大氣所發現CMIP5模式中的入射太陽輻射偏差

　　大氣頂入射太陽輻射是地球氣候系統最重要的能量來源。由于太陽常數觀測的不確定性，氣候模式所使用的太陽常數略有區別，但是所有模式都使用了常規的算法來計算太陽高度角[Green,1985]。太陽常數和太陽高度角決定了大氣頂入射太陽輻射的空間和時間分布。理論上，如果忽略一天之內太陽赤緯的微小改變，日平均的大氣頂入射太陽輻射應該是緯向均勻的。

　　但是，中國科學院大氣物理研究所周林炯、張明華、包慶和劉屹岷發現參加耦合模式比較計劃第五階段（CMIP5）的所有模式中并非全部都如此。他們發現8個CMIP5模式的大氣頂入射太陽輻射出現了虛假的緯向波動，最大的偏差振幅高達30W/m²。他們研究發現這樣的輻射偏差來自于計算太陽天頂角的樣品誤差。當模式的輻射時間步長為1小時時，這樣的樣品誤差會導致晴空短波輻射出現3W/m²的偏差；當模式的輻射時間步長為3小時時，則為24W/m²。這樣的樣品誤差可以通過考慮輻射時間步長內太陽天頂角的平均來消除。他們將一個改進的算法應用在CESM中，消除了空間和時間的樣品誤差帶來的大氣頂入射太陽輻射偏差。該算法保證能量守恒，容易使用。

　　上述成果于近期發表于Geophysical Research Letters。

　　論文信息：Zhou, L., M. Zhang, Q. Bao, and Y. Liu (2015), On the incident solar radiation in CMIP5 models, Geophys. Res. Lett., 42(6), 1930-1935, doi: 10.1002/2015gl063239.

圖1 8個CMIP5模式年平均大氣頂入射太陽輻射分布。為了突出熱帶地區的虛假緯向波動，色標經過了適當的調整。單位：W/m²。

圖2（第一列）使用改進的算法，輻射時間步長為1小時，年平均大氣頂入射短波輻射（SDT），大氣頂晴空凈短波輻射（SNTC），大氣頂凈短波輻射（SNT），地表晴空凈短波輻射（SNSC），地表凈短波輻射（SNS）；（第二列）原始算法與改進算法之差，輻射時間步長為3小時；（第三列）原始算法與改進算法之差，輻射時間步長為1小時。單位：W/m²。