大氣狀态知識在雲參數化開發與評估中的重要性及其學術研究價值
引言：太陽輻射為地球上的所有過程提供能量，地球系統的能量存在于急流中的快速移動的風中，存在于飓風中釋放的巨大潛熱中，存在于深海中分子的振動中，能量在整個地球系統中的分布方式影響全球的溫度、降水和風向模式。是以，跟蹤和模拟地球能量的流動對于了解氣候是必要的。
雲是氣候系統中的關鍵組成部分，因為它們是調節地球系統能量流動的重要調節因素，雲通過反射、吸收和輻射過程與太陽和地球輻射能量流進行互相作用。
雲對太陽和地球輻射通量的影響通常被定義為總輻射與晴空輻射之間的差異，分别稱為短波和長波雲輻射強迫。短波雲輻射強迫量化了相對于晴空而言，由于雲的存在而增強的太陽輻射反射和能量減少。
長波雲輻射強迫量化了相對于晴空而言，由于雲的存在而減少的能量通過長波輻射向太空排放。從雲和地球輻射能量系統的觀測中測量得到的頂層大氣淨雲影響為-20 W m-2，表明雲對系統的綜合冷卻影響。
在平衡條件下，大氣通過雲中的凝結産生的潛熱和地表通量的顯熱加熱必須平衡太陽能吸收和紅外能量輻射和吸收對大氣的淨輻射冷卻。這個條件為水循環對氣候變化的響應提供了能量限制，它将潛熱加熱和大氣輻射冷卻響應聯系在一起。
此外雲内的垂直運動，特别是深對流，通過向上輸送熱量和動量，對大尺度環流如哈德利環流和馬登-朱利安振蕩産生貢獻，雲對地球能量流的許多方面産生影響，并且在氣候模型中必須準确表示，以獲得可靠的氣候變化預測。
由于對雲響應的預測存在差異，對外部氣候強迫的地球系統響應的全球環流模型預測存在不确定性。在CO2濃度加倍的情況下，最先進的GCM顯示出廣泛的平衡氣候敏感性範圍：從+2.0到大于+4.5 K。
氣候敏感性的大部分差異是由于氣候回報的差異：溫度、水汽、雲和地表反照率，雲回報被認為是氣候敏感性在模式間差異中的最大貢獻因素。
盡管所有雲類型都對雲回報做出貢獻，而且所有雲過程都存在顯著的不确定性，亞熱帶海洋邊界層雲對雲回報的模式間差異做出了最顯著的貢獻。
是以為了減少氣候敏感性的不确定性，必須更好地了解所有與雲有關的過程，特别是那些在亞熱帶海洋邊界層雲區域中具有重要性的過程。
衛星觀測在确定模型中雲頻率和光學特性偏差方面已經被證明是有用的；然而，由于采樣和雲定義的差異，這種比較并不直接。為了解決這些不一緻性，衛星儀器模拟器已經應用于GCM模拟中。
國際衛星雲氣候計劃的衛星模拟器已經成功用于評估氣候模型，最近的研究還将衛星模拟器方法擴充到A-Train主動雷射雷達和雷達遙感傳感器。讨論概述了衛星模拟器方法在模型雲評估中的實用性，但還需要進一步的改進。
通過大氣動力學和熱力學條件對雲屬性進行分類是評估模型雲屬性的一種有效方法，這種政策很有用，因為在不同的大氣條件下形成的雲具有不同的特征。
通過應用聯合機率分布方法和動力學和熱力學狀态診斷，擴充了這種方法來評估模型雲光學特性和輻射特性。
參數化開發和評估的一個關鍵組成部分是準确的大氣狀态知識，Wood指出，大尺度天氣再分析在氣候目的上是不足的，一個明顯的例子是天氣再分析中對邊界層雲的處理不足。
氣象再分析中很大程度上忽視了海洋層狀積雲，因為在這些地區沒有發生“重要”的天氣現象，然而，這些雲區對氣候至關重要。與會者一緻認為，需要改進大氣狀态資訊以改進雲參數化，并且在這個領域需要進一步的工作。
結論
了解雲對調節地球能量流的作用是一項複雜而極其重要的努力。上面概述了由雲在未來氣候變化中扮演的核心角色所激發的關鍵讨論主題，在“觀測和模拟地球能量流動研讨會”的“雲的作用”環節中，确定了與雲相關的關鍵不确定性。
