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計畫&論文

微量溫室氣體對地球大氣系統的輻射強迫作用

錢皓群


摘要

        溫室氣體會吸收地表以及大氣放射出的長波輻射,減少離開地球大氣系統的長波輻射通量,並對地球大氣系統造成溫室效應。自1750年工業革命至今,CO2、CH4以及N2O為影響氣候變化最顯著的溫室氣體,而這三種溫室氣體的濃度增加會影響地球大氣系統的輻射收支平衡,並影響氣候變化。
        本研究選擇常用的輻射傳遞模式LBL與CLIRAD作為研究工具,並使用三個大氣剖面資料(熱帶、中緯度夏季與副極地冬季),瞭解輻射強迫作用在不同溫室氣體濃度,以及不同大氣條件下的結果,並討論兩模式計算結果差異的原因。同時為瞭解從1750年至2012年三種溫室氣體所造成的輻射強迫作用,因此使用輻射傳遞模式計算此兩年溫室氣體的輻射通量與冷卻率,並討論輻射通量以及冷卻率差異的原因。
        從2012年溫室氣體濃度倍增的模擬結果,發現CO2會減少最多長波輻射通量離開地球大氣系統,即CO2所造成的輻射強迫作用最強,以及對地球大氣系統暖化最明顯,其次為N2O,最弱的為CH4。從對流層頂向上淨輻射通量,發現三種溫室氣體在濃度倍增後,離開對流層的長波輻射通量明顯的減少,表示溫室氣體濃度倍增後有許多長波輻射能量被留在對流層與海洋,使得對流層與海洋的溫度上升。
        將2012年的溫室氣體輻射通量與1750年相比,發現溫室氣體在三種大氣剖面所造成的輻射強迫作用,熱帶、中緯度夏季與副極地冬季分別為2.89Wm-2、2.53Wm-2以及1.33Wm-2。比較兩年的冷卻率結果,發現在高層大氣有明顯的差異,原因為CO2濃度改變所致。
        比較兩輻射傳遞模式LBL與CLIRAD發現,兩模式所計算的輻射通量在每一個頻段有些許的差異,這是因為CLIRAD限制了溫室氣體計算輻射通量的頻段,若非該溫室氣體的主要吸收頻段則不納入該頻段計算輻射通量。從冷卻率結果發現,兩模式在CO2的結果差異不大,但CH4與N2O在高層大氣有明顯的差異,原因為在CLIRAD內三種溫室氣體對透射率參數化的方法不同,CO2使用查表法,CH4與N2O使用K分布法。

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