基于观测约束的气溶胶间接气候效应的研究

The estimate of aerosol indirect forcing is one of the largest uncertainties in estimates of the radiative forcing of climate change since the pre-industrial era. Constraints from observations on aerosol indirect forcing are an important way to improve the estimate of aerosol indirect forcing. However, previous observational constraints suffer from the lack of dynamical-regime-based analysis, the lack of the systematic constraints that involve multiple processes/factors, and the lack of robust tests on whether those observables used can effectively constrain aerosol indirect effects. This project will use dynamical-regime-based analysis and factorization analysis to examine how different factors/processes contribute to the uncertainty in the aerosol indirect forcing and how aerosol indirect forcing and its uncertainty depend on dynamical regimes. This project will use satellite and ground observations and select the robust observables to constrain aerosol indirect forcing under different dynamical regimes and for different factors/processes， which will help to reduce the uncertainty in the estimate of aerosol indirect forcing.

气溶胶间接气候效应的辐射强迫估计是气候变化领域从科学认知上不确定性最大的方向之一，而来自观测资料的约束是提高气候模式中气溶胶间接气候效应估计的重要途径。前期的观测约束研究中多注重全球结果而少区域上的约束，多单个物理过程的约束而少系统性多过程的约束。前期观测约束研究中也缺少对可观测量的可靠性检验。本项目运用动力区域分类和因子分解的方法，揭示不同因子对气溶胶间接气候效应不确定性的贡献，分析气溶胶间接气候效应及其不确定性的动力区域依赖性。本项目进一步针对不同的动力区域和不同物理过程，使用卫星和地面观测资料，通过可靠性检验选取可靠的可观测量，来约束气溶胶间接气候效应的辐射强迫估计，减少气溶胶间接气候效应辐射强迫估计上的不确定性。

气溶胶间接气候效应是全球气候变化科学认知上最大不确定性之一，如何更好的理解气溶胶间接气候效应的不确定性及如何基于观测来约束和减小这一确定性有着重要的科学意义。本项目围绕气溶胶间接气候效应观测约束这一核心科学问题，基于卫星观测和区域/全球气候模式开展了深入研究，取得了一系列的科研成果。本项目发展了多个用于气溶胶间接气候效应研究的诊断分析方法，包括云动力区域分类法来研究气溶胶间接气候效应的动力区域依赖；通过因子分解法将气溶胶间接气候效应分解为多个因子，定量分析不同因子对气溶胶间接气候效应的贡献，并用来比较分析多个模式中不同因子对不确定性的贡献；发展了基于云凝结核数浓度和云厚度来诊断分析气溶胶云生命周期效应的方法。这些方法为定量评估和理解气溶胶间接气候效应不确定性，并进一步提高模式中气溶胶间接气候效应的模拟提供了重要的工具。运用这些分析方法，本项目揭示了气溶胶间接气候效应在海洋上升区域的不确定性很大，而气溶胶云生命周期效应是气溶胶间接气候效应不确定性的主要贡献因子，这些是气溶胶间接气候效应模拟和观测约束的重点。本项目进一步通过卫星观测分析发现气溶胶对海洋云量的影响很大，而这一效应在模式中可能被低估了，应该是未来模式评估和发展的重点领域。本项目也揭示长期卫星观测是用来研究气溶胶-云相互作用和气溶胶间接气候效应重要方法，有望未来更好用于评估和约束气候模式中气溶胶间接气候效应。本项目相关成果已经发表在国际主流期刊或者正在投稿和撰写中，目前已经发表SCI论文6篇，包括Science杂志论文一篇，同时还有两篇论文在审稿。论文的相关成果得到广泛关注，发展的分析方法也被不同的研究小组采纳。比如发展降雨敏感度方法多个小组用来评估和约束模式中气溶胶-云-降雨相互作用，而发展的基于云凝结核数浓度和云厚度的诊断方法已经被其他研究组用来评估模式中气溶胶间接气候效应。