸收

从图8.23和8.24可以看出气溶胶引起的太阳大气吸收显著增加。研究发现，在具有大地表反照率(>0.3)的表面上有大量吸收性气溶胶(如矿物粉尘)的地区(如撒哈拉沙漠)，气溶胶造成平均每月紫外可见光波段高达25 W m~2，近红外波段高达7 W m~2。在欧洲、北美、南亚和东南亚上空，以及南非、亚马逊盆地和澳大利亚上空，由于气溶胶的存在，太阳大气吸收也增加了不到10 W m~2。值得注意的是，模式计算表明，1月是当地旱季，萨赫勒地区(5-10°N)气溶胶诱导的太阳大气吸收显著为5-12 W m~2。根据全球火灾地图集，火灾主要集中在这里

: 大气中的紫外可见气溶胶强迫

浮动。8.23.1月份气溶胶对大气吸收uv -可见辐射的影响(气溶胶强迫Afatmo, W m~2)的全球分布，使用GADS气溶胶气候资料。(Hatzianastassiou et al. 2004a)

冬季(1月)。当然，在萨赫勒以南地区，气溶胶对西南大气吸收(AFatmo)的影响也可以归因于沙漠沙尘在旱季发生的哈马坦信风的作用下从撒哈拉向赤道南下平流。相反，在北半球夏季(7月)，随着旱季转移到南半球，生物质燃烧占主导地位赤道以南模式计算表明，夏季气溶胶引起的太阳大气吸收增加，在南非和亚马逊盆地约为5-8 W m~2。

8.6.3气溶胶对地表的强迫作用

模式结果表明，气溶胶可使地球表面向下的月平均uv -可见辐射在区域上减少28 W m~2吸收的太阳辐射表面辐射降低高达23 W m~2，从而产生表面辐射冷却。表面太阳辐射的最大降幅出现在有大量气溶胶(AOT)的地区;因此，AOT、AFsurf和AFnsurf值是相关的。因此，在陆地地区(特别是沙漠地区)，气溶胶对地球表面向下的太阳辐射有很大的影响，而在海洋地区，由于上面有光学上薄的气溶胶层，因此发现了较小的强迫值。根据模型计算，

: 大气中的近红外气溶胶强迫

浮动。8.24.1月份气溶胶对大气吸收近红外辐射影响的全球分布(气溶胶强迫AFatmo, W m~2)，使用GADS气溶胶数据。(Hatzianastassiou et al. 2006)

气溶胶可以局部地对太阳能产生影响表面辐射这比它们在TOA的影响大三倍。

气溶胶对地球表面吸收的太阳辐射的辐射效应是由强迫AFsurf和地表反照率Rg决定的。因此，除了高反照率极地区域外，AFnsurf的特征与AFsurf相似。注意，在小的AFatmo值的情况下，AFtoa和AFnsurf的强迫在大小上几乎相等。在这种情况下，如Ramanathan et al.(2001)所建议的，对于纯散射气溶胶，可以从TOA的相应强迫来估计表面的气溶胶强迫。

8.6.4年平均半球气溶胶强迫

表8.13给出了在全天空条件下北半球(NH)、南半球(SH)和全球的三种类型的直接气溶胶强迫(自然和人为结合)的AFtoa、AFatmo和AFnsurf的年平均模式估计。我们注意到，为了节能，我们有

由于所有的气溶胶，对空间的全球冷却估计为1.62 wm2，而表面冷却估计为-3.22 wm2，因此给出了一个大气

表8.13自然气溶胶和人为气溶胶组合的模式年平均全球和半球(NH, SH)全天短波直接气溶胶辐射强迫(W m-2)。在TOA给出的强迫是:向外的西南辐射，大气吸收和地表净。(Hatzianastassiou et al. 2007)

AFtoa Afat mo AFnsurf

Globe L62 L60 -3.22 NH 1.72 2.63 -4.35 SH 1.51 0.58 -2.09

吸收1.60 W m-2。由于北半球的重度工业化(碳质气溶胶更多)，气溶胶对大气的吸收更大，而南半球除了热带生物质燃烧之外，有天然的海洋硫酸盐气溶胶，主要是散射的。这可以从AFatmo值中看到。类似的辐射强迫值也在Yu等人(2006)的综述中报道，基于基于测量的评估。

OSR全球梯度的变化将影响大气中的一般环流模式，从而影响气候。raybet雷竞技最新许多关于直接气溶胶西南强迫的研究集中在人为散射硫酸盐气溶胶的分布和辐射效应上，这些气溶胶被认为产生了显著的冷却效应。天然气溶胶对气候同样重要。raybet雷竞技最新另一方面，人们已注意到矿物粉尘气溶胶，特别是由土地利用变化引起的气溶胶，因为它们对气候变化有很大的贡献大气气溶胶负荷以及太阳辐射的吸收。在全球范围内，已经开展了许多关于人为硫酸盐、黑(元素)碳、生物质燃烧和化石燃料产生的碳质和煤烟气溶胶、硝酸盐气溶胶、土壤粉尘和有机物造成的直接强迫的研究。我们注意到矿物粉尘(来自沙漠)和黑碳(工业污染源)实际上减少了太阳辐射，从而导致全球变暖。全球直接气溶胶强迫可能与人为的气溶胶强迫相当温室迫使长波辐射，即全球变暖，估计会减少约2.4 W m~2的热红外辐射(IPCC 2001)。

继续阅读:TOA的长波辐射预算

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8.6.2气溶胶强迫大气吸收

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