陆地和与海洋表面的辐射通量的年代际变化及其与全球变暖的相关性外文翻译资料

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陆地和与海洋表面的辐射通量的年代际变化及其与全球变暖的相关性

Martin Wild*

Edited by Matilde Rusticucci, Domain Editor, and Mike Hulme, Editor-in-Chief

人为干扰气候主要是通过改变气候系统中的辐射通量来实现。目前，增加温室气体排放到大气中导致每十年大气层到地面的热辐射约有2WM-2增加，从而导致全球变暖。但是不仅仅热辐射在地球表面经历了大量的年代变化，而且入射太阳辐射也经历了这样的变化，通常与气溶胶排放的变化是一致的。基于地面的观测暗示了1950年代到1980年代SSR的全球性的减小（“全球变暗“），并且表明1980年代出现了一定程度的恢复，在1930年代出现“早期变亮”。然而模拟研究、概念框架和可用的卫星衍生记录表明，海洋上的年代际的RRS变化也是存在的。SSR变化总体上与观测到的变暖率的年代际变化相匹配，表明SSR可能有效地调节温室提起引起的变暖。具体而言，在北半球，1950-1980年代的缺乏变暖以及1990年代的连续变化与由变暗到变暖的逆向变化以及空气污染的变化相一致。从1950年到1980年在北半球海洋上并没有观测到变暖，这与之间的概念性观点是一致的，微小的气溶胶在原始海洋区域的变化有效地呗气溶胶云之间的相互作用放大了，并且可以改变SSR，从而调节海面温度。在南半球，从1950年代以来，没有显著的气溶胶水平符合观察到的稳定。

介绍

地球表面的辐射通量是环境因素的主要决定因素，并提供了适合于各种重要气候过程的能源。因此，这些通量的变化可能在诸如全球变暖，冰川退缩，水可用性和谈预算等各种环境问题中发挥关键作用。在更加适用的层面上，到达地卖弄的太阳辐射亮的辐射量可能对农业生产以及快速增长的太阳能发电时长产生重大的影响。

在接下来中，我将回顾地球表面的辐射通量的年代际变化的证据，其中的重点是太阳和热辐射的向下通量。我在IPCC跟此话题相关的研究中做过很多的评论。在本次的审查中，我将总结在该领域的重要发现和出版物，并强调IPCC AR5出版以来出现的新研究。重点将放在陆地表面的变化上，大多数的辐射站点以及大部分的分析研究也已经做完了，但我还将讨论海洋变化的证据。我将进一步讨论这些变化的可能原因，并通过概述来完成对全球变暖产生的影响。

可用数据

对于地表辐射的监测始于20世纪选定地点的测量，主要集中在表面太阳辐射（SSR）。自1937年以来波兹坦（德国）提供的最长记录之一如图1所示。

在国际地球物理年期间开始对这一数量进行更加广泛的测量。这些礼是辐射测量中的许多在苏黎世联邦理工学院的全球能量平衡档案和圣彼得堡主要的地球物理观测站的世界辐射数据中心中收集。Gilgen等人估计这些历史测量的准确度为每年2%。然而，主要在国家气象服务的支持下进行的测量质量变化很大而且并不总是很好地建立。严格的质量控制是必要的，以避免这些数据的虚假趋势，但并非所有的记录都适当均匀化。此外，SSR数据中可能的“城市化效应“可能会影响趋势幅度及其对较大尺度区域的代表，尽管这种影响可能不想某些研究中所声称的那样明显。

在1980年代后期，人们认识到必须简历具有改进和确定精度的表面辐射测量参考网络。结果建立了基线表面辐射网络（BSRN），大气辐射测量程序（ARM）和基于美国的表面辐射网络（SURFRAD）。这些网络在各种气候制度的选定地点中使用定义明确且经过校准的最先进一起，以尽可能高的精度测量地表辐射通量。只有在简历这些网络的情况下，除了RRS之外，还在不同地点开始监测向下的热辐射。迄今为止，子啊不同气候条件下，有超过不同50个站点想不来梅阿尔弗雷德魏格纳研究所的世界辐射监测中心报告其测量结果，这些结果对于太阳和热量的组成有着很高的时间分辨率（1分钟）。

尽管高精度地面辐射站的数量不断增加，但大型地区没有充分地被直接地面辐射站覆盖，例如非洲、南美洲和海洋大陆的广大地区，特别是整个海洋区域。自从千禧年以来，表面辐射通量越来越多地记录在自动浮标上。然而，这些无人站点的质量尚未却ing，而且没有达到BSRN测量的水平。浮标记录通常仍然是相当短的，仅仅覆盖纪念，因此是无法用于推断十年海洋上辐射通量的变化。卫星衍生的通量可以提供近乎全球的图像，最多可以追溯到20世纪80年代早期，由于表面通量不能直接从卫星测量中获得，因此必须使用另外的可测量的大气顶信号来推断他们或者是去除大气扰动的经验物理模型。由于早期的记录中卫星中的变化，观察集合、不确定的位置或者是传感器退化，卫星推断的表面通量也可能遭受潜在的不均匀性。

为了扩大有限数量的直接RRS观测空间和时间的变化，已经提出了更广泛测量的气象数量作为SSR变化的dialing。因此，从观察到的日照持续时间、昼夜温度范围或锅蒸发的变化推断出SSR变化。越来越多的证据表明，日照时间记录不仅能够捕捉到云量的变化，还可能包含来自于不同浓度的大气气溶胶的信号，因此可能包含有关长期SSR变化原因的特别有价值的信息。

陆地表面太阳辐射的变化

20世纪下半叶的变异

第一个开创性研究指出观测SSR记录的年代纪变化出现在20世纪90年代早期，从20世纪50年代开始，直到20世纪80年代后期开始广泛直接测量SSR。这些研究以及一些其他评论指出，在此期间广泛的陆地位置的SSR普遍下降。这种现象通常被称为“全球变暗“。使用更新到21世纪的SSR记录的后续研究发现，自20世纪80年代以来，许多这些地点的趋势发生逆转和部分恢复。因此创造了”增亮“这一术语，以枪带哦在1980之后，SSR和相关的全球变暗的普遍下降不再持续，特别是在工业化地区，大多数地点显示出先前变暗的一些恢复，或至少在20世纪80年代和2000 年之间区域平稳。亮度与之前的变暗相比不那么连贯，在广泛的位置出现了趋势逆转，但仍有一些地区持续下降，例如印度。

自AR5以来，基于直接观测的新亮点证据已在1985-2010年期间在西班牙的13个地点得到记录，同时，在这些地点测量的漫射辐射总体下降，表明云层和/或西班牙范围内的气溶胶的减小。在岛上的四个高海拔地点也注意到1988年至2012年期间的亮化，例如：干旱季节的夏威夷毛伊岛在雨季的趋势并不显著。自从20世纪60年代以来，中国出现了强烈的变暗，并且自那以后趋于平稳。20世纪90年代在wang和yang的研究中进行了评估，在you等人的一项与区域相关的研究中，1960-2009年期间的青藏高原的SSR的实质性总体变暗，在20世纪90年代略有恢复。

SSR变暗/增亮的证据还来自相关的更广泛测量的气象变量，这些变量已被用作推断直接辐射测量覆盖较差区域的年代际SSR变化的代理。例如：平面蒸发和日照持续时间测量的年代际变化为全球各地区的变暗和随后的增亮提供了独立的指示，例如欧洲、中国、前苏联、南美、新西兰和太平洋岛屿。自从我在IPCC第五次评估报告中进行评估以来，一些分析日照时间记录变化的研究为全球以前为开发的地区提供了变暗和变亮的证据：海湾地区已发现变暗和随后变量的阶段已经被正视，这是基于1961年至2009年期间的伊朗29个台站的阳光持续时间以及1968年至2010年期间的巴林国际机场。在意大利使用后104个阳光持续时间记录指出了从20世纪80年代开始的明显的增亮，而先前的变暗阶段在南部比在意大利北部更明显。最近发布的来自伊萨纳大气观测台 的Tenerife演唱日照时间记录也显示出从20世纪50年代到90年代的大幅度变暗，以及随后在加那利群岛的变亮。自20世纪50年代以来，使用日照时间记录变暗的各种研究以及wang和yang最近贬值了20世纪90年代在中国的稳定性。阳光持续时间记录还用于记录1980年至2009年i期间塔克拉玛干沙漠的增亮，已进一步尝试推导出观测到的日照时间变化引起的能量通量的数量变化，例如瑞士、西班牙、加那利岛屿的日照时数记录。

关于DTR的广泛可用数据显示包含SSR年代际变化的信息，因为他们可以解开太阳的热表面辐射加热。

因为SSR仅在白天存在，所以它影响每日最高温度超过每日最低温度，后者主要由热辐射交换决定，由于每日最低温度的增加和每日最高温度的下降，全球陆地表面的DTR观测显示出从20世纪50年代到80年代的明显减小，后者可能反映了SSR的变暗。然而，自从20世纪80年代中期以来，DTR不再下降，而是稳定下来，与从变暗到亮度的过渡一致，其中每日最高温度不再因变暗而减弱，全球陆地DTR演化中的这种独特标志可能为变暗/增亮现象的大尺度提供额外的指示，由于AR5，wang和dickinson进一步详细研究了这一问题，并声明DTR的变异性与GEBA在每月到十年的时间尺度上的SSR记录的变异性一致。

即使在直接测量SSR之外考虑代理估算时，全球的重要区域仍未被发现，这阻碍了真正的全球评估。然而，卫星衍生产品可以提供近乎全球化的图像。自1980年代初期以来可以获得这样的估计。可用的卫星衍生产品在质量上达成了从20世纪80年代中期到2000年全球和海洋平均值的亮度每十年2-3W/m-2，并且还暗示了对地静止气象卫星所覆盖地区的增亮，但是此期间趋势是正还是负，取决于相应的卫星产品。

变化进一步回到过去

在欧洲最长时间延申的直接SSR观测记录是斯德哥尔摩、瓦赫宁根、达沃斯、波兹坦和洛加诺。这些网站表明在20世纪30奶奶带和40十年代期间记录的早期部分SSR增加，也被称为“早期增亮“。

由于直接观测的数量在20世纪上半叶非常有限，因此代理信息对于俩姐这一时期的SSR变化变得更加重要。使用日照时间记录作为SSR变异的代表sanchez-lorenzo等人发现其记录开始室早期变亮的迹象包括1938年至2004年期间西欧的79个地点，从而证实了优先的证据通过在空间密集的网络中直接观察欧洲的早期亮点。根据瑞士覆盖整个20世纪的11个具有延长均匀日照时间记录的台站，没有发现20世纪20年代和20世纪30年代之间相关SSR变化的迹象，而是在随后的20世纪40年代出现了强烈而短暂的增长。

自AR5以来，文献中提供了更广泛的“早期变亮“的证据。Manara等人在1936年开始的日照时间记录开始时发现了一些意大利早期亮化的迹象，尽管这一时期的数据可用性较低。最近在20世纪上班世纪的SSR整体上升也可以被stanhill和ahiman记录之在最近延申的波兹坦SSR记录中，这是由自1893年以来在波兹坦进行的光照持续时间测量推断出来的。阳光记录仪也暗示，20世纪30年代和20世纪50年代初期在加那利群岛的伊萨纳火车站之间进行了扩展，从而扩大了该地区的早期两袋奶，进入北大西洋。从最长的固定直接辐射计记录计算的大气晴空传输，位于达沃斯物理学观测站，覆盖1909年到2010年，显示出直到1930年在直接晴空太阳能中的早期增亮之后没有辐射。除了1912年到1913年卡特迈火山爆发的强烈特征外，1911年到1928年马德里的直接辐射计记录中没有发现直接晴空太阳辐射的显著变化。

因此，由于AR5在20世纪30年代和40年代在所有天空条件下广泛早期着呢两的更多迹象来自日照时间测量，而有限的直接辐射表测量没够提供在此期间增加晴空传播的指示。我在之前的出版物中论证，扩展的DTR记录可能能够提供有关20世纪早期大规模SSR变化的有用的额外信息。图2显示了整个20世纪北半球陆地表面平均DTR的演变。DTR的下降，由每日最大值的减小和每日最温度的增加引起，从而表明SSR变暗，主要出现在20世纪50年代和80年代之间。在20世纪50年代之前，没有看到下降的证据，音系也没有证据表明SSR变暗，这会是因为每日最高温度的优先衰减而降低DTR。相反，在20世纪30年代和40年代，图2中可以看到DTR略有增加，这是由于每日最大温度比最低温度稍微强劲增加，因此表明“早期变亮“。因此，早期的增亮可能不仅影响了欧洲，也影响了半球尺度。

虽然我们呢可以尝试扩展我们对相关礼是气象观测推断的SSR变化的只是，最多可追溯到19世纪末期，但在仪器期只爱你没有关于SSR变化的信息。目前正在进行有希望的产生尝试，以从树木年轮中包含的信息重建SSR变异。Doradolinan将SSR确定为西班牙东北部数目年轮我变化的主要驱动因素，并证明了该方法在过去600年中重建SSR变化的潜力。同样，STINE和huybers提出树木年轮密度作为重建礼是SSR变化的手段，基于他们的概念，即北极树木密度可以作为光可用性变化的记录器。

自2000年以来最近的变化

关于超过2000年的SSR演变的更新显示出不同的趋势，总体而言，直接观察表明，2000年之后的增白不像20世纪90年代那么明显。在欧洲和美国的地点，亮度持续超过2000，单子啊日本的地点平稳，并显示出在20世纪90年代为你的难过阶段后中国再次变暗的一些迹象，同时整个印度的变暗持续村子啊，伊朗和巴林的日照记录仪也显示出2000年后海湾地区再次变暗的趋势逆转，GEBA至2012年56个同质化欧洲SSE记录的近期更新显示盐醋新千年的第一个十年欧洲的两点，最近几年趋于稳定，也见于图1中波兹坦的记录。两种铲平的卫星衍生SSE产品并未显示2001-2012年期间的全球中大趋势。在对地静止气象卫星所覆盖的区域上，推断了气候检测卫星应用设施的SSR记录的扩展。1994-2010年期间每十年 3，4WM-2的统计学显著的争取是，欧洲每十年趋势 4.4 WM-2。此外，背板我iu土地平均DTR记录在图2中，我使用CRU TS3.22数据集更新到2013年进行本次审查，在21世纪初期没有显示出大规模SSR变暗的

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