关闭实验

最后更新于周五,2022年12月16日|辐射强迫

关闭实验的目的是测量大气状态参数的一致性对底层物理过程模型(Ogren

1995;奎因et al . 1996年)。方法包括测量输入参数来初始化一个模型和推导出输出参数;与此同时,控制参数测量与模型预测。为了说明这一点,我们将描述的观察策略ACE-2 Cloudy-Column实验(Brenguier,壮族et al . 2000年),这是第一个字段研究专用的完全扩展边界层气溶胶间接影响的云系统。要测试的假设可以概括的形式三个关键问题:

1。云指定字段,液滴浓度与气溶胶激活模型的预测一致?

2。做云计算辐射特性随液滴浓度,如预期般Twomey (1977) ?

3所示。特定值的LWP,降水速率调制的液滴浓度?

时间和空间尺度上的

抽样一个对流细胞在其垂直上升而测量气溶胶特性,垂直速度,和云滴浓度检查CCN激活使用现有的机载平台是不可行的。此外,辐射传输提出了单个细胞,因为它是严重的困难,从本质上说,三维,因此从上面执行的辐照度测量一个对流细胞必然会受到辐射影响邻近的细胞。最后,循环降水的形成在一个对流细胞短(几十分钟),导致非常异构细雨补丁低于云基地。

另外一个策略是研究气溶胶的现象在大规模属性,动荡,云粒子物理学,和降水统计均匀(遍历),三维异构性问题的辐射和降水场的影响大量的细胞。这种情况往往是满意在边界层海洋层积云在几十公里的范围。

气溶胶激活关闭

本试验旨在评估0-D CCN激活的动力学模型来预测云滴浓度(控制参数)的垂直速度云基地和气溶胶的物理化学性质(输入参数)(吉伯特et al . 2003;斯奈德et al . 2003年)。

因为我们无法执行关闭实验个体CCN激活事件,必须采用统计方法问题,不一定必须包含的空间变异性的研究系统。远离气溶胶来源,气溶胶特性可以被合理地认为是均匀的区域和时间的实验。垂直速度,另一方面,从几厘米不等s - 1超过1 m s - 1在最活跃的细胞。因此,比较涉及到概率分布函数(PDF)测量液滴浓度及其与初始CCN激活模型的预测的全谱测量垂直速度。图21.1显示了比较测量液滴浓度十分位数的PDF的预测模型初始化先后十分位数的测量垂直速度分布。这个数字表明,垂直速度波动产生的浓度变化的范围比平均值之间的差异更广泛的原始和污染情况。

因此,关闭CCN激活不确凿的实验如果垂直速度不完全受制于观测。这里使用一致的定义云滴浓度作为控制参数也是至关重要的。事实上,液滴浓度测量在云系统不同于一个造成CCN激活,尽管都是紧密相关的。CCN激活完成后,额外的流程(例如,混合环境干燥的空气和扫气降水)稀释滴浓度显著。因此,对于比较CCN激活模型预测,它是明智的选择只有那些液滴浓度样品不受混合或降水清除。在ACE-2,例如,选择后的液滴浓度

2 180年

		/ -

1		*
- # 21	- # 30	- - - - - - -

90 180 270 360浓度预测(mg-1)

图21.1十分位数的观察到液滴浓度概率分布函数(PDF)和预测的液滴浓度CCN激活模型初始化先后与观察到的垂直速度十分位数PDF飞行21(原始)和飞行30(污染)。

通常比平均高30%在所有的样品(Pawlowska和Brenguier 2000)。

这个闭包的主要限制实验的完整描述size-segregated粒子的化学成分,介绍了不确定性的预测他们的吸湿性能。由于机载质谱仪的发展和改进的化学分析,激活关闭已经显著细化(柯南特et al . 2004;Fountoukis et al . 2007年)。还有待进行更进一步的研究以描述质量调节系数对小颗粒增长,和仪器需要被设计来表现其状态的化学混合物。

列在辐射传递闭包

这种类型的实验的目的是证实Twomey假设(即。,aerosol-induced微观物理学的变化反映在云辐射特性的变化)。输入参数的原位测量的垂直分布和水平变化是云滴大小分布,和输出参数的光学厚度云层,派生的垂直积分灭绝。控制参数是独立于多光谱光学厚度派生的光芒与第二个测量飞机飞行在云层之上。

在ACE-2,所有输入参数的统计很健壮,因为长时间的采样有两个并列的飞机:一个是致力于微观物理学的领域,而另一个专注于辐射。因此,ACE-2提供Twomey效应的观测证据中的扩展云系统,例如,光学厚度的比例LWP和液滴浓度所预期的Twomey(请参见图6在Brenguier Pawlowska et al . 2000年)。一个严重的限制,然而,是现场机载测量不提供信息的微观物理学的领域各级采样垂直分布。光学厚度作为输出参数假设导出了随机或最大重叠的原位测量微观物理学的领域。预测的准确性被重叠的不确定性从而显著退化。ACE-2以来,其他关闭实验使用遥感系统,更好的执行限制的垂直组织微观物理学的领域(Feingold et al . 2003年)。

辐射关闭的另一种方法是验证相同的辐射传输模型,但是在反模式。事实上,逆模型是目前用于云属性来自空间的测量多光谱光芒(只是和王1990)。在这种方法中,辐射测量是用来获得云几何厚度,或LWP和液滴浓度,然后相比的原位测量(舒乐问et al . 2003年)。

列关闭降水

这个实验有助于提高降水形成全球气候模型的参数化。raybet雷竞技最新最近的研究表明,层积云降水率,平均在一个大域包含众多云细胞,尺度意味着云厚度或LWP和典型的液滴浓度:ACE-2 (Pawlowska和Brenguier 2003)、史诗(康斯托克et al . 2004;木材2005)和DYCOMS-II (Van Zanten et al . 2005年)。这种关系的本质是一个主要的行列式气溶胶对云的影响程度的大小厚度和一生。大涡模拟(LES)因此被用来证实了这些意见和量化的实证关系更好。

总结了观察如图21.2所示。每个字段的竞选,降水率尺度云基地的云厚度和云滴浓度。每个数据集出现,然而,补偿主要反射等方法测量偏见和差异:降水率平均在云层(ACE-2)或只在云基地(史诗和DYCOMS-2),云滴浓度测量样品不受混合或沉淀净化(ACE-2),平均在云层(DYCOMS-II),或从遥感(EPIC)外推,来自云厚度检测的云基础和最高(ACE-2和DYCOMS-II)或来自遥感的LWP(史诗)。这些差异显示结果的敏感程度可以对物理参数的定义来源于不同的测量和数据处理技术。此外,结果显示是多么敏感的降水率云macrophysical属性,翻倍的降水只需要改变~ 100年云厚度。这强调气象变化控制的重要性研究微观物理学的影响。

类似云系统的数值模拟与LES模型进行广泛的LWP和CCN集中值的参数空间探索测量(Geoffroy et al . 2008年)。图21.2罪犯显示模型的比较结果与测量,使用相同的参数和比例在每个存在误伤法律活动,分别。观察从三个不同的地区之间的相似性和数值模拟的结果表明,大规模的LWP之间的关系,液滴浓度,沉淀速度云基地是健壮的。

总结和建议

这三个例子说明不同类型的关闭实验。每个类型都有明显可测试的假设。当模型很简单,比如0-D CCN激活模式,关闭实验关注的基本方法:测量输入参数,数值模拟,比较模型的预测控制参数。在第二个例子中,输入和控制参数之间的区别不明显,取决于使用的模型是直接或在反模式中,例如卫星一维检索技术。第三个例子,3 d模型的层积云,表明这项技术是如何推断比较指定物理参数之间的关系,进一步观察和模拟模型在相同的参数空间。这三个方法共有以下方法论的规则,一般不给予足够的关注在大多数的研究:关闭

1。模型需要完全约束:所有参数,这可能会影响模型的预测进行测试,必须记录的准确性符合它们的影响(例如,至于垂直速度)。

2。确保一致性在测量和模型参数的定义:测量和模型必须定义一个参数的值在同一空间和时间尺度。例如,液滴浓度将表现出显著差异,取决于它是否被定义为均值在云系统或专门测量值CCN激活的区域。

3所示。冗余测量是非常可取的:单一验证实验经常成功,而冗余控制更难以调和,但允许更高程度的信心。关闭是健壮的,必须尝试结合冗余闭包相同的过程,如结合CCN激活谱和液滴激活关闭在同一数据集(斯奈德et al . 2003年)或辐射闭包传输和反射的光在同一云系统(关于2000)。

一般来说,动态、热力学和微观物理学的属性表现出重要的可变性和协变性公里规模(即。,尺度小于一个典型的气候模型网格框),这个变化显著影响气溶胶云互raybet雷竞技最新动如何影响云的大规模属性。重要的是要设计一个抽样策略,允许我们进一步描述这些重要的次网格统计变量之间的联系(见,例如,伊林沃思和骨,这体积;拉尔森等。2001年,2002年)。例如,云的机载测量往往是针对云细胞沿飞行轨迹优化;然而,这种方法介绍了偏见到数据库(高估了云分数)。至关重要。因此,采用无偏抽样或提供额外的信息,以减少潜在的偏见的数据基础。

列关闭实验验证模型是有用的物理过程及其对大气环流的参数化模型,只要

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