气候模式中云的垂直重叠假定对模拟的地-气辐射的影响研究

本文将一种新的可以模拟云的多种垂直重叠假定的随机次网格云产生器(SCG)放入NCAR/CAM3气候模式中,利用该产生器得到云的四种垂直重叠结构,即最大重叠(MO)、随机重叠(RO)、最大-随机重叠(MRO)以及近年来发展的一般重叠(GenO),并以GenO为参照研究了这四种云的重叠结构对模拟的地-气辐射的影响,为气候模式中云的次网格结构选择提供一定的依据。结果表明,MRO、MO和RO总云量分别与GenO总云量(全球平均0.64左右)偏差约-0.012、-0.034和0.026,其中MRO最接近GenO。不同重叠假定对地面接收到的短波辐射通量(DSR)的改变显著,在热带对流区达到16W/m2以上,相当于GenO下该地区相应量的8%～12%,通过了95%信度检验;在中高纬度低云量大的地区也达到4～8W/m2。不同重叠假定对大气顶出射长波辐射(OLR)的改变比其对短波辐射通量的改变小得多,在热带对流区有极大值3～4W/m2。不同的云重叠结构的大气加热率垂直廓线不同,从而影响大气热力结构,其中长波加热率差值(最大约0.1～0.26K/d)比短波加热率差值(最大约0.01～0.025K/d)几乎大一个量级,因此,长波加热率的变化是影响大气热力层结的主要因素。云重叠假定影响地面和大气顶云辐射强迫,并通过柱辐射强迫使得整层气柱的能量收支发生变化,不同纬度变化趋势也不同,从而系统性地改变地-气系统能量在各纬度地区的分配,影响所模拟的气候系统的演变。