辐射强迫是气候建模的关键指标之一。大多数气候模型，包括大气环流模型 (GCM)，都关注不同大气因素对辐射强迫的影响。然而，卫星观测和多模型模拟中仍然存在与某些大气因素相关的巨大不确定性。其中，云是 GCM 中已知的不确定性来源，导致辐射偏差。然而，另一个可能的辐射不确定性来源与降水有关。
原则上，降水粒子通过干扰入射短波和出射长波辐射来影响辐射强迫。但耦合模式比对计划第 6 阶段 (CMIP6) 中的大多数传统 GCM 都以诊断方式处理降水并排除降水的辐射效应 (REP)。由于复杂的大气-海洋反馈和多模型变异性，提取气候模型中 REP 的幅度具有挑战性。为此，一项由冈山大学副教授 Takuro Michibata 领导的新研究于 2024 年 6 月 19 日发表在npj 气候与大气科学上，研究了 REP 对不同地理尺度辐射强迫的影响。
Michibata 博士采用了日本 GCM MIROC6 的三个子版本，结合了不同的降水和辐射计算处理方法。这些子版本包括不含 REP 的诊断降水 (DIAG)、不含 REP 的预测降水 (PROG REP-OFF) 和含 REP 的预测降水 (PROG REP-ON)，以量化降水粒子对全球和区域尺度的辐射收支和水文循环的影响。“除了修改 MIROC6 模型外，我们还使用了 CMIP6 数据档案中的 34 个气候模型，以更好地了解 REP 对北极放大季节变化的影响。因此，通过使用多组模拟和多个卫星观测，我们系统地记录了 REP 对全球和区域水文循环和能量收支的重要性，”Michibata 博士解释说。
研究发现，REP 不仅影响当地的热力学分布，还通过改变大气环流影响远程降水率和分布。由于大气中的降水粒子，净短波辐射集体减少(“遮阳伞效应”)。同时，净长波辐射出现逆转(“变暖效应”)，尤其是在北极地区。根据 PROG REP-ON，这导致大气辐射冷却减弱，从而减缓全球水文循环。
与没有 REP 的模拟结果相比，极地地区的地表变暖更为明显，冬季地表温度明显升高，平均升高超过 1 K。这一温度升高幅度是夏季变暖的两倍多。这项研究主要强调了 PROG REP-ON 中的地表变暖程度，即冬季比夏季更强烈。这在 34 个 CMIP6 模型中得到了进一步验证，这些模型还显示了在考虑 REP 后北极放大的系统变化。
相比之下，热带和亚热带地区的温度变化相对较小。事实上，三维辐射收支分析表明，降水变化是热带地区 REP 的主要影响，而极地地区的温度变化则较为显著。
这些结果表明，REP 对全球和区域尺度的辐射收支和水文循环具有显著影响，这可以为 REP 对温度和降水变化的影响机制提供宝贵信息。此外，这意味着将 REP 纳入 GCM 可以改善气候模型中的降水和温度偏差，从而提高这些气候模拟相对于观测证据的准确性。
“目前的气候模型仍然存在很大的不确定性，特别是在模拟北极气候方面。鉴于北极气候与中纬度气象和天气的联系很远，这项研究将有助于改进气候模型，以更准确地预测未来的气候变化和极端天气发生的变化。此外，REP 中的过程级理解将对其他建模小组未来模型开发有用，”Michibata 博士总结道。
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