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CO表面辐射强迫的观测测定22000年至2010年

自然体积519，页面339 - 343 (2015）引用本文

主题

摘要

CO对气候的影响2其他温室气体通常是用辐射强迫来量化的1，计算方法是根据这些气体在工业化前和现在的浓度对地球辐射场的估计之差。辐射传递模型计算出CO的增加2自1750年以来，对流层顶的全球年平均辐射强迫为1.82±0.19 W m−2(ref。2)．然而，尽管对混合良好的温室气体的气候影响进行了广泛的科学讨论和建模，但几乎没有直接观测证据表明大气CO增加的辐射影响2．在这里，我们提出了基于观测的晴空CO的证据2地表辐射强迫直接归因于2000年至2010年间大气CO增加了百万分之222．这种强迫在两个地点的时间序列——南部大平原和阿拉斯加北坡——是由大气辐射干涉仪光谱得出的3.连同辅助测量和完全证实的辐射传递计算4．时间序列均呈现0.2 W m的统计学显著趋势−2(不确定度分别为±0.06 W m−2±0.07 W m−2)，季节变化范围为0.1-0.2 W m−2．这大约是下降长波辐射趋势的10%5，6，7．这些结果证实了人为排放导致大气温室效应的理论预测，并为CO的上升提供了经验证据2由光合作用和呼吸作用引起的时间变化所介导的水平正在影响地表能量平衡。

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图1:AERI光谱和残差特征。
图2:2000-2010年测量和模拟的光谱趋势。
图3:2010年剩余均方根值的分布。
图4:表面力的时间序列。

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下载参考

确认

本材料基于美国能源部科学办公室、生物和环境研究办公室、气候和环境科学部支持的工作，作为大气系统研究计划和大气辐射测量(ARM)气候研究设施南部大平原的一部分，奖励号为DE-AC02-05CH11231。我们使用了国家能源研究科学计算中心(NERSC)在同一奖项下的资源。劳伦斯伯克利国家实验室的I. Williams、W. Riley和S. Biraud以及国家强风暴实验室的D. Turner也提供了反馈。在大气环境研究公司的K. Cady-Pereira、PNNL的L. Riihimaki和布鲁克海文国家实验室的D. Troyan的帮助下，宽带加热速率剖面(BBHRP)的运行使用了太平洋西北国家实验室(PNNL)的机构计算。

作者信息

作者及隶属关系

  1. 劳伦斯伯克利国家实验室地球科学部，美国加州伯克利回旋路1号，MS 74R-316C, 94720

    d·r·费尔德曼，w·d·柯林斯，m·s·托恩

  2. 加州大学伯克利分校地球与行星科学系，美国加州伯克利市McCone厅307号，94720

    w·d·柯林斯

  3. 威斯康星大学麦迪逊分校，空间科学与工程中心，1225 W。美国威斯康辛州麦迪逊市代顿街53706

    p·j·格罗

  4. 加州大学伯克利分校能源与资源组，伯克利，美国加州94720,MC 3050，巴罗斯大厅310号，

    m.s.撕裂

  5. 大气与环境研究公司，美国马萨诸塞州列克星敦哈特韦尔大道131号，邮编02141

    e·j·姆劳尔

  6. 太平洋西北国家实验室基础与计算科学，美国华盛顿州里奇兰市巴特尔大道902号，99354

    希珀特

作者
  1. 费尔德曼
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  2. w·d·柯林斯
    查看作者出版物

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  3. p·j·格罗
    查看作者出版物

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  4. m.s.撕裂
    查看作者出版物

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  5. e·j·姆劳尔
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  6. 希珀特
    查看作者出版物

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贡献

D.R.F.实施了研究设计，对来自ARM站点的所有测量结果进行了分析，并撰写了手稿。wdc提出了研究设计并监督其实施。pj.g.是AERI仪器的导师，确保光谱测量和质量控制的正确使用。麻省理工学院指导了这项研究的实施，并监督了研究的资金。E.J.M.和T.R.S.进行了计算和分析，以确定天气偏差。所有作者都讨论了结果，并对手稿进行了评论和编辑。

相应的作者

对应到费尔德曼．

道德声明

相互竞争的利益

作者声明没有相互竞争的经济利益。

扩展的数据图形和表格

扩展数据图1示意图。

从AERI观测和基于大气结构的计算推导表面强迫的示意图。

扩展数据图2 AERI仪器稳定性。

aeri仪器衍生的激光波数在15799厘米标称频率附近的时间序列−1．

扩展数据图3 CarbonTracker配置文件。

一个， CT2011 CO剖面时间序列2在SGP现场。b， CT2011化石燃料组分CO2概要文件。c， CT2011生物质燃烧组分CO2概要文件。PGS, ARM精密气体系统二氧化碳混合比系统。

扩展数据图4微波辐射计探空仪标度。

在每年的调查中，微波辐射计可降水量与探空仪可降水量的分布情况。每个计数对应于一个配置的无线电探空仪和微波辐射计检索之间的比例。

图5热力学趋势。

一个，从2000年至2010年SGP的无线电探空仪和ARSCL数据得出的年度和季节性晴空温度(T)剖面趋势。b，同一个但对于水蒸气(H2O)概况趋势。c，至于一个而是美国国家安全局的温度剖面趋势。d，至于b而是美国国家安全局的水蒸气剖面趋势(每十年每公斤空气中水蒸气的克数)。

扩展数据图6从辐射度到通量的转换。

基于2000 - 2010年ARM SGP站点热力学剖面的LBLRTM计算，AERI通道1光谱通道天顶辐度到通量谱转换的直方图。b，至于一个而是美国国家安全局的网站ADM, Angular分布模型。

扩展数据图7天气偏差。

一个，时变CO时BBHRP计算之间通量差异的直方图2以及CO的计算2= 370 ppmv的所有剖面在2010年在SGP 30分钟分辨率。b，至于一个但对于ARSCL确定为晴空万里的数据子集而言。

扩展数据图8 TOA和表面通量。

一个，基于时变CO的BBHRP计算对流层顶与地表强迫的发生频率(以百分比为单位)图2CO在哪里2在2010年的SGP上，根据ARSCL旗帜识别的全天空条件，在30分钟分辨率下，所有剖面均为370 ppmv。b，至于一个但在晴空万里的情况下。

扩展数据图9地表通量对大气廓线的敏感性。

一个，地表辐射通量的灵敏度(F冲浪)到1°K扰动水平的不同模式大气，包括热带、美国标准(USSTD)、中纬度夏季(MLS)、中纬度冬季(MLW)、亚北极夏季(SAS)和亚北极冬季(SAW)46．b，至于一个但水平扰动以百分比H表示2O。c，至于一个但水平扰动是10 ppm CO2．d，至于一个但水平扰动是10% O3.．e，至于一个但水平扰动为1ppm CH4．

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引用本文

费尔德曼，D，柯林斯，W，格罗，P。et al。CO表面辐射强迫的观测测定22000年到2010年。自然519， 339-343(2015)。https://doi.org/10.1038/nature14240

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