菜单

社会渠道

搜索存档


其他选项
话题

日期范围

直接到您的收件箱,每天或每周摘要最重要的文章,只需在下面输入您的电子邮件。通过输入您的电子邮件地址,您可以根据我们的数据同意您的数据隐私政策

CT2DH5日出的云彩,加勒比,多米尼加。
在日出的云彩,多米尼加,2012年。 资料来源:Reinhard Dirscherl/Alamy Stock Photo。
客人帖子
2018年1月18日8:00

帖子:为什么云持有更好的气候模型的关键

艾莉·霍伟伍德教授

艾莉·霍伟伍德教授

18.01.2018 |上午8:00
客人的帖子 帖子:为什么云持有更好的气候模型的关键

艾莉·霍伟伍德教授是气候物理学系的气候物理学教授雷丁大学他是皇家气象学学会

作为气候典范,我发现云层既令人叹为观宜,既令人叹为观地又令人叹为观宜。

云的永无止境和不断变化的性质使美丽的诗歌升起了cloud-spotting有趣和气候莫德勒的挑战数十年。

当今气候系统中的云覆盖了大约三分之二的地球仪。热带降雨带和中纬度风暴轨道特别多云,亚热带海洋和欧陆沙漠地区看到相对晴朗的天空。

这些分布主要缩小到大规模的循环模式和潮湿空气的基本热力学。但是,云对气候的影响对其性质非常敏感。

低,明亮的云具有很大的冷却影响,因为它们反射了远离地球表面的阳光。由冰晶组成的高薄云对阳光或多或少透明地透明,但确实吸收了外射红外辐射,重新发出小部分,从而升温。是什么让事情更复杂的是,在大多数地方,任何时候都有多层云。

总的来说,在今天的气候中,云的冷却效果超过了它们的变暖影响。

云在空间和时间都是漂亮的 - 在分钟的时间内出现,改变和消失。这意味着准确地代表模型中的最大挑战之一,是气候科学家和关键更准确的预测

具有挑战性的云

云对气候莫德尔斯的挫折来源的一个原因是影响云形式,增长和减少如何发生的过程发生在大量的尺度上 - 从亚微米云流程到数千千克的云系统.

云微物理模型试图理解和模拟水滴和冰晶的产生和增长。为了实现这一点,他们必须模拟单个云滴的动力学和热力学。

实验室研究可以激活单个云凝结核 - 换句话说,将灰尘的粉末胁迫作为足够的水蒸气的冷凝位点,使得它们变得足够大以变成完全成熟的云液滴。在略大的尺度上,我们使用具有小整体域的型号,但是使用云液滴的湍流交互来模拟湍流的相互作用。我们称之为“大涡模拟”,因为它们可以代表湍流漩涡与云层的交互,或者“云解析模型”(CRMS),因为它们可以代表单个Cumulonimbus云的物理。

多亏了高性能计算,我们可以在越来越大的空间里进行这些高分辨率的计算,但在几平方公里的面积上仍然只能运行几天。

但是,这一规模涉及的过程都不是最终负责确定云水(或冰)内容,厚度和寿命 - 目前可以在需要在延长的时间内模拟整个地球的气候模型中明确表示。

云,果阿

云,果阿。图片由Kaushik Panchal.在未提出的。

模型进步

尽管难以将云的复杂性转化为简化的大规模模型,但科学家已经取得了进展。

特别是,一些气候模型已经在短时间内运行了更高的分辨率,使得积云云系统可以在全球范围内代表。这些具有更好的能力,使云系统将云系统耦合到大气动态,但仍然必须近似各个云和湍流的影响。

结果表明,我们使这些近似的方式具有真正的差异。

在替代方法中,还开发了一些模型,其在气候模型的每个单独细胞内嵌入完整的CRM。已显示这些“超级参数化”以改善气候模型模拟的一些方面。例如,它们倾向于正确地模拟热带地区的土地对流中的峰值,这在下午晚些时候而不是在中午 - 这是气候模型中的常见问题,具有更简单的代表性。

第一个研究这些模型也显示了在模拟覆盖地球表面大片区域的降雨模式方面的改进。其中一个是长期存在的问题热带互联区(ITCZ),一个巨大的低压带,可在赤道附近环绕地球。许多全球气候模型模拟了“双ITCZ.“这为南半球热带地区带来了太多的降雨。另一个问题已准确表示ElNiño-Southern振荡的频率和长度(ENSO)周期。

在这些模型中的气候和天气中提高了热带变异性,这对准确模拟了如何实现如何亚洲季风发展

同时我们仍然需要理解为什么这些super-parameterised模型做得更好,人们认为它可能是由于云层和对流的改善表示做更好地湿润热带大气和加热,这样深,高耸的风暴系统更容易形成。

然而,不幸的是,这些模型在表示低空云过程方面仍有一些局限性,研究和开发仍在进行中。

观察

我们还具有需要高分辨率和高质量观测的挑战,以评估我们的云模型。

其中一些可以通过飞机测量从云层中的飞机测量直接提供 - 在相对小的尺寸上 - 或通过越来越多的云属性观察卫星观察,例如高度,覆盖和液滴尺寸。遥感数据,如激光雷达,越来越多地可从卫星获得并且能够探测不同的云层。

长期监测对于尝试和建立大规模云系统的长期变化至关重要——为此,我们必须小心翼翼地将不同的卫星仪器数据集结合在一起。

即使我们可以代表气候模型的云形成和进化过程 - 在观察的帮助下,云仍然是由于他们对周围空气质量的变化的敏感性 - 受到大气和海洋循环的变化和辐射的影响加热。

事实上,正如政府间气候变化专门委员会的第五次评估报告总结(PDF),最近的研究表明,许多预计为较高的气候的云变化实际上是由于这些大规模的循环变化 - 对我们近似的小规模云流程的细节不太敏感。

这些变化包括高云海拔高度的上升,中高云覆盖的减少,多云的风暴轨道在中等纬度中向北移动,并降低了低级云的量。

预计这些云变化的整体效果将带来地球表面的进一步变暖,最有可能导致积极的反馈回路,这些回路加强由强化温室效应引起的变暖。

然而,我们不能绝对确定,因为来自全球不同建模中心的不同全球模型并不能预测相同的环流模式变化,而且有不同的近似方法用来表示云的过程本身。

有趣和挑战

气候科学家在理解和模拟云层方面已经取得了很大的进展,但仍有进展。

所以总之,这些是我们所知道的事情:

  • 云层整体的日趋酷酷酷
  • 我们现在能够在至少一些全球气候模型中代表云流程更好,因为从更多详细的模型中学习 - 并这样做改善了结果
  • 卫星观察云的观察一直在帮助测试我们的模型
  • 由于全球模式中云过程的近似和模式之间未来大尺度环流模式的差异,对未来云变化的预测有所不同。

还有一些事情我们还可以做得更好:

  • 低海拔云层形成、演化和溶解的许多方式还没有被清楚地理解,模型似乎也不能很好地代表它们。
  • 更详细的云解析模型需要在更大的空间和更长的时间域上运行,以充分理解它们带来的好处
  • 到目前为止,冰云已经很少研究过
  • 我们需要最大限度地提高我们可以从当前和未来的卫星观察中获得的信息。

所以难怪云仍然是气候系统最有趣和挑战性的组成部分之一 - 这就是为什么每次飞过云,我都会发生混合感情。即使在我欣赏他们的美丽,我也有这种愤怒的感觉,他们仍然有这么多种方式,而且会让我们惊喜。

来自这个故事的Sharelines
  • 帖子:为什么云持有更好的气候模型的关键

简要

专家分析直接到您的收件箱。

通过电子邮件获得每日或每周围绕碳简报选择的所有重要文章和论文。必威手机官网通过输入您的电子邮件地址,您可以根据我们的数据同意您的数据隐私政策

简要

专家分析直接到您的收件箱。

通过电子邮件获得每日或每周围绕碳简报选择的所有重要文章和论文。必威手机官网通过输入您的电子邮件地址,您可以根据我们的数据同意您的数据隐私政策