主题：解读IPCC报告关于大气[CO2]加倍对对气候的定量影响 -- hwd99

2 辐射强迫

2.1 定义

所谓辐射强迫，报告正文中给出了四种定义，参见图1 。第一种辐射强迫定义来自2001年或更早期的报告，根据Ramaswamy 等（2001）定义“容许平流层温度改变，使之调节到辐射平衡状态，但是，保持对流层和地表温度不变情况下，对流层顶净辐射（包括太阳辐射和长波辐射，单位W/m2）改变。” 图1中其它三种在于调节不同位置的辐射平衡状态。

原文参见AR4 第二章 pp133， The definition of RF from the TAR and earlier IPCC assessment reports is retained. Ramaswamy et al. (2001) define it as ‘the change in net (down minus up) irradiance (solar plus longwave; in W m–2) at the tropopause after allowing for stratospheric temperatures to readjust to radiative equilibrium, but with surface and tropospheric temperatures and state held fixed at the unperturbed values’.

图1、辐射强迫计算的方法。箭头表示辐射强迫，横线表示对流层顶，上方是平流层，下方是对流层。蓝线表示稳定态或者参考态的温度梯度。从左到右：平流层对流层温度 都固定下的辐射强迫；平流层温度可调节对流层温度不变情况下的辐射强迫；地表温度固定，平流层对流层温度可调节情况下的辐射强迫；地表温度可变，某个温度 变化情况下的平流层对流层温度可调节情况下的辐射强迫 （本图说明来自村长的翻译，参见： http://www.ccthere.com/article/2642715）

在问题2.1 什么是辐射强迫的回答里，又给出了另外一种定义，这种定义与前述四种不同的地方，在于计算净辐射变化的位置不是对流层顶，而是大气层顶，这也是文献里经常使用的一种辐射强迫。这实际上又增加了4种定义。由于报告号称是文献综述，而文献中有各种用法，所以造成8个不同定义。那么，报告采用那种定义？也就是说，给出的数据是按那种定义得出来的？

原文：Radiative forcing is usually quantified as the ‘rate of energy change per unit area of the globe as measured at the top of the atmosphere’, and is expressed in units of ‘Watts per square metre’ (see Figure 2).

2.2 辐射强迫计算原理

辐射强迫变化ΔRf是根据大气红外辐射光谱数据计算得到的，争议相对较少。公认比较准确的计算方法，应是逐线积分法。需要注意的是，我们无法直接通过测量得到辐射强迫及其变化。计算大气分子吸收的逐线积分方法(LBL ) 广泛地用于模拟气体辐射传输问题、大气遥感、大气探测以及生态监测等各个领域中。由于带模式方法无法用于同时存在吸收和散射即散射大气的辐射传输问题, 进入90 年代, k 分布方法逐渐取代带模式而广泛用于中尺度数值模拟和气候模拟中, 逐线积分方法作为计算k 分布和相关k 分布函数的基础以及作为检验k 分布方法和相关k 分布方法的参考标准, 直接和间接地用在气候和其他气象领域的研究中。即使带模式方法目前也是先用LBL 方法得到精确的透过率,然后通过某种“最佳”拟合求得带参数。

大气辐射计算的核心问题实际上是大气透过率的计算, 对于单波长辐射，其透过率A可按照朗伯比尔公式计算：

A＝exp(-kCL)

k是吸收系数，C是大气中吸收辐射物质的摩尔浓度（M），L是辐射线穿过大气的路径长度。对于实际辐射，应对不同波长辐射透过能量进行积分，与入射总能量比就是大气透过率。实际计算时，C也可使用该吸收物质在大气中的密度（同时调整k单位和数值）。

在大气透过率的计算中最耗时的莫过于吸收系数的计算。虽然目前可用的计算机已达到很高的计算速度, 使得用逐线积分方法计算某一吸收气体很宽波段的吸收系数成为可能, 但仍然是相当费时的, 尤其在红外波段。这是因为,第一, 在此波段, 几十万条振动和转动跃迁谱线都对吸收有贡献; 第二, 每一跃迁都定义一条谱线, 该谱线在很宽的频率范围内都对吸收有贡献; 第三, 吸收系数取样点的选取必须以能分辨最小的谱线半宽度为准则。

在气候模拟中，一般不使用逐线积分法，这里来看逐线积分法，主要目的是了解其变化规律。

• 【索引】有关“全球变暖”问题的讨论整理汇总(三)