大氣頂入射太陽(yáng)輻射是地球氣候系統(tǒng)最重要的能量來(lái)源。由于太陽(yáng)常數(shù)觀測(cè)的不確定性，氣候模式所使用的太陽(yáng)常數(shù)略有區(qū)別，但是所有模式都使用了常規(guī)的算法來(lái)計(jì)算太陽(yáng)高度角[Green,1985]。太陽(yáng)常數(shù)和太陽(yáng)高度角決定了大氣頂入射太陽(yáng)輻射的空間和時(shí)間分布。理論上，如果忽略一天之內(nèi)太陽(yáng)赤緯的微小改變，日平均的大氣頂入射太陽(yáng)輻射應(yīng)該是緯向均勻的。
但是，中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所周林炯、張明華、包慶和劉屹岷發(fā)現(xiàn)參加耦合模式比較計(jì)劃第五階段（CMIP5）的所有模式中并非全部都如此。他們發(fā)現(xiàn)8個(gè)CMIP5模式的大氣頂入射太陽(yáng)輻射出現(xiàn)了虛假的緯向波動(dòng)，最大的偏差振幅高達(dá)30W/m2。他們研究發(fā)現(xiàn)這樣的輻射偏差來(lái)自于計(jì)算太陽(yáng)天頂角的樣品誤差。當(dāng)模式的輻射時(shí)間步長(zhǎng)為1小時(shí)時(shí)，這樣的樣品誤差會(huì)導(dǎo)致晴空短波輻射出現(xiàn)3W/m2的偏差；當(dāng)模式的輻射時(shí)間步長(zhǎng)為3小時(shí)時(shí)，則為24W/m2。這樣的樣品誤差可以通過(guò)考慮輻射時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)太陽(yáng)天頂角的平均來(lái)消除。他們將一個(gè)改進(jìn)的算法應(yīng)用在CESM中，消除了空間和時(shí)間的樣品誤差帶來(lái)的大氣頂入射太陽(yáng)輻射偏差。該算法保證能量守恒，容易使用。
上述成果于近期發(fā)表于Geophysical Research Letters。
論文信息：Zhou, L., M. Zhang, Q. Bao, and Y. Liu (2015), On the incident solar radiation in CMIP5 models, Geophys. Res. Lett., 42(6), 1930-1935, doi: 10.1002/2015gl063239.
圖1 8個(gè)CMIP5模式年平均大氣頂入射太陽(yáng)輻射分布。為了突出熱帶地區(qū)的虛假緯向波動(dòng)，色標(biāo)經(jīng)過(guò)了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。單位：W/m2。
圖2（第一列）使用改進(jìn)的算法，輻射時(shí)間步長(zhǎng)為1小時(shí)，年平均大氣頂入射短波輻射（SDT），大氣頂晴空凈短波輻射（SNTC），大氣頂凈短波輻射（SNT），地表晴空凈短波輻射（SNSC），地表凈短波輻射（SNS）；（第二列）原始算法與改進(jìn)算法之差，輻射時(shí)間步長(zhǎng)為3小時(shí)；（第三列）原始算法與改進(jìn)算法之差，輻射時(shí)間步長(zhǎng)為1小時(shí)。單位：W/m2。
來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所
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