内蒙古草原次网格尺度云辐射强迫时空变化的观测研究

The Sun is the primary source of energy for the Earth’s climate system. Clouds strongly modulate the radiation budget through reflection of solar radiation back to space, and by trapping terrestrial radiation within the atmosphere. The model and satellite underestimate the surface solar radiation, as the impact of various cloud types on the net radiation budget on subgrid-scale is not fully understood to the extent that for some cloud types neither the magnitude nor even the sign is known..This project is innovatively to conduct a high-density radiation network of 25 pyranometer stations across a spatial domain (10 km × 10 km) in Inner Mongolia grassland. Each stations include a pyranometer, a total sky imager, and automatic weather station. The dataset of surface solar radiation on subgrid-scale will be obtained and managed. The statistic characters of cloud radiative forcing of various cloud type will be quantified. Also, the spatiotemporal variability of cloud radiative forcing will be analyzed. Lastly, parameterization among cloud, radiation, and meteorological factors will be built.

太阳辐射是地球气候系统能量的主要来源，云通过反射太阳辐射和吸收长波辐射，影响着地气系统的辐射收支平衡，是气候变化研究中非常重要却又最不确定的因子。现有的模式计算和卫星遥感大都高估了到达地表的太阳辐射，其原因之一在于没有准确获得次网格尺度云辐射强迫的时空变化特征。.本项目拟组建次网格尺度（10 km × 10 km）地表辐射加密观测网，该辐射网将包含25个均匀分布的辐射子系统，集成了辐射表、云像仪和自动气象站等仪器，通过在内蒙古草原开展为期两年的太阳辐射加密观测试验，建立次网格尺度地表辐射数据集，定量评估不同类别云的辐射强迫统计特征，获得次网格尺度不同类别云辐射强迫时空变化特征量，建立次网格云、太阳辐射和气象要素之间参数化关系。本项目的实施不仅可为模式和卫星验证提供时空匹配基础数据集，研究结果也将为改进天气、气候模式中的辐射计算模块提供科学基础。

太阳辐射是地球气候系统能量的主要来源，现有的模式计算和卫星遥感大都高估了到达地表的太阳辐射，其原因之一在于没有准确获得次网格尺度云辐射强迫的时空变化特征。本项目在内蒙古草原开展为期两年的太阳辐射加密观测试验，组建次网格尺度（10 km × 10 km）地表辐射加密观测网，获得了关键的次网格尺度地表辐射数据集，建立了基于辐射观测数据的云类别自动识别分类算法，定量评估不同类别云的辐射强迫统计特征，获得次网格尺度不同类别云辐射强迫时空变化特征量，除此之外，验证了卫星及再分析资料地表太阳辐射精度。主要结论如下：浅对流云的小时辐射强迫能达到-134 W m-2次网格尺度内辐射变化规律高度依赖云类型。在晴空条件下，辐射时间变化率始终保持在12 W m-2。在有云条件下，辐射变化范围随着时间尺度的增加而降低，变化范围从29.2到 68.7W m-2 变化，在浅对流云条件下，波动更大。静止葵花卫星地表辐射产品和MERRA-2的地表辐射数据在污染重的地区，都存在低估气溶胶光学厚度，从而高估地表太阳辐射。本项目的实施不仅可为模式和卫星验证提供时空匹配基础数据集，研究结果也将为改进天气、气候模式中的辐射计算模块提供科学基础。