探索地球能量流動的觀測方法與數值模拟研究
前言
觀測和模拟地球氣候系統能量流動方面的進展，重點關注對地球能量流動及其對幹擾的敏感性的了解狀況，特别是雲和氣溶膠的作用。更精确的總太陽輻射和海洋焓變化速率的測量有助于将大氣頂部能量收支的各個組成部分限制在±2 W m−2之内。
觀測系統和模型
相比十年前的認識，地球反射的太陽輻射要少得多，而向外輻射的地球輻射要更多。主動遙感正在幫助限制地表能量收支，但利用這種方法獲得的下行地表輻照度估計與現有降水氣候學資料難以協調一緻。
現代氣候科學開始将對氣候系統的描述性圖像與定量理論相結合，距今隻有大約一百年，在19世紀末期，尤其是與地球輻射相關的紅外波長，輻射傳輸的了解正在迅速發展，人們開始能夠定量描述能量通過地球系統的流動與平均表面溫度等數量之間的關系。
阿爾涅斯的1896年計算工作是一個輻射傳輸的實踐，他量化了太陽輻射和地球輻射通過地球系統以及影響這些傳輸的各種過程的流動。對地球能量流動的了解越來越重要，在最近的ISSI研讨會上，圍繞三個基本問題進行了讨論。
“觀測和模拟地球能量流動”示範圍繞以下三個問題展開，關于地球能量收支的現有了解狀态如何，大氣成分，特别是雲和氣溶膠，如何影響這種能量收支，以及模組化如何幫助限制描述調節氣候系統能量流動的過程。
輻射強迫必須考慮到系統對于擾動的快速響應
下面依次讨論了這些問題，尤其是與推進對氣候系統了解的核心問題。雖然本文中的讨論受益于研讨會上的報告和讨論，但所述材料由本文作者負責，不應被視為代表研讨會參與者的觀點或研讨會共識。
對地球能量收支的現有了解 2.1全球能量平衡 測量在推進對氣候系統能量流動了解方面起到了至關重要的作用。目前對這些能量流動的了解總結在圖1中，該圖基于現有的文獻尤其2009年；等人，2012年；Stephens等人，2012年。
與地表相比，對大氣頂部的能量流動了解更為确定，因為來自衛星遙感方面的進展使得大氣頂部的測量取得了重大突破。
地球輻射平衡實驗以及現在的雲和地球輻射能量系統CERES任務等人，1996年的測量結果令人信服地顯示出，地球反射的短波輻射更少，而向外輻射的長波輻射更多，這一發現有助于将大氣頂部能量收支控制在每平方米幾瓦左右的範圍内。
涉及雲量變化的調整産生重要影響
Schneider1972年首次提出了考慮氣候系統中雲回報的架構，引入了雲強迫的概念，另請參見1987。通過确定與無雲場景相關的短波和長波輻射通量的子集，并假設可以忽略與鄰近雲的三維效應，可以确定“雲輻射強迫”。
即實際輻射通量與被識别為無雲場景的天空貢獻之間的差異。如前所述，“雲強迫”一詞用于表示由于大氣組分即雲變化而導緻的輻射通量變化。然而，由于這種術語不能區分總體雲量的輻射效應和伴随外部擾動雲屬性的輻射擾動。
有助于區分背景雲覆寫狀态的輻射效應，将術語“輻射強迫”保留給由外部施加的雲屬性變化驅動的輻射擾動。無雲天空的輻射特性除了取決于地表反射率外，還取決于大氣的氣體組成，以及大氣氣溶膠的空間和時間分布以及化學和微實體特性。
雲量變化的調整問題
大氣氣溶膠顆粒還充當雲凝結核和形成冰核，是雲液滴和冰晶形成的種子顆粒，氣溶膠的變化預計會改變雲的屬性，進而對間接氣溶膠輻射強迫産生影響。大氣氣溶膠在圖中幾乎所有組成部分的能量流動中都會産生不同程度的影響。
無論觀測系統多麼複雜，模型對于估計氣候系統基本屬性至關重要。強迫-回報-響應架構隻有在組成擾動與輻射強迫相關聯時才有用。而且，如果要具有任何普遍意義，這種輻射強迫必須包含系統對擾動的快速響應的變化。
長期以來，對非均勻擾動和特殊情況下的均勻強迫，如溫室氣體所緻的擾動，即平流層調整的調整問題已經引起人們的關注。
筆者觀點
強迫-回報-響應架構提供了估計氣候系統基本屬性的有效方法，但其前提是能夠将組成擾動與輻射強迫相聯系，調整問題涉及到非均勻擾動和特殊情況下的均勻強迫，尤其是涉及雲量變化的調整，對于确定氣候系統對組成變化的響應存在重要不确定性。
在進行氣候變化研究時，需要充分考慮各種潛在因素，并利用多學科的方法來減小這些不确定性，以更好地了解和應對氣候變化的影響。
