[科普中国]-地球辐射收支卫星

简介

二十多年来,各种卫星的多种传感器所获得的有关地球辐射收支的大量资料对地球辐射平衡的研究是极为有用的。但是,系统、连续地观测和存档资料则是从1974年6月,即NOAA第二代极轨业务卫星的第二颗星NOAA一2开始的。此后,则由这个系列的后续星和NOAA第三代极轨业务卫星获取资料。NOAA/NESDIS(美国国家海洋大气局/国家环境卫星、数据和情报服务局)至今已获得并存档将近连续15年的ERB资料(除1978年期间有10个月资料空缺外)。此外,NIMBUS一了号自19了8年10月24日发射以来,星上的ERB观测仪器一直在对地球辐射收支进行观测2。

应用ERB资料对于监测和研究全球气候来说是极为重要的。推动海洋/大气环流和地球上各种夭气、气候过程的能量多少取决于整个地球一大气系统吸收的入射太阳辐射能量与地气系统向外空放射的长波辐射能之差。为了对地气系统进行监测,并研究它的变化规律及预测它的变化趋势,就需要对这两个基本变量进行观测。ERB资料之所以重要,是因为它们不仅直接测量了推动海洋/大气环流的能量,而且提供了一种对气候变化过程中气候系统的重要要素之一的辐射通量进行监测的手段。由于自然和人类活动,使得大气中的COZ和其它辐射性质活跃的微量气体增加,可以预料,在未来几十年地球气候可能发生显著变化,ERB资料的这种双重作用就显得尤为重要。ERB资料将用来监视这些气候变化,并对气候模式的预测结果进行检验。此外,ERB资料对监视与诸如ENSO(厄尔一尼诺和南方涛动)事件相联系的低频变化也是十分有效的。

除了大气顶的短波和长波辐射通量资料之外,地表和洋面的辐射通量的观测和确定具有同等重要意义。地表和洋面辐射通量对于估算海洋中从赤道向极地的热量传输,研究海洋环流的强迫作用是十分重要的。

正因为如此,与世界气候研究计划(WCRP)有关的许多国际文件都强调了观测大气顶和地表辐射通量的必要性。这些文件涉及到相当广泛的研究领域,其中包括热带海洋-全球大气(TOGA)的相互作用、海洋环流、气候系统监测、地球科学和陆地表面过程的研究等。

一般说来,ERB资料在气候监视和研究中的应用可以分为四大类。它们是:ERB的空间和时间分布,以及它们随时间变化的诊断分析;气候强迫作用和反馈机制的观测研究;气候模式的评价;以及确定辐射强迫作用对气候变化的影响。ERB资料的具体应用可以分为下列若千方面：3

1.气候系统

(1)监视气候系统的现状及变化。

(2)建立和确定能够反映气候系统状态变化的ERB型气候指标;探索和解释已发生和可能发生的全球或局地气候变化。

(3)监视和研究大气中CO:和其它微量气体成份的变化所产生的辐射效应;及其对气候长期变化趋势的影响。

(4)对诸如ENSO事件这类重大的气候现象进行监视和预测1。

2.海洋

(1)通过对大气顶和地了、福射通量的分析,推导海洋中的经向热量输送。

(2)为海洋环流模式提供边界条件。

(3)对海一气耗合模式的模拟结果进行评价1。

3.陆地表面过程

(1)根据大气顶和地表的辐射通量资料,确定支配地表和大气之间热量和水汽交换的辐射输入。

(2)对植被覆盖区的辐射传输模式进行评价。

(3)为全球大气环流模式(GCM。)提供反照率边界条件。

(4)研究地表与大气之间的相互影响和作用。

(5)研究植被覆盖下垫面反照率的反馈机制1。

4.冰君圈

(1)改进雪/海冰复盖区域的反照率反馈机制的参数化形式。

(2)研究雪/海冰复盖范围的长期变化趋势及其与辐射通量变化的相关性1。

5.大气

研究辐射加热在大气环流中的作用1。

6.云—辐射相互作用

(1)确定云对地表、大气和整个气柱的辐射强迫作用(即云对辐射强迫作用的调节)。

(2)确定云强迫作用的年际变化,以及它同云的特征(复盖率和云类)和其它气象要素(例如温度、湿度等)的变化之间的相互关系。监测以十年为时间尺度的云强迫作用的变化(即云的反馈作用)1。

7.气候模式评价

(1)对GCMS模式中的辐射参数化形式即地表反照率、晴空辐射冷却,以及地表和大气顶辐射通量的参数化)进行评价。

(2)对模拟得到的从赤道向极地的净辐射热梯度和局地能量收支进行检验1。

8.某些气候强迫参一长期变化趋势的监视

(1)对太阳辐照度及其光谱分布的长期变化趋势进行监测。

(2)对局地的晴空和云天(包括晴天和阴天)的反照率的长期变化趋势进行监测。

(3)监测由于沙漠化、森林砍伐、火山爆发和人为造成的气溶胶浓度的增加而引起的局地和纬向辐射强迫作用的变化。

(4)监测极区雪/海冰复盖范围的变化。

(5)监测到达地表的短波和长波辐射通量的变化。

(6)测量直接的总短波辐射,确定大气透明度的变化.

(7)大气顶长波和短波辐射通量资料可用来监测大气顶的云强迫作用的变化1。

未来计划地球辐射收支的连续观测对于气候研究和气候变化的监测是十分必要的。为了使这些资料在世界气候研究的许多方面(包括海洋、大气环流、陆地表面过程、气候模式的建立和检验、云—辐射反馈作用,以及年际到十年级的气候变化)有效地发挥作用,还要求提高ERB资料的观测精度和空间分辨率。为了实现这个目标,NOAA/NESDIS正在计划新一代的地球辐射收支观测系统。新一代ERB传感器将装载在美国九十年代中期的极轨平台上,获取全球ERB资料。为了保证研究工作的顺利进行,NOAA同NASA、WCRP、COSPAR(空间研究委员会)和IAMAP(国际气象和大气物理学协会)联合组织了一次名为“地球辐射收支要求审查—1987”的国际性工作会议。来自十多个国家的六十余名专家分为用户要求组、仪器要求组和模式要求组等三个工作组。他们从各自的角度对新一代地球辐射收支观测系统提出了要求2。

可以预期,新一代地球辐射收支观测系统一定能为世界气候研究提供更加丰富、更高精度的观测资料1。