輻射強(qiáng)迫是氣候建模的關(guān)鍵指標(biāo)之一。大多數(shù)氣候模型，包括大氣環(huán)流模型 (GCM)，都關(guān)注不同大氣因素對輻射強(qiáng)迫的影響。然而，衛(wèi)星觀測和多模型模擬中仍然存在與某些大氣因素相關(guān)的巨大不確定性。其中，云是 GCM 中已知的不確定性來源，導(dǎo)致輻射偏差。然而，另一個可能的輻射不確定性來源與降水有關(guān)。

原則上，降水粒子通過干擾入射短波和出射長波輻射來影響輻射強(qiáng)迫。但耦合模式比對計(jì)劃第 6 階段 (CMIP6) 中的大多數(shù)傳統(tǒng) GCM 都以診斷方式處理降水并排除降水的輻射效應(yīng) (REP)。由于復(fù)雜的大氣-海洋反饋和多模型變異性，提取氣候模型中 REP 的幅度具有挑戰(zhàn)性。為此，一項(xiàng)由岡山大學(xué)副教授 Takuro Michibata 領(lǐng)導(dǎo)的新研究于 2024 年 6 月 19 日發(fā)表在npj 氣候與大氣科學(xué)上，研究了 REP 對不同地理尺度輻射強(qiáng)迫的影響。

Michibata 博士采用了日本 GCM MIROC6 的三個子版本，結(jié)合了不同的降水和輻射計(jì)算處理方法。這些子版本包括不含 REP 的診斷降水 (DIAG)、不含 REP 的預(yù)測降水 (PROG REP-OFF) 和含 REP 的預(yù)測降水 (PROG REP-ON)，以量化降水粒子對全球和區(qū)域尺度的輻射收支和水文循環(huán)的影響。“除了修改 MIROC6 模型外，我們還使用了 CMIP6 數(shù)據(jù)檔案中的 34 個氣候模型，以更好地了解 REP 對北極放大季節(jié)變化的影響。因此，通過使用多組模擬和多個衛(wèi)星觀測，我們系統(tǒng)地記錄了 REP 對全球和區(qū)域水文循環(huán)和能量收支的重要性，”Michibata 博士解釋說。

研究發(fā)現(xiàn)，REP 不僅影響當(dāng)?shù)氐臒崃W(xué)分布，還通過改變大氣環(huán)流影響遠(yuǎn)程降水率和分布。由于大氣中的降水粒子，凈短波輻射集體減少(“遮陽傘效應(yīng)”)。同時，凈長波輻射出現(xiàn)逆轉(zhuǎn)(“變暖效應(yīng)”)，尤其是在北極地區(qū)。根據(jù) PROG REP-ON，這導(dǎo)致大氣輻射冷卻減弱，從而減緩全球水文循環(huán)。

與沒有 REP 的模擬結(jié)果相比，極地地區(qū)的地表變暖更為明顯，冬季地表溫度明顯升高，平均升高超過 1 K。這一溫度升高幅度是夏季變暖的兩倍多。這項(xiàng)研究主要強(qiáng)調(diào)了 PROG REP-ON 中的地表變暖程度，即冬季比夏季更強(qiáng)烈。這在 34 個 CMIP6 模型中得到了進(jìn)一步驗(yàn)證，這些模型還顯示了在考慮 REP 后北極放大的系統(tǒng)變化。

相比之下，熱帶和亞熱帶地區(qū)的溫度變化相對較小。事實(shí)上，三維輻射收支分析表明，降水變化是熱帶地區(qū) REP 的主要影響，而極地地區(qū)的溫度變化則較為顯著。

這些結(jié)果表明，REP 對全球和區(qū)域尺度的輻射收支和水文循環(huán)具有顯著影響，這可以為 REP 對溫度和降水變化的影響機(jī)制提供寶貴信息。此外，這意味著將 REP 納入 GCM 可以改善氣候模型中的降水和溫度偏差，從而提高這些氣候模擬相對于觀測證據(jù)的準(zhǔn)確性。

“目前的氣候模型仍然存在很大的不確定性，特別是在模擬北極氣候方面。鑒于北極氣候與中緯度氣象和天氣的聯(lián)系很遠(yuǎn)，這項(xiàng)研究將有助于改進(jìn)氣候模型，以更準(zhǔn)確地預(yù)測未來的氣候變化和極端天氣發(fā)生的變化。此外，REP 中的過程級理解將對其他建模小組未來模型開發(fā)有用，”Michibata 博士總結(jié)道。