欧洲过去、现在和未来的太阳辐射趋势：多源评估云层和气溶胶的作用

《Remote Sensing of Environment》：Past, current and future solar radiation trends in Europe: Multi-source assessment of the role of clouds and aerosols

表面太阳辐射（SSR）趋势分析表明，1994-2023年欧洲SSR年增幅达3.1 W/m2/decade，其中气溶胶直接效应（ADE）贡献约20%，云覆盖率变化（含Twomey和Albrecht效应）及温度升高共同贡献80%。CMIP6模型预测2024-2054年SSR增幅较小（0.2-0.8 W/m2/decade），且云覆盖率下降趋势与温度升高相关。卫星数据（Solargis-3.2、SARAH-3）与地面观测（GEBA）一致性较高，而ERA5低估显著。研究强调气溶胶与云的相互作用及模型不确定性需进一步验证。

　　近年来，欧洲地表太阳辐射（SSR）的增加引起了广泛关注，因为这种变化可能对全球气候系统产生深远影响。本研究旨在评估1994年至2054年间欧洲SSR的变化趋势，并通过综合地面观测数据、五个历史网格化数据集以及30个CMIP6气候模型的模拟结果，对不同强迫情景下的未来趋势进行预测。这些数据集和模型共同构成了对欧洲SSR趋势在时间和空间上前所未有的连续描述。

在1994年至2023年期间，观察到的区域SSR趋势为3.1 W/m2/十年。所有网格化数据集，除了ERA5再分析数据集外，其趋势与该值的偏差都在±0.3 W/m2/十年或更小的范围内。研究假设云层和气溶胶是SSR趋势的主要驱动因素，其中约20%的趋势可归因于气溶胶直接效应（ADE）。然而，仅考虑第一类气溶胶间接效应（AIE）无法完全解释与云层变化相关的SSR趋势，表明云层覆盖变化在其中扮演了重要角色。研究估计，SSR趋势的总贡献约为：ADE占1/5，第一AIE占2/5，云层覆盖变化占2/5。不过，这些比例可能受到气溶胶光学厚度（AOD）偏差的影响。

研究还指出，CMIP6模型集合在1994年至2014年间，对于晴天和阴天的SSR趋势存在系统性高估或低估的问题。CMIP6模型预测的SSR趋势中位数，平均来说，比1994年至2023年观测到的趋势小约85%。在不同强迫情景下，这种差异相对较小，但表明模型在长期趋势预测上存在不确定性。

为了更准确地评估SSR趋势，本研究采用了Solargis-3.2卫星网格化数据集，这是首次在长期趋势研究中使用该数据集。该数据集在多个方面表现优异，包括其高时空分辨率和对气溶胶光学厚度的使用。Solargis-3.2数据集通过基准测试，显示其在多个指标上优于其他数据集，例如平均偏差（MBD）和均方根偏差（RMSD）。尽管Solargis-3.2在2005年前后出现了偏差变化，但通过数据集的同质化处理，这种偏差得到了修正，从而提供了更可靠的SSR趋势评估。

此外，研究还分析了不同数据集和模型在评估SSR趋势时的表现。Solargis-3.2和SARAH-3数据集在评估SSR趋势时提供了与地面观测数据集最为接近的结果。而CLARA-A3和CEBAF-4.2.1数据集则在不同时间段表现出不同的偏差。ERA5再分析数据集总体上低估了SSR趋势，这可能与其对气溶胶和云层的模拟存在偏差有关。

在评估SSR趋势的驱动因素时，研究提出了一个方法，通过分析气溶胶直接效应、第一类气溶胶间接效应和云层覆盖变化对SSR趋势的贡献。根据这些分析，大约有20%的SSR趋势归因于气溶胶的直接效应，而第一类气溶胶间接效应和云层覆盖变化则分别贡献了约35%和35%。这表明，在区域尺度上，云层覆盖变化对SSR趋势的影响可能与气溶胶效应相当。不过，这种比例可能受到气溶胶光学厚度偏差的影响。

在预测未来SSR趋势时，研究分析了CMIP6模型集合在2024年至2054年期间的模拟结果。在不同强迫情景下，预测的SSR趋势表现出不同的变化趋势。例如，在SSP1-2.6情景下，预测的SSR趋势相对较高，而在SSP5-8.5情景下，预测的SSR趋势相对较低。这表明，随着全球变暖的加剧，SSR趋势可能受到云层覆盖变化和气溶胶效应的双重影响。

研究还指出，CMIP6模型集合在预测SSR趋势时，对晴天和阴天的SSR趋势存在系统性偏差。这可能是由于模型对云层覆盖和气溶胶效应的模拟不够准确。此外，研究还发现，SSR趋势与云层覆盖变化和气溶胶效应之间存在复杂的相互作用，需要进一步的研究来厘清这些因素的具体影响。

总的来说，本研究通过综合多种数据集和模型，对欧洲SSR趋势进行了全面评估，并探讨了其在不同时间段和强迫情景下的变化。研究结果表明，SSR趋势主要受到云层覆盖变化和气溶胶效应的影响，而模型集合在预测未来趋势时存在一定的不确定性。这些发现对于理解全球气候变化对太阳辐射的影响，以及优化太阳能资源的利用具有重要意义。