Page 187 - 《武汉大学学报（信息科学版）》2025年第9期

第 50 卷第 9 期 江 萌等：北极海冰区 1981—2020 年辐射通量的时空变化特征与分析 1915

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change rate of −6.58 W/m from 2011 to 2020. The summer average of shortwave cloud radiative forcing
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was −67.91 W/m , and it decreased deeply at a decadal rate of change of −2.75 W/m , indicating that the
cooling effect of cloud on the surface was enhanced. The spatial distribution of summer trends showed that
the highest changing rate of surface radiation fluxes existed in the Arctic marginal sea area, especially in the
Barents-Kara Sea, where the surface net all-wave radiation and all-wave cloud radiation forcing changed
fastest in summer.
Key words： Arctic sea ice region； surface net radiation； cloud radiative forcing； ERA5； spatial-temporal
variation characteristics

近几十年来全球持续变暖，北极作为全球气 北极地区云辐射反馈过程非常复杂，已有研
候变化的指示器，其气温变化速率约是全球平均 究综合利用地面观测、卫星遥感、再分析数据及
增长速率的 4 倍，被称为“北极放大”现象 。受 数值模拟等多种方式，探讨了海冰区域表面辐射
［1］
快 速 升 温 影 响 ，北 极 夏 季 海 冰 覆 盖 范 围 不 断 减 收支的时空变化特征。基于北冰洋地表热收支
小 ［2-3］ 、厚 度 变 薄 ［4］ 、季 节 性 海 冰 增 多 ［5-6］ ，融 化 提 实验、北极夏季云和海洋研究实验以及新奥勒松
［9］
前 ［7-8］ 、地表反照率降低 ，导致海冰-海洋系统吸 站点的实测数据，研究发现盛夏时期云层在地表
收 的 太 阳 辐 射 增 多 ［10-11］ ，进 一 步 加 剧 海 冰 融 化 。 辐射平衡中起显著的冷却作用，其他时期均呈保
地表辐射能量作为反映地-气系统能量交换和物 温 作 用 ［14，21，25-26］ 。 文 献［27］基 于 1998-06− 2008-
质循环的关键指标，其平衡状态主要取决于短波 05 阿拉斯加北坡站和巴罗站的辐射数据，分析了
辐 射（shortwave， SW）与 长 波 辐 射（longwave， 该区域 DSW、上行短波辐射（upwelling shortwave，
LW）的相互作用，而 SW 和 LW 又会受到地表上 USW）、DLW、上 行 长 波 辐 射（upwelling long⁃
空云的影响 ［12］ 。通过系统分析地表辐射能量平 wave，ULW）、SW CRF、LW CRF 及总云辐射强
衡，可深化对北极地区气候环境演变的理解。 迫（all-wave cloud radiative forcing，AW CRF）的
表面净辐射（surface net radiation，SNR）通量 季节和年际变化，发现夏季 DLW 呈下降趋势，而
是衡量全球气候变化的关键变量，其数值由下行 DSW 呈增加趋势。现有卫星遥感、再分析数据
辐射与上行辐射的差值决定 ［13］ ，根据辐射波段特 和数值模拟获得的辐射数据突破了传统地面观
征可分为短波净辐射（surface net shortwave radia⁃ 测数据在时空覆盖范围上的局限性，为分析北极
tion，SWnet）和长波净辐射（surface net longwave 海冰区域辐射通量长时序时空变化提供了重要
radiation，LWnet）。 太 阳 高 度 角 、地 表 反 照 率 以 的 数 据 支 撑 和 技 术 途 径 。 已 有 研 究 多 关 注
及云层特性是影响 SWnet 的关键因素；而地表温 USW、DSW、ULW 与 DLW 的 长 时 序 月 均 值 变
度、下垫面性质以及云量、云光学厚度和云粒子 化 ［18，28-30］ 。 文 献［31-32］基 于 APP-x 数 据 发 现 ，

有效半径等云参数的综合作用显著影响 LWnet 1982—1999 年 SNR 无 明 显 季 节 性 年 际 变 化 特
的变化 ［14-18］ 。云作为地表辐射平衡的重要调节因 征，但 SW CRF 以每 10 年−6.60 W/m 的速度显
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子 ，它 们 通 过 反 射 太 阳 辐 射 减 少 到 达 地 表 的 著下降，LW CRF 以每 10 年 1.13 W/m 的速度增
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SWnet，对地-气系统起降温作用；通过吸收地表 加，在 SW CRF 和 LW CRF 的综合作用下，AW
发射的 LW，向下发射 LW，对地-气系统起增温作 CRF 以每 10 年−5.74 W/m 的速度下降。文献
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用 ［19-22］ 。 云 辐 射 强 迫（cloud radiative forcing， ［33］基 于 ERA-Interim 数 据 将 研 究 时 间 扩 展 为
CRF）是表征云层对地表辐射收支影响的关键参 1982—2015 年 ，对 SWnet、LWnet、SW CRF 和

数 ，其值定义为实际天空下的总净辐射（surface LW CRF 的长期时空变化特征进行了研究。文
net all-wave radiation，Rnet）与 理 想 晴 空 条 件 下 献［34］通过 CMIP6 模型系统评估了北极盆地区
Rnet 的差值 ［19］ ，包括短波云辐射强迫（SW CRF） 域 各 云 辐 射 通 量 ，包 括 USW、DSW、SWnet、
和长波云辐射强迫（LW CRF）。北极地区全年云 ULW、DLW、LWnet、Rnet、SW CRF、LW CRF
量 分 布 密 集 ，年 均 覆 盖 率 高 达 74% ［23］ 。 盛 夏 时 和 AW CRF 的季节变化和空间分布特征。
期，云层的辐射效应尤为显著，主要表现为：下行 近几十年北极夏季海冰呈显著减少趋势，除
长 波 辐 射（downwelling longwave，DLW）增 强 约 长期变化趋势外，显著的年际变化表明海冰对短
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81 W/m ，而 下 行 短 波 辐 射（downwelling short⁃ 期气候波动敏感 ［15］ 。已有多个研究聚焦于 SNR
wave，DSW）减少近 185 W/m 2［24］ 。 （SWnet、LWnet 和 Rnet）和 CRF（SW CRF、LW