大气状态知识在云参数化开发与评估中的重要性及其学术研究价值
引言：太阳辐射为地球上的所有过程提供能量，地球系统的能量存在于急流中的快速移动的风中，存在于飓风中释放的巨大潜热中，存在于深海中分子的振动中，能量在整个地球系统中的分布方式影响全球的温度、降水和风向模式。因此，跟踪和模拟地球能量的流动对于理解气候是必要的。
云是气候系统中的关键组成部分，因为它们是调节地球系统能量流动的重要调节因素，云通过反射、吸收和辐射过程与太阳和地球辐射能量流进行相互作用。
云对太阳和地球辐射通量的影响通常被定义为总辐射与晴空辐射之间的差异，分别称为短波和长波云辐射强迫。短波云辐射强迫量化了相对于晴空而言，由于云的存在而增强的太阳辐射反射和能量减少。
长波云辐射强迫量化了相对于晴空而言，由于云的存在而减少的能量通过长波辐射向太空排放。从云和地球辐射能量系统的观测中测量得到的顶层大气净云影响为-20 W m-2，表明云对系统的综合冷却影响。
在平衡条件下，大气通过云中的凝结产生的潜热和地表通量的显热加热必须平衡太阳能吸收和红外能量辐射和吸收对大气的净辐射冷却。这个条件为水循环对气候变化的响应提供了能量约束，它将潜热加热和大气辐射冷却响应联系在一起。
此外云内的垂直运动，特别是深对流，通过向上输送热量和动量，对大尺度环流如哈德利环流和马登-朱利安振荡产生贡献，云对地球能量流的许多方面产生影响，并且在气候模型中必须准确表示，以获得可靠的气候变化预测。
由于对云响应的预测存在差异，对外部气候强迫的地球系统响应的全球环流模型预测存在不确定性。在CO2浓度加倍的情况下，最先进的GCM显示出广泛的平衡气候敏感性范围：从+2.0到大于+4.5 K。
气候敏感性的大部分差异是由于气候反馈的差异：温度、水汽、云和地表反照率，云反馈被认为是气候敏感性在模式间差异中的最大贡献因素。
尽管所有云类型都对云反馈做出贡献，而且所有云过程都存在显著的不确定性，亚热带海洋边界层云对云反馈的模式间差异做出了最显著的贡献。
因此为了减少气候敏感性的不确定性，必须更好地理解所有与云有关的过程，特别是那些在亚热带海洋边界层云区域中具有重要性的过程。
卫星观测在确定模型中云频率和光学特性偏差方面已经被证明是有用的；然而，由于采样和云定义的差异，这种比较并不直接。为了解决这些不一致性，卫星仪器模拟器已经应用于GCM模拟中。
国际卫星云气候计划的卫星模拟器已经成功用于评估气候模型，最近的研究还将卫星模拟器方法扩展到A-Train主动激光雷达和雷达遥感传感器。讨论概述了卫星模拟器方法在模型云评估中的实用性，但还需要进一步的改进。
通过大气动力学和热力学条件对云属性进行分类是评估模型云属性的一种有效方法，这种策略很有用，因为在不同的大气条件下形成的云具有不同的特征。
通过应用联合概率分布方法和动力学和热力学状态诊断，扩展了这种方法来评估模型云光学特性和辐射特性。
参数化开发和评估的一个关键组成部分是准确的大气状态知识，Wood指出，大尺度天气再分析在气候目的上是不足的，一个明显的例子是天气再分析中对边界层云的处理不足。
气象再分析中很大程度上忽视了海洋层状积云，因为在这些地区没有发生“重要”的天气现象，然而，这些云区对气候至关重要。与会者一致认为，需要改进大气状态信息以改进云参数化，并且在这个领域需要进一步的工作。
结论
理解云对调节地球能量流的作用是一项复杂而极其重要的努力。上面概述了由云在未来气候变化中扮演的核心角色所激发的关键讨论主题，在“观测和模拟地球能量流动研讨会”的“云的作用”环节中，确定了与云相关的关键不确定性。
