青藏高原是全球最高和最大的高原，其热动力效应强烈影响亚洲和全球气候。青藏高原地表类型复杂而多样，分布有大量的山地、冰川、湖泊和草甸等，其东西部差别明显，西部相对干燥，而东部相对湿润。上述特征使得高原地表和云辐射过程具有鲜明的区域特色。其中一个引人注目的特征是，青藏高原分布有同纬带陆地最强的大气顶辐射收支正值区，年平均强度约为9.3 W m-2，表明高原是一个明显的辐射热源区（图1）。这一特征在春夏季节尤为明显，其成因在于：高海拔地形会引起地表低温，进而导致出射长波明显低于同纬度地表所致（图1）。大气顶辐射收支是表征地-气系统能量平衡和气候模式性能评估的基本变量，其量值与地表（反照率和温度）和大气（云和水汽）状况紧密联系，其变化是目前云辐射反馈和气候不确定性模拟研究的重要内容。为此，基于气候观测事实，考察当前气候模式对高原大气顶能量收支的描述现状并揭示其主要模拟偏差源是非常有价值的研究议题。
针对以上问题，中国科学院大气物理研究所LASG实验室李剑东副研究员联合外单位学者，利用卫星反演、再分析资料及最新CMIP6模式结果，考察了青藏高原大气顶辐射收支季节特征及其在当前气候模式中的偏差原因。研究结果表明，28个CMIP6大气模式集合年平均的青藏高原年平均大气顶辐射收支仅为2.0 W m-2，严重低估了其强度，最大的偏差项源自同样被低估的大气顶净吸收短波，而且两者的偏差表现出相当大的季节和东西部差异。比较而言，高原西部的辐射收支、短波和地表反照率偏差更大，尤其在冬春季节（图2），CMIP6大气模式结果之间体现出很大差别。利用多元线性回归分析方法，我们发现，高原西部的大气顶吸收短波的模式偏差主要由地表反照率偏差引起，对应着地表冷偏差，而高原东部的对应模拟偏差则更多地受云辐射效应模拟偏差影响（图3）。此外，对高原大气顶辐射收支描述较好的CMIP6模式存在地表暖偏差现象。本研究表明，高原大气顶辐射收支可以作为该区域地表状况（特别是温度）模拟及其变化模拟状况的指示器。
本项研究从大气辐射角度，揭示了青藏高原的辐射热源效应，并量化了当前地表反照率和云对于高原辐射收支模拟偏差的影响。该工作受国家自然科学基金项目（91837204、42030602、41975109和41730963）联合资助，近期发表于《Atmospheric Research》，信息如下：
Li, J. D. et al., 2022: Characteristics of Top-of-Atmosphere Radiation Budget over the Tibetan Plateau and Its Bias Sources in Climate Models. Atmospheric Research, doi: 10.1016/j.atmosres.2022.106256. (IF=5.369)
图1. (a) 2001-2014年平均大气顶辐射收支（W m-2）；(b) 青藏高原地形（m）；(c) 高原（28-38°N, 78-102°E）大气顶辐射收支、净吸收短波和出射长波的年和季节平均值。图c中数值为黑色框区所示的高原区域平均大气顶辐射收支，仅考虑地形高度大于3000m的高原区域。
图2. （a）全年、(b)冬季、（c）春季、（d）夏季和（e）秋季平均的高原大气顶辐射收及相关变量模拟偏差。这里，青色、红色和绿色分别表示整个高原、西部和东部高原；子图中柱状图外侧直线的上下端点分别表示28个CMIP6模式的最大或最小偏差，柱体长度表示这些模式的标准偏差，柱体中的小水平直线表示多模式平均值；子图中黑色星形和圆点分别表示21个较好的模式以及7个较差的模式结果。这里大气顶辐射收支（RT）、净吸收短波（ASR）和出射长波（OLR）单位是，地表温度（Ts）和晴空地表反照率（ALB）的单位分别是3.0*K和%。
图3. 4个季节地表晴空反照率（ALB）、短波云辐射效应（SWCRE）和大气顶净吸收短波（ASR）模拟偏差的散点填色图。这里方形和圆形图标分别表示7个差和21个好的CMIP6模式结果，标准化的回归系数标于子图中，a1和a2分别表示地表反照率和云的贡献，负号为负贡献。由图可见，冬春季节7个差的CMIP6模式在高原西部ASR偏差主要由地表反照率引起，而在夏季高原东部和西部（特别是东部）云的贡献均明显增大。
