主题：解读IPCC报告关于大气[CO2]加倍对对气候的定量影响 -- hwd99

6.2 辐射强迫

按照辐射强迫定义，我们只需要让大气二氧化碳浓度加倍，按照当前大气状况来计算辐射变化。从理论上分析，应该能够得到比较准确的加倍大气二氧化碳浓度的辐射强迫：如果我们实测地球大气温度和压力数据，根据这个数据来计算，就应该得到比较准确的结果，当然工作量很大，需要测一年里很多时间，地球大气不同位置，越多越好。然而，目前显然没有做此项工作，报告引用的结果都是计算结果，似乎还是简化计算。

对辐射强迫结果也持有很大怀疑。报告采用对流层顶作参照面，这个参照面的位置是变化的，远不及大气层顶定义清楚，所以报告中给出12个计算结果，却有5种辐射强迫定义。为什么？另外，利用不同辐射强迫参考面，可以根据模型计算得到所有三个中间变量，从而得到温度变化，这可以检验模型的内在一致性。

下面提出一致辐射强迫与透射率变化关系，来看报告中辐射强迫问题：

二氧化碳浓度增加，导致大气透射率降低，就是地面红外辐射透过大气部分减少，从而增加了辐射强迫，其增加量是Fs*dA，Fs是地面红外辐射；另一方面，大气本身的红外辐射输出是Fa=2bεσT4，这里T是大气温度，ε是发射率，σ是常数，因为大气辐射对外和对地面，在假定大气平均温度是T时，总辐射是2εσT4，由于上下红外辐射量不等，对地面辐射较多，用b来表示这种差别，所以大气对外辐射就表示成2bεσT4，在发射率增加以后，代表对外辐射增加，也就是辐射强迫减小。通常认为大气对地面红外辐射透射率降低dA等于大气红外辐射发射率ε增加（两者有差别，但很小）。则大气对外辐射减少就是dFa=2bdεσT4/ε=-FabdA/ε,则总的辐射强迫就是

dRf=Fs*dA-bFa*dA/(1-A)

根据报告，Fs＝390，bFa＝195， A＝40/390; dRf=3.8;

dA=3.8/(390-195/(1-40/390))

由于云占天空62%，所以求得的系数还要除以0.38，所以晴天大气透过率减少（dA）等于5.8%。

另一方面，按照报告给出的水蒸气反馈因子是1.8，最终温度增加3.26K，产生的辐射强迫是1.8*3.26＝5.89W/m2，水蒸汽的主要作用也是使大气透射率降低，从而增加辐射强迫，这样，两个效应叠加后辐射强迫就是9.67W/m2，根据上式公式计算得到的晴天大气透过率减少dA等于15%. 根据报告中数据，可以得到现有透过率是A=40/390/.38=0.27。

Barker在1999年文章里给出了透过率拟合公式，可以计算不同浓度二氧化碳和水蒸气浓度（也可以改成地表温度），该式如下（原文有错误，经与作者联系，得到其更正文）：

A＝｛1－exp(-0.082-(2.38PwHwRH+40.3fCO2)0.294]}

Pw=1760000exp(-5318/Ts) bars.

Hw=2 km

RH=80%

fCO2是大气二氧化碳浓度，工业革命前二氧化碳浓度是2.8e－4，加倍后是5.6e－4. 根据该式计算得到的结果，加倍二氧化碳浓度仅使大气透过率降低0.011，考虑水蒸汽反馈效应，假设地面温度增加3.26K，得到的大气透射率降低总量是0.024，两个结果都与报告给出的结果相差很大。根据barker拟合公式，计算得到的二氧化碳加倍的直接辐射强迫是1.93，而水蒸汽反馈效应带来的辐射强迫是2.22，总的辐射强迫是4.15W/m2。比从报告数据得到的9.67W/m2小一半多。

该拟合公式只考虑了三种温室气体二氧化碳，水蒸气和臭氧，这使公式计算出来的透过率偏大，从而使结果显得更加不合理。增加其它气体，会使透过率降低，当不一定对两者二氧化碳浓度的透射率变化产生很大影响。

• 【索引】有关“全球变暖”问题的讨论整理汇总(三)