多源卫星观测与气候模型数据揭示的大气层顶短波辐射时空格局及趋势研究

这篇综述基于25种卫星观测(CERES EBAF/CLARA)、再分析资料(ERA5/MERRA)和气候模型(CMIP6)数据集，系统评估了2003-2014年大气层顶净短波辐射(Rns,TOA)的时空变异特征。研究发现：CERES EBAF全球年均值稳定在241±1 W m-2，CLARA和ERA5与之最接近；海洋层积云区存在达50 W m-2偏差；大气反射主导辐射偏差，且与地表反射在高纬区呈补偿效应。该研究为改进气候模型和认知地球能量平衡提供了重要依据。

　　

Highlight

大气反射主导反射辐射偏差

与既往研究(Jian et al., 2020; Stephens et al., 2015)一致，我们发现大气层顶净短波辐射(R_ns,TOA)的偏差主要源于大气组分而非地表。这在频繁对流活动和海洋热带辐合带区域尤为显著。分解分析表明，MERRA等再分析资料可能因云光学参数高估了大气反射，而CMIP6模型在深对流区的云量模拟偏差会显著影响辐射收支。

Conclusions

本研究通过多源数据交叉验证得出以下关键结论：

1. 1.

   数据集一致性存在时空差异。CLARA和ERA5与CERES EBAF的全球年均值仅相差~2 W m^-2，而SatCORPS-A等产品偏差达15 W m^-2；

2. 2.

   区域偏差特征显著。海洋层积云区(如秘鲁沿岸)和深对流区(如西太平洋暖池)存在>30 W m^-2的系统偏差；

3. 3.

   趋势分析显示，CERES EBAF在2003-2014年呈现0.12 W m^-2/10a的显著增长趋势，相当于160亿吨CO₂排放产生的辐射强迫，该信号在CLARA和ERA5中具有一致性，但部分CMIP6模型呈现相反趋势。这些发现为优化气候模型云参数化方案提供了观测约束。