云辐射观测能力的进展与长期气候变化研究的挑战
引言
来自地球观测系统（EOS）和A-Train星座的卫星观测记录提升对地球顶层大气辐射收支变化背后过程的理解和记录能力。根据Terra和Aqua上的CERES仪器与其他仪器的比较，过去十年间大尺度的顶层辐射变化每年变化在0.5 Wm-2以内。
热带区域发出的远红外辐射（LW）与厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）的变化密切相关。在正向ENSO阶段，远红外辐射增加。
在负向ENSO阶段，远红外辐射减少。过去十年中最冷的一年是2008年，该年大部分时间都处于强拉尼娜状态。大气红外探测仪（AIRS）观测表明，低温延续了几个月，影响了大部分对流层，导致远红外辐射减少、净入射辐射增加。
根据中分辨率成像光谱仪和多角度成像光谱辐射计的观测，全球尺度上，远红外辐射异常部分被中纬度云量和云高的减少所抵消。
CERES数据显示，在拉尼娜条件下，云对辐射有净加热作用，在厄尔尼诺条件下有净冷却作用，但不同ENSO事件之间的异常幅度差异很大。
地球顶层大气（TOA）辐射收支是通过计算行星吸收和辐射出的能量之间的差异来确定的。气候强迫导致TOA辐射收支出现失衡，这对全球气候有直接影响，但由于大气和海洋动力的波动引起的地球辐射收支的自然变异使得情况变得复杂。
（20°S–20°N）TOA广泛波段出射远红外（LW）辐射（OLR）的连续31年记录，时间跨度为1979年至2010年，使用了非扫描仪和扫描仪器获得的数据。由于绝对校准差异，不同卫星之间的跳变可达3 Wm-2，但在测量误差范围内。
由于存在重叠，整个记录可以放置在共同的辐射尺度上。在强厄尔尼诺-南方涛动事件中，如1997/98年的厄尔尼诺，观察到高达5 Wm-2的异常。
随着作为地球观测系统（EOS）一部分的新星 passi ve 仪器和 A-Train 星座中的 active 仪器提供了多年的数据，现在可以更全面地观测地球辐射收支（ERB）的变化及其潜在过程。
同时获得全球范围内的 ERB 观测数据以及大量云、气溶胶、地表特性和大气状态数据，这些数据具有高度的精确性。相比仅有 ERB 观测数据的情况，这些数据集对于评估气候模型模拟提供了更全面的依据。
使用了 CERES Terra 的10年和 CERES Aqua 的7年8个月的区域月平均数据，这些数据来自 CERES SSF1deg-lite_Ed2.5 数据产品。
每个参数都以1°的区域、纬向和全球时间-空间尺度提供。TOA 辐射通量分为长波（LW）、短波（SW）和窗口（WN）区域的晴空和全天条件下的通量。
在CERES SSF1deg-Ed2.5数据产品中，对1°等面积格网框内的区域平均TOA通量进行插值，插值过程中假设气象条件保持不变，类似于对CERES ERBE-like数据进行平均的过程。
为了对陆地上无云的场景进行长波（LW）TOA通量插值，CERES SSF1deg-lite使用半正弦拟合来近似OLR的日变化周期。只使用可用的白天和夜晚LW观测值来确定每日均值。
对于CERES足迹中的MODIS 1 km像素，应用了云掩码来识别清晰和多云的场景。从CERES足迹中确定无云的TOA通量的条件是，在CERES足迹内部，99.9%或更多的MODIS像素被识别为无云。
由于CERES的空间分辨率较粗，SSF1deg-lite_Ed2.5中的无云TOA通量仅包括来自相对较大空间尺度和气象条件下无云区域的贡献，以及云较少出现的地理区域。
涉及使用MODIS-CERES窄波段到宽波段的回归关系，将在足迹的清晰部分上平均的MODIS窄波段辐射度转换为宽波段辐射度。将“宽波段”MODIS辐射度使用CERES无云条件下的角分布模型转换为TOA辐射通量。
热带地区的变异性大于全球范围，在这段时期，热带地区连续22个月出现负的出射长波TOA辐射异常，而在2008年和2009年初的大部分时间里，热带地区和全球范围内都出现了负的出射短波TOA辐射异常。
结论
新卫星仪器显然推动了云辐射观测能力的最新进展，但在量化云在更温暖气候下的变化以及云变化对地球辐射平衡的影响方面，迫切需要延长这些记录的时长并进一步提高其准确性。
解决长期气候变化的一个关键观测需求是提高仪器校准的精度，尤其是对成像仪和辐射平衡仪器的校准。尽管CERES TOA辐射记录的估计稳定性每十年约为0.5 Wm−2，比CERES发射前预期的要好3-4倍，但仍需要进一步提高2-3倍以约束云反馈。
