Том 39, номер 06, статья № 5

Аннотация:

Облачность является одним из главных факторов, определяющих процессы переноса излучения в атмосфере, и играет ключевую роль в формировании радиационного баланса земной поверхности. Представлены результаты анализа влияния различных типов однослойной облачности на коротковолновый баланс подстилающей поверхности (КБПП), полученный на основе моделирования широкополосных потоков солнечного излучения и многолетних данных дистанционного зондирования атмосферы в северном и южном районах Западной Сибири. Расчеты, выполненные для усредненных за период 2001–2019 гг. характеристик облачности, выявили, что с увеличением оптической толщины облаков суточный КБПП в летних условиях уменьшается от ~ 25 до ~ 8 МДж/м², а возрастание альбедо подстилающей поверхности зимой приводит к существенному уменьшению радиационного баланса вплоть до ~ 0,4–1 МДж/м². Приведенные оценки радиационного форсинга облаков демонстрируют его усиление по мере возрастания их оптической толщины от -60 Вт/м² (тонкие кристаллические облака) до -200 Вт/м² (плотные перистые облака и облака среднего яруса) в летних условиях и значительное ослабление, до 4–7 Вт/м², в зимний период. Полученные оценки КБПП можно рассматривать как средние по региону для представленных типов облачности. Результаты работы могут использоваться при оценке регионального радиационного баланса и форсинга облаков.

Ключевые слова:

радиационный баланс подстилающей поверхности, солнечная радиация, жидкокапельные и кристаллические облака, Западная Сибирь, численное моделирование, радиационный форсинг облаков

Список литературы:

1. Sellers P., Dickinson R., Randall D., Betts A., Hall F., Berry J., Collatz G., Denning A., Mooney H., Nobre C. Modeling the exchanges of energy, water, and carbon between continents and the atmosphere // Science. 1997. V. 275, N 5299. P. 502–509. DOI: 10.1126/science.275.5299.502.
2. Trenberth K.E., Fasullo J.T., Kiehl J. Earth’s Global Energy Budget // Bull. Amer. Meteorol. Soc. 2009. V. 90, N 3. P. 311–323. DOI: 10.1175/2008BAMS2634.1.
3. Holtslag A.A.M., Svensson G., Basu S., Beare B., Bosveld F.C., Cuxart J. Overview of the GEWEX Atmospheric Boundary Layer Study (GABLS) // Proc. Workshop on Diurnal cycles and the stable boundary layer, 7–10 November 2011, Reading, UK. European Centre for Medium-Range Weather Forecasts. 2012. P. 11–23.
4. Stackhouse P.W.Jr., Cox S.J., Mikovitz J.C., Zhang T. GEWEX SRB Rel4-IP Algorithm Theoretical Basis Document. URL: https://ntrs.nasa.gov/api/citations/20210018620/ downloads/SRB_Rel4-IP_ATBD.pdf.
5. Kejna M., Uscka-Kowalkowska J., Kejna P. The influence of cloudiness and atmospheric circulation on radiation balance and its components // Theor. Appl. Climatol. 2021. V. 144. P. 823–838. DOI: 10.1007/s00704-021-03570-8.
6. Wang M., Su J., Xu Y., Han X., Peng N., Ge J. Radiative contributions of different cloud types to regional energy budget over the SACOL site // Clim. Dyn. 2023. V. 61. P. 1697–1715. DOI: 10.1007/s00382-022-06651-0.
7. Ryan J.C. Contribution of surface and cloud radiative feedbacks to Greenland Ice Sheet meltwater production during 2002–2023 // Commun. Earth Environ. 2024. V. 5. P. 538. DOI: 10.1038/s43247-024-01714-y.
8. Белан Б.Д., Ивлев Г.А., Козлов А.В., Пестунов Д.А., Скляднева Т.К., Фофонов А.В. Радиационный блок измерительного комплекса обсерватории «Фоновая». Часть II. Результаты измерений в 2021 г. // Оптика атмосф. и океана. 2022. Т. 35, № 10. С. 843–849. DOI: 10.15372/AOO20221007; Belan B.D., Ivlev G.A., Kozlov A.V., Pestunov D.A., Sklyadneva T.K., Fofonov A.V. Solar radiation measurements at the Fonovaya Observatory. Part II. Results from 2021 measurements // Atmos. Ocean. Opt. 2023. V. 36, N 1. P. 54–60.
9. Горбаренко Е.В. Климатические изменения радиационных параметров атмосферы по данным наблюдений в Метеорологической обсерватории МГУ // Метеорол. и гидрол. 2016. № 12. С. 5–17.
10. Sun W., Videen G., Kato S., Lin B., Lukashin C., Hu Y. A study of subvisual clouds and their radiation effect with a synergy of CERES, MODIS, CALIPSO, and AIRS data // J. Geophys. Res.: Atmos. 2011. V. 116, N D22. DOI: 10.1029/2011JD016422.
11. Stephens G.L., Li J., Wild M., Clayson C.A., Loeb N., Kato S., L’Ecuyer T., Stackhouse P.W.Jr., Lebsock M., Andrews T. An update on Earth’s energy balance in light of the latest global observations // Nat. Geosci. 2012. V. 5, N 10. P. 691–696. DOI: 10.1038/ngeo1580.
12. Rossow W.B., Lacis A.A. Global, seasonal cloud variations from satellite radiance measurements. Part II: Cloud properties and radiative effects // J. Clim. 1990. V. 3. P. 1204–1253. DOI: 10.1175/1520-0442(1990)003<1204: GSCVFS>2.0.CO;2.
13. Hartmann D.L., Doelling D. On the net radiative effectiveness of clouds // J. Geophys. Res. 1991. V. 96, N D1. P. 869–891. DOI: 10.1029/90JD02065.
14. Chen T., Rossow W.B., Zhang Y.-C. Radiative effects of cloud-type variations // J. Clim. 2000. V. 13. P. 264–286. DOI: 10.1175/1520-0442(2000)013<0264:REOCTV>2.0.CO;2.
15. Oreopoulos L., Platnick S., Hong G., Yang P., Cahalan R.F. The shortwave radiative forcing bias of liquid and ice clouds from MODIS observations // Atmos. Chem. Phys. 2009. V. 9, N 16. P. 5865–5875. DOI: 10.5194/acp-9-5865-2009.
16. Zhang Y., Rossow W.B., Lacis A.A., Oinas V., Mishchenko M.I. Calculation of radiative fluxes from the surface to top of atmosphere based on ISCCP and other global data sets: Refinements of the radiative transfer model and the input data // J. Geophys. Res. 2004. V. 109, N D19105. DOI: 10.1029/2003JD004457.
17. Matus A.V., L’Ecuyer T.S. The role of cloud phase in Earth’s radiation budget // J. Geophys. Res.: Atmos. 2017. V. 122, N 5. P. 2559–2578. DOI: 10.1002/2016JD025951.
18. Allan R.P. Combining satellite data and models to estimate cloud radiative effect at the surface and in the atmosphere // Meteorol. Appl. 2011. V. 18, N 3. P. 324–333. DOI: 10.1002/met.285.
19. Аршинов М.Ю., Белан Б.Д., Давыдов Д.К., Скляднева Т.К., Фофонов .В., Machida Т., Sasakawa M. Пространственно-временная изменчивость суммарной солнечной радиации на территории Западной Сибири // Оптика атмосф. и океана. 2013. Т. 26, № 8. С. 659–664.
20. Скляднева Т.К., Рассказчикова Т.М., Аршинова В.Г., Аршинов М.Ю. Изменение радиационных и метеорологических параметров атмосферы по данным наблюдений в Томске // Оптика атмосф. и океана. 2018. Т. 31, № 4. С. 288–293. DOI: 10.15372/AOO20180407.
21. Скляднева Т.К., Аршинова В.Г., Рассказчикова Т.М. Оценка изменения суммарной солнечной радиации, продолжительности солнечного сияния и облачности в Томске // Аэрозоли Сибири. XXXII Конференция: тез. докл. Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2025. С. 41–42. URL: https://symp.iao.ru/files/iao/SiberianAerosols-2025_Abstracts.pdf.
22. Журавлева Т.Б., Кабанов Д.М., Сакерин С.М., Фирсов К.М. Моделирование прямого радиационного форсинга аэрозоля для типичных летних условий Сибири. Часть 1: Метод расчета и выбор входных параметров // Оптика атмосф. и океана. 2009. Т. 22, № 2. С. 163–172; Zhuravleva T.B., Kabanov D.M., Sakerin S.M., Firsov K.M. Simulation of aerosol direct radiative forcing under typical summer conditions of Siberia. Part 1. Method of calculation and choice of input parameters // Atmos. Ocean. Opt. 2009. V. 22, N 1. P. 63–73.
23. Astafurov V.G., Skorokhodov A.V., Kuryanovich K.V. Summer statistical models of cloud parameters over Western Siberia according to MODIS data // Russ. Meteorol. Hydrol. 2021. V. 46, N 11. P. 735–746. DOI: 10.3103/S1068373921110029.
24. Сакерин С.М., Андреев С.Ю., Бедарева Т.В., Кабанов Д.М. Особенности пространственного распределения аэрозольной оптической толщи атмосферы в азиатской части России // Оптика атмосф. и океана. 2012. Т. 25, № 6. С. 484–490.
25. Кабанов Д.М., Сакерин С.М., Турчинович Ю.С. Межгодовая и сезонная изменчивость аэрозольной оптической толщи атмосферы в районе г. Томска (1995–2018 гг.) // Оптика атмосф. и океана. 2019. Т. 32, № 7. С. 548–555. DOI: 10.15372/AOO20190706; Kabanov D.M., Sakerin S.M., Turchinovich Yu.S. Interannual and seasonal variations in the atmospheric aerosol optical depth in the region of Tomsk (1995–2018) // Atmos. Ocean. Opt. 2019. V. 32, N 6. P. 663–670.
26. Hess M., Koepke P., Schult I. Optical properties of aerosols and clouds: The software package OPAC // Bull. Am. Meteorol. Soc. 1998. V. 79, N 5. P. 831–844. DOI: 10.1175/1520-0477(1998)079<0831:OPOAAC>2.0.CO;2.
27. Baldridge A.M., Hook S.J., Grove C.I., Rivera G. The ASTER spectral library version 2.0 // Remote Sens. Environ. 2009. V. 113, N 4. P. 711–715. DOI: 10.1016/j.rse. 2008.11.007.
28. Gordon I.E., Rothman L.S., Hargreaves R.J., Hashemi R., Karlovets E.V., Skinner F.M., Conway E.K., Hill C., Kochanov R.V., Tan Y., Wcisło P., Finenko A.A., Nelson K., Bernath P.F., Birk M., Boudon V., Campargue A., Chance K.V., Coustenis A., Drouin B.J., Flaud J.-M., Gamache R.R., Hodges J.T., Jacquemart D., Mlawer E.J., Nikitin A.V., Perevalov V.I., Rotger M., Tennyson J., Toon G.C., Tran H., Tyuterev V.G., Adkins E.M., Baker A., Barbe A., Canè E., Császár A.G., Dudaryonok A., Egorov O., Fleisher A.J., Fleurbaey H., Foltynowicz A, Furtenbacher T., Harrison J.J., Hartmann J.-M., Horneman V.-M., Huang X., Karman T., Karns J., Kassi S., Kleiner I., Kofman V., Kwabia-Tchana F., Lavrentieva N.N., Lee T.J., Long D.A., Lukashevskaya A.A., Lyulin O.M., Makhnev V.Yu., Matt W., Massie S.T., Melosso M., Mikhailenko S.N., Mondelain D., Müller H.S.P., Naumenko O.V., Perrin A., Polyansky P.L., Raddaoui E., Raston P.L., Reed Z.D., Rey M., Richard C., Tóbiás R., Sadiek I., Schwenke D.W., Starikova E., Sung K., Tamassia F., Tashkun S.A., Vander A.J., Vasilenko I.A., Vigasin A.A., Villanueva G.L., Vispoel B., Wagner G., Yachmenev A., Yurchenko S.N. The HITRAN2020 molecular spectroscopic database // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2022. V. 277. P. 107949. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2021.107949.
29. Mlawer E.J., Payne V.H., Moncet J.-L., Delamere J.S., Alvarado M.J., Tobin D.C. Development and recent evaluation of the MT_CKD model of continuum absorption // Phil. Trans. R. Soc. A. 2012. V. 370, N 1968. P. 2520–2556. DOI: 10.1098/rsta.2011.0295.
30. Антохина О.Ю., Антохин П.Н., Аршинова В.Г., Аршинов М.Ю., Белан Б.Д., Белан С.Б., Давыдов Д.К., Дудорова Н.В., Ивлев Г.А., Козлов А.В., Краснов О.А., Максютов Ш.Ш., Machida Т., Панченко М.В., Пестунов Д.А., Рассказчикова Т.М., Савкин Д.Е., Sasakawa M., Симоненков Д.В., Скляднева Т.К., Толмачев Г.Н., Фофонов А.В. Исследование динамики концентрации парниковых газов на территории Западной Сибири // Оптика атмосф. и океана. 2019. Т. 32, № 9. С. 777–785. DOI: 10.15372/AOO20190910.
31. Баженов О.Е., Бурлаков В.Д., Гришаев М.В., Гриднев Ю.В., Долгий С.И., Макеев А.П., Невзоров А.В., Сальникова Н.С., Трифонов Д.А., Аршинов М.Ю., Ивлев Г.А. Сравнение результатов дистанционных спектрофотометрических и лидарных измерений O₃, NО₂, температуры и стратосферного аэрозоля с данными спутниковых и радиозондовых измерений // Оптика атмосф. и океана. 2016. Т. 29, № 3. С. 216–223. DOI: 10.15372/ AOO20160308.
32. Anderson G., Clough S., Kneizys F., Chetwynd J., Shettle E. AFGL Atmospheric Constituent Profiles (0–120 km). Environmental. Reserch Paper N 954. Air Force Geophysics Laboratory, 1986. 43 p.
33. Hu Y.X., Stamnes K. An Accurate parameterization of the radiative properties of water clouds suitable for use in climate models // J. Climate. 1993. V. 6. P. 728–742. DOI: 10.1175/1520-0442(1993)006<0728:AAPOTR>2.0.CO;2.
34. Baum B.A., Heymsfield A.J., Yang P., Bedka S.T. Bulk scattering models for the remote sensing of ice clouds. Part I: Microphysical data and models // J. Appl. Meteorol. 2005. V. 44. P. 1885–1895. DOI: 10.1175/JAM2308.1.
36. Мазин И.П., Хргиан А.Х. Облака и облачная атмосфера. Л.: Гидрометеоиздат, 1989. 647 с.
37. Пивоварова З.И. Радиационные характеристики климата СССР. Л.: Гидрометеоиздат, 1977. 335 с.