基于最新观测和大气再分析估计全球能量平衡

摘要

全球大气顶和地表能量平衡在地球气候变化中起到决定性作用.卫星云和地球辐射能量系统(Clouds and Earths Radiant Energy System, CERES)可以直接观测大气顶能量平衡各分量,地表能量平衡则需要借助卫星遥感反演和大气再分析进行估计.已有研究需要对一些关键参数做人为调整,结果差异很大.基于高精度地基和卫星观测,评估了新一代大气再分析量化全球能量平衡的能力,基于2015~2020年6年平均,给出全球、陆地和海洋大气顶与地表辐射分量的最优估计,同时结合最新的全球降水测量计划(Global Precipitation Measurement, GPM)卫星产品给出地表潜热通量的最优估计.结果发现,新一代大气再分析对大气顶反射太阳辐射高估达8 Wm^(-2);对大气顶出射长波辐射也有10 Wm^(-2)的高估,这种高估在热带海洋上最为显著.欧洲中期天气预报中心第五代大气再分析产品(ECMWF Reanalysis V5, ERA5)可以很好地再现大气顶能量不平衡量(1.1 Wm^(-2)),其他3个再分析的误差从-10.7~5.4 Wm^(-2)不等.地表入射太阳辐射的最优估计来自CERES卫星产品,为187 Wm^(-2);地表大气向下长波辐射的最优估计来自ERA5,为342 Wm^(-2).相对于最新的GPM降水产品,原有全球降水气候计划(Global Precipitation Climatology Project, GPCP)产品低估全球降水8.4%,主要因为其对海洋上空降水的明显低估.基于GPM降水产品以及入海径流的估计,得到全球、陆地和海洋上地表潜热通量的最优估计分别为8、41和101 Wm-2.本文根据验证结果,给出了地表能量平衡各分量的最优估计,实现了地表能量闭合,不再需要人为调整.