輻射強迫，是指由於氣候系統內部變化，如二氧化碳濃度或太陽輻射的變化等外部強迫引起的對流層頂垂直方向上的淨輻射變化。單位為瓦特每平方米。輻射強迫一般在平流層溫度重新調整到輻射平衡之後計算，期間對流層性質保持著它未受擾動之前的值，目前的輻射強迫值，是2005年相對於工業化前即1750年的差值。輻射強迫是對某個因子改變地球-大氣系統射入和逸出能量平衡影響程度的一種度量，同時也是一種指數，反映了該因子在潛在氣候變化機制中的重要性。正強迫使地球表面增暖，負強迫則使其降溫。某種氣體對氣候變化輻射強迫的貢獻，取決於該氣體的分子輻射特性、大氣中濃度增加量以及釋放到大氣中之後的存留時間等。溫室氣體在大氣中的存留時間與政策密切相關，在自然過程把排放到大氣中的溫室氣體清除掉之前，長壽命溫室氣體在大氣中要存留至少幾十年甚至幾千年，它們對維持大氣輻射強迫具有不可逆的貢獻。一旦溫室氣體產生的正輻射強迫占主導作用，全球地面平均氣溫就會呈上升趨勢。
基本介紹
- 中文名：輻射強迫
- 改變：地球–大氣系統
- 單位：瓦/平方米
- 特點：正強迫使地球暖負強迫則使其降冷
簡介,雲長波輻射強迫,詳細內容,原理,歷史事件,海運污染不足,溫室氣體濃度,變化的觀測,讀取源程式,
簡介
輻射強迫2、但有些物理因子能改變這種輻射能量平衡,引起氣候變化,這些因子稱為輻射強迫,其中最重要的就是溫室氣體濃度的變化。
3、人為硫酸鹽輻射強迫當地氣系統外部影響因子如入射太陽輻射、大氣成分及行星表面特性等發生變化時,行星輻射平衡也將隨之發生變化,而這種變化國際稱為輻射強迫。
雲長波輻射強迫
雲長波輻射強迫指的是指雲從地球大氣系統長波輻射能量中移去能量多少，表示雲對長波輻射的阻止作用，大小等於晴空時下墊面大氣頂射出長波輻射通量密度減去有雲覆蓋時的大氣頂射出長波輻射通量密度，單位為瓦/米 。
GMS-5雲長波輻射強迫資料是在由GMS-5 紅外與水汽通道遙測數據計算得到的射出長波輻射通量密度（即OLR）資料的基礎上處理得到的，它的精度同OLR資料，即最大偏差8.7瓦/米 ，系統均方根誤差5.11瓦/米 。該資料是一個601*700的2位元組整型數組，第1條記錄是時間碼，第2條記錄到第601條記錄是雲長波輻射強迫數據，記錄長度是1400位元組。資料的地理範圍是0°N-59.9°N、80.1°E-150.0°E，解析度為0.1°*0.1°經緯，即第2條記錄為59.9°N緯圈上的從80.1°E到150.0°E每0.1°為一個格線點的雲強迫數據（註：對於晴空格點，雲強迫數據為555，表示該點為晴空；對於無衛星資料的格點，雲強迫數據為999，表示該點無衛星資料，其餘的值均為雲強迫數據大小），第3條記錄為59.8°N緯圈上的80.1°E、80.2°E、80.3°E、……149.9°E、150.0°E共700個格線點數據，……第601條記錄為0°N緯圈上的80.1°E、80.2°E、80.3°E、……149.9°E、150.0°E共700個格線點數據。雲強迫資料的時次為2001年6月10日-8月10日的每日00時、03時、06時、09時、12時、15時、18時、22時（世界時）。
注1：
資料檔案名稱解釋，例：CL070812.DAT，CL表示雲長波輻射強迫資料，07表示月（7月），08表示日（8日），12表示時（12時）。
附1：GMS-5 雲長波輻射強迫資料微機讀取源程式（FORTRAN語言）
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
C
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70 FORMAT(/1X,'TIME INFORMATION:',5I8)
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READ(1,REC=I) N
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CLOUD(I-1,J)=OUT(J)
101 CONTINUE
100 CONTINUE
STOP
END
詳細內容
關於輻射強迫的概念及套用，hansen等[10]、shine和forster[11]都有較為詳盡的闡述。但有些物理因子能改變這種輻射能量平衡，引起氣候變化，這些因子稱為輻射強迫，其中最重要的就是溫室氣體濃度的變化。
雲長波輻射強迫指的是雲從地球大氣系統長波輻射能量中移去能量的多少，它表示雲對長波輻射的阻止作用，其大小等於晴空時下墊面大氣頂射出長波輻射通量密度減去有雲覆蓋時的大氣頂射出長波輻射通量密度，單位是瓦/米。
氣溶膠對氣候系統的影響分為直接輻射強迫和間接輻射強迫。直接輻射強迫是指顆粒物通過吸收和散射長波和短波輻射，從而改變地球－大氣系統輻射平衡；大氣中的顆粒物作為雲凝結核或者冰核而改變雲的微物理和光學特徵以及降水效率，從而間接影響氣候，稱為間接輻射強迫。
原理
一般來說，地球從太陽吸收的輻射主要集中在地球表面，然後這種能量又通過大氣和海洋環流重新分布，並且以長波方式輻射回太空。如果把地球作為一個整體的角度來考察的話，進入的太陽輻射能量和出去的太陽輻射大致平衡。任何改變、接受、失去太陽輻射到太空的因子，或改變大氣、陸地與海洋中能量重新分配的因子，都會影響氣候。全球範圍內的地球——大氣系統可獲得的淨輻射能量定義為輻射強迫。
歷史事件
1962年發生了大的火山爆發，由此產生的負的輻射強迫與硫酸鹽粒子產生的負的輻射強迫之和超過了溫室氣體產生的正的輻射強迫，使得全球地表氣溫下降。此後至1978年，隨著溫室氣體產生的正的輻射強迫不斷增大，儘管硫酸鹽粒子產生的負的輻射強迫也在不斷增大且有幾次火山爆發產生了負的輻射強迫，但總的來說，溫室氣體產生的正的輻射強迫占主導作用，因此，全球地面平均氣溫呈上升趨勢。1999年在美國科羅拉多舉行了沙塵氣溶膠輻射強迫專題討論會，2001年維也納世界氣象和大氣科學大會也開設了有關沙塵氣溶膠的專場討論會，大氣科學家就沙塵氣溶膠的源、輸送和沉降，沙塵氣溶膠的物理、化學和輻射特性，沙塵氣溶膠的輻射強迫和氣候效應，沙塵氣溶膠對大氣化學過程的影響，以及沙塵氣溶膠的衛星遙感等方面進行了廣泛討論。2000年IPCC報告則根據黑碳氣溶膠輻射強迫研究的模式模擬結果，指出黑碳氣溶膠能夠導致正的輻 射強迫，同硫酸鹽等氣溶膠混合在一起，黑碳氣溶膠會極大地減弱氣溶膠的 負輻射強迫，尤其是在地表反照率較大的北半球地區，這種作用更明顯。
以2000年為基準年，模擬了中國地區硫酸鹽的時空分布，進一步估計了其光學厚度和輻射強迫。由於對流層氣溶膠對輻射強迫的負貢獻，淨人類活動所產生的強迫也就很小了，足以使得在平均活動時期上下的火山噴發活動成為1750年以來總強迫的重要調節因子。
海運污染不足
全球每年大約有10萬艘船隻從事商業運輸或軍事演練活動，要在海上累計航行幾十億海里，這些航行使用的燃料留下了大量的污染。船隻排放物除了直接的輻射作用，還能夠產生氣溶膠並在海洋邊界層形成細線一樣的非常低的雲層。研究表明，這種低雲的局地影響巨大，能夠達到每平米100瓦，然而這種作用對於全球反照率的作用，還很少有研究涉及。德國學者在一項研究中，利用全年ENⅥSAT環境衛星AATSR（先進沿軌掃描輻射計）資料，對船隻污染造成的輻射強迫進行了估計，結果不象以前全球模式估計的那樣大，僅為每平方米0.4到0.6毫瓦，還不足以對人類活動導致的每平方米0.6到2.4瓦輻射強迫造成影響。
溫室氣體濃度
在工業革命之前的一千年里，大氣中溫室氣體的濃度保持相對穩定。然而，自工業革命以來，由於人類活動的直接或間接影響，許多溫室氣體的濃度都明顯增加。
二氧化碳 ，甲烷，氧化亞氮， CFC-11 ，氟利昂-11 ，Hydrofluoro-carbon-23，CF4 這幾種重要的溫室氣體，綜合它們在1750年和1998年的濃度，1990-1999年期間濃度的變化，和它們在大氣中的存留時間。一種成份對氣候變化輻射強迫的貢獻，取決於該氣體的分子輻射特性，大氣中濃度增加量，以及釋放後在大氣中的存留時間等。溫室氣體在大氣中的存留時間是與政策密切相關的參數。也就是說，在自然過程把排放到大氣中的溫室氣體清除掉之前，具有長壽命的溫室氣體在大氣中存留至少幾十年，幾百年，甚至幾千年，在此期間，它們都對維持大氣輻射強迫具有準不可逆的貢獻。
變化的觀測
臭氧是平流層和對流層中都很重要的溫室氣體。它在大氣輻射收支平衡中的作用強烈地依賴於高度分布，因為它的濃度隨著高度的變化而變化。而且它的濃度的空間分布變化也很大。大氣中臭氧不是直接釋放成份，它是在大氣中通過光化學反應而產生的，這些光化學反應與自然產生以及同人類活動密切相關的前體物有關。一旦形成，大氣中臭氧的存留時間相對來說較短，通常從幾周到幾月。所以，估計臭氧輻射作用非常複雜，比以上全球均勻分布的長壽命溫室氣體不確定性大得多。觀測到的過去20年間平流層臭氧的減少引起了地面-對流層系統0.15±0.1 Wm-2的負輻射強迫（即起致冷作用）。IPCC1992氣候變化科學評估補充報告指出，人為鹵化碳引起的臭氧層破壞將帶來負的輻射強迫。圖9中顯示出其估計大小比SAR結果略大，因為過去5年裡臭氧層的破壞在繼續，同時根據許多模式研究結果這是比較確定的。大氣環流模式研究表明，儘管臭氧消失各地存在差異（例如高緯度低平流層），這種負輻射強迫的大小與地面溫度減少的大小成正比。所以，過去20年這一負輻射強迫部分抵消了長壽命且均勻混合氣體增加帶來的正輻射強迫（圖9）。估計負輻射強迫的不確定性來源於對對流層頂附近臭氧耗損機制認識的不夠。模式計算指出，平流層臭氧的減少將使得紫外輻射穿透到更低的對流層，從而增加某些氣體（如甲烷）的清除速率，進而放大臭氧減少帶來的負輻射強迫。由於蒙特婁議定書的作用，未來幾十年臭氧層將逐漸恢復，未來與平流層臭氧相關的輻射強迫可能變為正值。
輻射強迫
輻射強迫讀取源程式
雲長波輻射強迫是指雲從地球大氣系統長波輻射能量中移去能量的多少，它表示了雲對長波輻射的阻止作用，其大小等於晴空時的下墊面大氣頂射出長波輻射通量密度減去有雲覆蓋時的大氣頂射出長波輻射通量密度，單位是瓦/米。
GMS-5雲長波輻射強迫資料是在由GMS-5 紅外、水汽通道遙測數據計算得到的射出長波輻射通量密度（即OLR）資料的基礎上處理得到的，它的精度同OLR資料，即最大偏差8.7瓦/米 ，系統均方根誤差5.11瓦/米。該資料是一個601*700的2位元組整型數組，第1條記錄是時間碼，第2條記錄到第601條記錄是雲長波輻射強迫數據，記錄長度是1400位元組。資料的地理範圍是0°N-59.9°N、80.1°E-150.0°E，解析度為0.1°*0.1°經緯，即第2條記錄為59.9°N緯圈上的從80.1°E到150.0°E每0.1°為一個格線點的雲強迫數據（註：對於晴空格點，雲強迫數據為555，表示該點為晴空；對於無衛星資料的格點，雲強迫數據為999，表示該點無衛星資料，其餘的值均為雲強迫數據大小），第3條記錄為59.8°N緯圈上的80.1°E、80.2°E、80.3°E、……149.9°E、150.0°E共700個格線點數據，……第601條記錄為0°N緯圈上的80.1°E、80.2°E、80.3°E、……149.9°E、150.0°E共700個格線點數據。雲強迫資料的時次是2001年6月10日-8月10日的每日00時、03時、06時、09時、12時、15時、18時、22時（世界時）。
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)
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IHOUR=OUT⑷
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WRITE（6,70） IYEAR,IMONTH,IDATE,IHOUR,IMIN
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DO 100 I=2,601
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