标题：辐射强迫
简介
  辐射强迫1、辐射强迫的定义为:当地面和对流层温度保持不变时,平流层温度重新调整到辐射平衡后对流层顶净辐射通量的变化。
2、但有些物理因子能改变这种辐射能量平衡,引起气候变化,这些因子称为辐射强迫,其中最重要的就是温室气体浓度的变化。
3、人为硫酸盐辐射强迫当地气系统外部影响因子如入射太阳辐射、大气成分及行星表面特性等发生变化时,行星辐射平衡也将随之发生变化,而这种变化国际称为辐射强迫。
云长波辐射强迫
云长波辐射强迫指的是指云从地球大气系统长波辐射能量中移去能量多少，表示云对长波辐射的阻止作用，大小等于晴空时下垫面大气顶射出长波辐射通量密度减去有云覆盖时的大气顶射出长波辐射通量密度，单位为瓦/米 。
GMS-5云长波辐射强迫资料是在由GMS-5 红外与水汽通道遥测数据计算得到的射出长波辐射通量密度（即OLR）资料的基础上处理得到的，它的精度同OLR资料，即最大偏差8.7瓦/米 ，系统均方根误差5.11瓦/米 。该资料是一个601*700的2字节整型数组，第1条记录是时间码，第2条记录到第601条记录是云长波辐射强迫数据，记录长度是1400字节。资料的地理范围是0°N-59.9°N、80.1°E-150.0°E，分辨率为0.1°*0.1°经纬，即第2条记录为59.9°N纬圈上的从80.1°E到150.0°E每0.1°为一个网格点的云强迫数据（注：对于晴空格点，云强迫数据为555，表示该点为晴空；对于无卫星资料的格点，云强迫数据为999，表示该点无卫星资料，其余的值均为云强迫数据大小），第3条记录为59.8°N纬圈上的80.1°E、80.2°E、80.3°E、……149.9°E、150.0°E共700个网格点数据，……第601条记录为0°N纬圈上的80.1°E、80.2°E、80.3°E、……149.9°E、150.0°E共700个网格点数据。云强迫资料的时次为2001年6月10日-8月10日的每日00时、03时、06时、09时、12时、15时、18时、22时（世界时）。
注1：
资料文件名解释，例：CL070812.DAT，CL表示云长波辐射强迫资料，07表示月（7月），08表示日（8日），12表示时（12时）。
附1：GMS-5 云长波辐射强迫资料微机读取源程序（FORTRAN语言）
C the program is used to read out the GMS-5 cloud radiation force data on PC　　C　　LOGICAL*1 N(1400)　　INTEGER*2 IYEAR,IMONTH,IDATE,IHOUR,IMIN　　INTEGER*2 OUT(700),CLOUD(600,700)　　EQUIVALENCE(N(1),OUT(1))　　C　　OPEN(1,FILE='cl081012.dat',ACCESS='DIRECT',RECL=1400)　　READ(1,REC=1) N　　IYEAR=OUT(1)　　IMONTH=OUT(2)　　IDATE=OUT(3)　　IHOUR=OUT(4)　　IMIN=OUT(5)　　WRITE(6,70) IYEAR,IMONTH,IDATE,IHOUR,IMIN　　70 FORMAT(/1X,'TIME INFORMATION:',5I8)　　DO 100 I=2,601　　READ(1,REC=I) N　　DO 101 J=1,700　　CLOUD(I-1,J)=OUT(J)　　101 CONTINUE　　100 CONTINUE　　STOP　　END
详细内容
关于辐射强迫的概念及应用，hansen等[10]、shine和forster[11]都有较为详尽的阐述。但有些物理因子能改变这种辐射能量平衡，引起气候变化，这些因子称为辐射强迫，其中最重要的就是温室气体浓度的变化。
云长波辐射强迫指的是云从地球大气系统长波辐射能量中移去能量的多少，它表示云对长波辐射的阻止作用，其大小等于晴空时下垫面大气顶射出长波辐射通量密度减去有云覆盖时的大气顶射出长波辐射通量密度，单位是瓦/米。
气溶胶对气候系统的影响分为直接辐射强迫和间接辐射强迫。直接辐射强迫是指颗粒物通过吸收和散射长波和短波辐射，从而改变地球－大气系统辐射平衡；大气中的颗粒物作为云凝结核或者冰核而改变云的微物理和光学特征以及降水效率，从而间接影响气候，称为间接辐射强迫。
原理
一般来说，地球从太阳吸收的辐射主要集中在地球表面，然后这种能量又通过大气和海洋环流重新分布，并且以长波方式辐射回太空。如果把地球作为一个整体的角度来考察的话，进入的太阳辐射能量和出去的太阳辐射大致平衡。任何改变、接受、失去太阳辐射到太空的因子，或改变大气、陆地与海洋中能量重新分配的因子，都会影响气候。全球范围内的地球——大气系统可获得的净辐射能量定义为辐射强迫。
历史事件
1962年发生了大的火山爆发，由此产生的负的辐射强迫与硫酸盐粒子产生的负的辐射强迫之和超过了温室气体产生的正的辐射强迫，使得全球地表气温下降。此后至1978年，随着温室气体产生的正的辐射强迫不断增大，尽管硫酸盐粒子产生的负的辐射强迫也在不断增大且有几次火山爆发产生了负的辐射强迫，但总的来说，温室气体产生的正的辐射强迫占主导作用，因此，全球地面平均气温呈上升趋势。1999年在美国科罗拉多举行了沙尘气溶胶辐射强迫专题讨论会，2001年维也纳世界气象和大气科学大会也开设了有关沙尘气溶胶的专场讨论会，大气科学家就沙尘气溶胶的源、输送和沉降，沙尘气溶胶的物理、化学和辐射特性，沙尘气溶胶的辐射强迫和气候效应，沙尘气溶胶对大气化学过程的影响，以及沙尘气溶胶的卫星遥感等方面进行了广泛讨论。2000年IPCC报告则根据黑碳气溶胶辐射强迫研究的模式模拟结果，指出黑碳气溶胶能够导致正的辐 射强迫，同硫酸盐等气溶胶混合在一起，黑碳气溶胶会极大地减弱气溶胶的 负辐射强迫，尤其是在地表反照率较大的北半球地区，这种作用更明显。
以2000年为基准年，模拟了中国地区硫酸盐的时空分布，进一步估计了其光学厚度和辐射强迫。由于对流层气溶胶对辐射强迫的负贡献，净人类活动所产生的强迫也就很小了，足以使得在平均活动时期上下的火山喷发活动成为1750年以来总强迫的重要调节因子。
海运污染不足
全球每年大约有10万艘船只从事商业运输或军事演练活动，要在海上累计航行几十亿海里，这些航行使用的燃料留下了大量的污染。船只排放物除了直接的辐射作用，还能够产生气溶胶并在海洋边界层形成细线一样的非常低的云层。研究表明，这种低云的局地影响巨大，能够达到每平米100瓦，然而这种作用对于全球反照率的作用，还很少有研究涉及。德国学者在一项研究中，利用全年ENⅥSAT环境卫星AATSR（先进沿轨扫描辐射计）资料，对船只污染造成的辐射强迫进行了估计，结果不象以前全球模式估计的那样大，仅为每平方米0.4到0.6毫瓦，还不足以对人类活动导致的每平方米0.6到2.4瓦辐射强迫造成影响。
温室气体浓度
在工业革命之前的一千年里，大气中温室气体的浓度保持相对稳定。然而，自工业革命以来，由于人类活动的直接或间接影响，许多温室气体的浓度都明显增加。
二氧化碳 ，甲烷，氧化亚氮， CFC-11 ，氟利昂-11 ，Hydrofluoro-carbon-23，CF4 这几种重要的温室气体，综合它们在1750年和1998年的浓度，1990-1999年期间浓度的变化，和它们在大气中的存留时间。一种成份对气候变化辐射强迫的贡献，取决于该气体的分子辐射特性，大气中浓度增加量，以及释放后在大气中的存留时间等。温室气体在大气中的存留时间是与政策密切相关的参数。也就是说，在自然过程把排放到大气中的温室气体清除掉之前，具有长寿命的温室气体在大气中存留至少几十年，几百年，甚至几千年，在此期间，它们都对维持大气辐射强迫具有准不可逆的贡献。
变化的观测
臭氧是平流层和对流层中都很重要的温室气体。它在大气辐射收支平衡中的作用强烈地依赖于高度分布，因为它的浓度随着高度的变化而变化。而且它的浓度的空间分布变化也很大。大气中臭氧不是直接释放成份，它是在大气中通过光化学反应而产生的，这些光化学反应与自然产生以及同人类活动密切相关的前体物有关。一旦形成，大气中臭氧的存留时间相对来说较短，通常从几周到几月。所以，估计臭氧辐射作用非常复杂，比以上全球均匀分布的长寿命温室气体不确定性大得多。  辐射强迫观测到的过去20年间平流层臭氧的减少引起了地面-对流层系统0.15±0.1 Wm-2的负辐射强迫（即起致冷作用）。IPCC1992气候变化科学评估补充报告指出，人为卤化碳引起的臭氧层破坏将带来负的辐射强迫。图9中显示出其估计大小比SAR结果略大，因为过去5年里臭氧层的破坏在继续，同时根据许多模式研究结果这是比较确定的。大气环流模式研究表明，尽管臭氧消失各地存在差异（例如高纬度低平流层），这种负辐射强迫的大小与地面温度减少的大小成正比。所以，过去20年这一负辐射强迫部分抵消了长寿命且均匀混合气体增加带来的正辐射强迫（图9）。估计负辐射强迫的不确定性来源于对对流层顶附近臭氧耗损机制认识的不够。模式计算指出，平流层臭氧的减少将使得紫外辐射穿透到更低的对流层，从而增加某些气体（如甲烷）的清除速率，进而放大臭氧减少带来的负辐射强迫。由于蒙特利尔议定书的作用，未来几十年臭氧层将逐渐恢复，未来与平流层臭氧相关的辐射强迫可能变为正值。
读取源程序
云长波辐射强迫是指云从地球大气系统长波辐射能量中移去能量的多少，它表示了云对长波辐射的阻止作用，其大小等于晴空时的下垫面大气顶射出长波辐射通量密度减去有云覆盖时的大气顶射出长波辐射通量密度，单位是瓦/米。
GMS-5云长波辐射强迫资料是在由GMS-5 红外、水汽通道遥测数据计算得到的射出长波辐射通量密度（即OLR）资料的基础上处理得到的，它的精度同OLR资料，即最大偏差8.7瓦/米 ，系统均方根误差5.11瓦/米。该资料是一个601*700的2字节整型数组，第1条记录是时间码，第2条记录到第601条记录是云长波辐射强迫数据，记录长度是1400字节。资料的地理范围是0°N-59.9°N、80.1°E-150.0°E，分辨率为0.1°*0.1°经纬，即第2条记录为59.9°N纬圈上的从80.1°E到150.0°E每0.1°为一个网格点的云强迫数据（注：对于晴空格点，云强迫数据为555，表示该点为晴空；对于无卫星资料的格点，云强迫数据为999，表示该点无卫星资料，其余的值均为云强迫数据大小），第3条记录为59.8°N纬圈上的80.1°E、80.2°E、80.3°E、……149.9°E、150.0°E共700个网格点数据，……第601条记录为0°N纬圈上的80.1°E、80.2°E、80.3°E、……149.9°E、150.0°E共700个网格点数据。云强迫资料的时次是2001年6月10日-8月10日的每日00时、03时、06时、09时、12时、15时、18时、22时（世界时）。
C the program is used to read out the GMS-5 cloud radiation force data on PC
C
LOGICAL*1 N（1400)
INTEGER*2 IYEAR,IMONTH,IDATE,IHOUR,IMIN
INTEGER*2 OUT（700),CLOUD（600,700)
EQUⅣALENCE(N⑴，OUT⑴）
C
OPEN（1,FILE='cl081012.dat',ACCESS='DIRECT',RECL=1400)
READ（1,REC=1） N
IYEAR=OUT⑴
IMONTH=OUT⑵
IDATE=OUT⑶
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WRITE（6,70） IYEAR,IMONTH,IDATE,IHOUR,IMIN
70 FORMAT(/1X,'TIME INFORMATION:',5I8）
DO 100 I=2,601
READ（1,REC=I) N
DO 101 J=1,700
CLOUD(I-1,J)=OUT(J)
101 CONTINUE
100 CONTINUE
STOP
END