探索地球能量流动的观测方法与数值模拟研究
前言
观测和模拟地球气候系统能量流动方面的进展，重点关注对地球能量流动及其对干扰的敏感性的理解状况，特别是云和气溶胶的作用。更精确的总太阳辐射和海洋焓变化速率的测量有助于将大气顶部能量收支的各个组成部分约束在±2 W m−2之内。
观测系统和模型
相比十年前的认识，地球反射的太阳辐射要少得多，而向外辐射的地球辐射要更多。主动遥感正在帮助约束地表能量收支，但利用这种方法获得的下行地表辐照度估计与现有降水气候学资料难以协调一致。
现代气候科学开始将对气候系统的描述性图像与定量理论相结合，距今只有大约一百年，在19世纪末期，尤其是与地球辐射相关的红外波长，辐射传输的理解正在迅速发展，人们开始能够定量描述能量通过地球系统的流动与平均表面温度等数量之间的关系。
阿尔涅斯的1896年计算工作是一个辐射传输的实践，他量化了太阳辐射和地球辐射通过地球系统以及影响这些传输的各种过程的流动。对地球能量流动的理解越来越重要，在最近的ISSI研讨会上，围绕三个基本问题进行了讨论。
“观测和模拟地球能量流动”演示围绕以下三个问题展开，关于地球能量收支的现有理解状态如何，大气成分，特别是云和气溶胶，如何影响这种能量收支，以及建模如何帮助约束描述调节气候系统能量流动的过程。
辐射强迫必须考虑到系统对于扰动的快速响应
下面依次讨论了这些问题，尤其是与推进对气候系统理解的核心问题。虽然本文中的讨论受益于研讨会上的报告和讨论，但所述材料由本文作者负责，不应被视为代表研讨会参与者的观点或研讨会共识。
对地球能量收支的现有理解 2.1全球能量平衡 测量在推进对气候系统能量流动理解方面起到了至关重要的作用。目前对这些能量流动的理解总结在图1中，该图基于现有的文献尤其2009年；等人，2012年；Stephens等人，2012年。
与地表相比，对大气顶部的能量流动了解更为确定，因为来自卫星遥感方面的进展使得大气顶部的测量取得了重大突破。
地球辐射平衡实验以及现在的云和地球辐射能量系统CERES任务等人，1996年的测量结果令人信服地显示出，地球反射的短波辐射更少，而向外辐射的长波辐射更多，这一发现有助于将大气顶部能量收支控制在每平方米几瓦左右的范围内。
涉及云量变化的调整产生重要影响
Schneider1972年首次提出了考虑气候系统中云反馈的框架，引入了云强迫的概念，另请参见1987。通过确定与无云场景相关的短波和长波辐射通量的子集，并假设可以忽略与邻近云的三维效应，可以确定“云辐射强迫”。
即实际辐射通量与被识别为无云场景的天空贡献之间的差异。如前所述，“云强迫”一词用于表示由于大气组分即云变化而导致的辐射通量变化。然而，由于这种术语不能区分总体云量的辐射效应和伴随外部扰动云属性的辐射扰动。
有助于区分背景云覆盖状态的辐射效应，将术语“辐射强迫”保留给由外部施加的云属性变化驱动的辐射扰动。无云天空的辐射特性除了取决于地表反射率外，还取决于大气的气体组成，以及大气气溶胶的空间和时间分布以及化学和微物理特性。
云量变化的调整问题
大气气溶胶颗粒还充当云凝结核和形成冰核，是云液滴和冰晶形成的种子颗粒，气溶胶的变化预计会改变云的属性，从而对间接气溶胶辐射强迫产生影响。大气气溶胶在图中几乎所有组成部分的能量流动中都会产生不同程度的影响。
无论观测系统多么复杂，模型对于估计气候系统基本属性至关重要。强迫-反馈-响应框架只有在组成扰动与辐射强迫相关联时才有用。而且，如果要具有任何普遍意义，这种辐射强迫必须包含系统对扰动的快速响应的变化。
长期以来，对非均匀扰动和特殊情况下的均匀强迫，如温室气体所致的扰动，即平流层调整的调整问题已经引起人们的关注。
笔者观点
强迫-反馈-响应框架提供了估计气候系统基本属性的有效方法，但其前提是能够将组成扰动与辐射强迫相联系，调整问题涉及到非均匀扰动和特殊情况下的均匀强迫，尤其是涉及云量变化的调整，对于确定气候系统对组成变化的响应存在重要不确定性。
在进行气候变化研究时，需要充分考虑各种潜在因素，并利用多学科的方法来减小这些不确定性，以更好地理解和应对气候变化的影响。
