Тестирование чувствительности модельных параметров к радиационному потоку на верхней границе атмосферы

Впервые учёные из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории провели комплексный анализ чувствительности 16 выбранных параметров популярной атмосферной модели, чтобы оценить их влияние на поток энергии на верхней границе атмосферы. Они обнаружили, что параметры облаков — особенно тот, что управляет переходом облачного льда в снег — являются основными факторами, влияющими на энергетический поток. Также было установлено, что частицы от антропогенных и природных выбросов сильнее воздействуют на атмосферу на региональном, а не на глобальном масштабе. Анализ показал, что взаимодействия между выбранными параметрами слабо влияют на суммарный средний радиационный поток в большинстве регионов планеты.

Повышение точности атмосферных моделей — ключевой путь к пониманию климатических взаимодействий. В статье, опубликованной в Atmospheric Chemistry and Physics, исследователи сосредоточились на представлении модели на верхней границе атмосферы, где солнечная энергия поступает в систему Земли, а отражённая и тепловая энергия уходят. Баланс или поток этих взаимодействий определяет энергетический бюджет Земли и является главным драйвером изменения температуры поверхности.

Из-за сложности системы Земля–атмосфера количественная оценка влияния радиационной энергии на климат остаётся трудной задачей. Команда провела первый комплексный анализ чувствительности для параметров микрофизики облаков и аэрозолей в модели Community Atmosphere Model версии 5 (CAM5). Они использовали метод квази-Монте-Карло для эффективного исследования многомерного пространства параметров, а для анализа результатов применили обобщённую линейную модель и дисперсионный анализ.

Результаты показывают, что изменения глобального среднего радиационного потока в исследуемых диапазонах параметров в основном определяются изменениями в облачном форсинге. Параметр, связанный с пороговым размером для авто-конверсии облачного льда в снег, оказался одним из наиболее влиятельных. Хотя антропогенные и природные выбросы существенно влияют на дисперсию радиационного потока в региональном масштабе, их воздействие на глобальный средний поток слабее, чем эффект внутренних параметров модели. Взаимодействия между 16 параметрами вносят относительно малый вклад в общую дисперсию потока над большей частью земного шара.

Это исследование углубляет понимание диапазонов параметров в модели CAM5, что поддерживает дальнейшую калибровку наиболее чувствительных из них. Команда планирует проанализировать чувствительность моделирования осадков и аэрозольно-облачных взаимодействий к параметрам CAM5.