从暗到亮：地表太阳辐射几十年来的变化外文翻译资料

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从暗到亮：地表太阳辐射几十年来的变化

Martin Wild,1* Hans Gilgen,1 Andreas Roesch,1 Atsumu Ohmura,1

Charles N. Long,2 Ellsworth G. Dutton,3 Bruce Forgan,4 Ain Kallis,5

Viivi Russak,6 Anatoly Tsvetkov7

摘要：地球表面太阳辐射的变化深刻地影响着人类和陆地环境。在许多观测记录中，至1990年，陆地表面太阳辐射的下降已经明显，这是一种被称为全球变暗的现象。从1990到现在，新的可用表面观测主要来自北半球，它表明这种变暗的现象没有持续到90年代。相反，自上世纪80年代以来，一个大范围的变亮已被观察到，这种逆转是与云量和大气传输有关，并且可能大大影响表面气候，水文循环，冰川和生态系统。

地球表面的太阳辐射（也称为作为全球辐射或辐射）是地球上主要的生命能源。大范围地进行这个物理量的测量是从上个世纪50年代末开始的。太阳辐射观测记录的全球分布趋势已经被用于各种研究(1-5)。这些研究报告指出，从1960年到1990年，地球表面的太阳辐射普遍减小，在这30年中，太阳辐射量从6至9w/m^2减少了4%到6%。这样的一个减少可能会深远地影响到地球表面的温度，蒸发，水文循环和生态系统，如（6-10）中提到的。

到目前为止，还没有研究提到过1990年之后太阳辐射的变化情况，因为1990年以后，较为全面的观测资料没那么容易获得。获取1990年之前的数据主要是通过全球能量平衡档案（GEBA）(11)，在位于俄罗斯圣彼得堡的世界辐射数据中心（WRDC）的帮助下，在目前的工作当中，我们已经把90年代的数据进行了更新。我们也用来自世界气候调查组织的地表辐射网络来获取自从1992年以来地球表面辐射的测量数据。这个全球网络测量得到的地表辐射铜梁是最可靠最，精度最高的，这与校准状态的仪器所在位置的气候有关。GEBA和BSRN两者的数据接受了严格的质量检查，如（11，12），以保证高精度和同质化，这些都是回归分析的先决条件。在这里，我们通过评估新获取的地表观测资料去研究太阳辐射在更近几年的变化情况。

对于欧洲地区来说，90年代最全面的数据是可以获得的，来自于GEBA/WRDC的从300个站点获取的7000多个逐年观测的资料被用于在一个32个网格，分辨率为2.5的平面中分析。通过包含站点影响的估计线性模型中得出了表格1中的结果。这其中的24个格中，从1950到1990间辐射值出现了系统性的降低，这和之前的研究（1-5）一致，仅仅6表现出了在1985到2000年的下降，且他们都没有通过显著性检验。可以从表1推断出，自从1985年，太阳辐射导致的变暗的现象在欧洲小时了，一个逆转的变亮出现了（13）。总的来说，趋势的改变使他们在1985年从负变为了正，就像我们从14网格的二阶线性模型中得到的极小值一样。

这个太阳辐射从下降到上升的转变和由日射强度计测量的无云大气透明度的变化类似，这表明了一个从20世纪80年代大气传输的下降的趋势和之后的逐步复苏（S4）。这可能与气溶胶压力的减小有关，它的减小是由于更加有效的净化空气的规定和欧洲东部国家由于政治转型导致的经济的衰退，比如，在较低的局部行星反照率，由于气溶胶负担的减小并且相对影响了这些国家的云。大气的传输也发生了相应的变化，在大气传输，太阳辐射和云量的变化都被记录在一个长期的记录中（从塔尔图到爱沙尼亚相似 图S3和S4）。

除了这些欧洲观察，我们在世界各地数十年的记录中都发现了一个相似的从变暗到变亮的反转（图1和图S5到S11）。这些包括仔细校准和维护的网站气候监测与诊断实验室（CMDL）（16）位于北美洲（Boulder，科罗拉多，和阿拉斯加）在南、北太平洋（莫纳罗亚火山，夏威夷，和萨摩亚）和南极（南部）极）。CMDL网站显示最近的复苏是从他们80年代中期下降趋势以后的。（图1和图S5）

前苏联的可用资料可以分析莫斯科地区直到1996年的太阳辐射情况（图S6）。在20世纪80年代，我们可以发现一个从下降到增长的变化，这和大气传输的测量是一致的（S4）。对于日本来说，20世纪90年代的全面的数据也表明，从之前的变暗有了一个复苏（图1和图S7）。90年代的一个明显的日照增加在日本最长的时间序列中是很明显的，这个时间序列可以追溯到1958年。这也和从14个站点收集后被记载在一个独立数据集中增长的大气传输一致。从1988年以来，中国的大部分站点都可以从GEBA获取，这些数据也显示了日照的增长（图1和图S9）。这也支持了一个基于85个农村站点得研究所得出的结论，太阳服饰在1950到11980时期的下降的水平在1990年时见笑了（图6）。一个从变暗到变亮的反转现象也可以从新加坡和马来西亚的站点发现。（图1和图s10）

1993年，一个高质量的辐射网络在澳大利亚建立了，直到2003年，获取的数据并不支持一个持续的下降，因为大多数的站点在最近几年表现出了增加（图1和图S11）。1990年出现的明显的持续变暗的现象很大程度上是受限于来自印度的有限的数据，这可能和大气持续流行的棕色云团（ABC）有关，除此以外，在非洲大陆，在津巴布韦两个站点测量到的地表的太阳辐射并没有表现出增长的态势，但是在埃及，变暗的趋势在90年代有所下降（图1和图S13和S14）。

从其他地方获取的数据的准确水平不能到到时间序列分析的要求，这些数据包括从南美，非洲，美国和澳大利亚获取的1988年之前的数据，后者是一句模型调整的，因此趋势是自由的。数据质量不令人满意的情况使BSRN这组织在1992年建立了，新的太阳辐射测量标准被引入。从BSRN，我们筛选了可以得到最长时间记录的站点，包括高纬度的站点挪威，和在北极的巴罗（美国阿拉斯加）和两个南极洲的，以及中纬度的站点( 美国科罗拉多)和瑞典，以及低纬度的百慕大群岛（西大西洋）和热带西太平洋的站点。

这些站点得年平均代表太阳辐射时间序列的线性拟合在如图2A所示，值得注意的是，没有站点显示下降。相反，8个站点中6个显示了轻微的增长。相似的趋势可以再其他BSRN站点得更短的时间序列中发现（图1）。因此，可以获取到的90年代的最高质量的数据呈现出变亮而不是变暗。

总体而言，GBEA,BSRN，和CMDL记录的信息没有提供在上世纪90年代持续大范围的变暗的证据。反而，有一些自从上世纪80年代中期很多地方地表日照变亮的迹象，这些地方大多都在北半球以及澳大利亚和南极洲。最近的研究发现了一个类似的在上世纪90年代反转到变亮情况，这是利用卫星搜集的太阳辐射资料（20）。这表明地表的测量事实上接收了大范围的信号。卫星驱动以及测量地表日照数据的变化也和国际卫星云气候项目提供的全球云量的变化一致，它呈现出了一个持续的上升直到上世纪80年代末和一个之后的下降，从上世纪80年代到2002一共5%。最近的一次基于地球行星反照率方法额ISCCP提供的云量资料的重建得出了一个在上世纪90年代相似的下降发生了。BSRN建立之后的一个时期（1992到2001）地表反射率的下降相当于一个6w的吸收全球太阳辐射的增加。整体的变化都被BSRN的站点观测到了，估计的图2中站点斜率的平均值是0.66W每年，（整个BSRN时期是6.6W）。在2002年估计的行星反照率的急剧增强体现出了这个时期可获得的表面测量和它的矛盾。这是bsrn数据的高时间分辨率的进一步优势（分的意思），与传统的辐射数据通常可在每月或每日获取的形式不同。高频测量允许一个晴空探测算法的基础上分层的bsrn记录到阴天和晴天的时段。在不同天气条件下的晴空和晴空条件下的其他额外记录的可用性提供了一个独特的机会去研究太阳辐射通过大气的传输。在图2b中，晴空太阳辐射的时间序列聚合到每年的平均值，与它们相关的线性拟合的BSRN攒点，坡度从t0.01到t1.61 W MJ2每年。

这表明，在20世纪90年代，无云的大气可能会变得更加透明，符合大气传输测量图S4。早在上世纪90年代初，在大气传输的增加反映了从火山气溶胶负荷的恢复。此外，空气质量法规和东欧经济的下降可能会影响大规模气溶胶浓度（25）。在晴空通量整体上升，再估计平均在斜坡在图2b的网站，每年0.68 W MJ2，相当于在所有的天气条件下的增加。在晴朗和全天空条件下类似的变化表明，除了云层，无云的大气透明度的变化也有助于增加日照。

总之，我们的数据表明，1960至1990年期间大范围的太阳辐射的广泛下降，没有在接下来的几年继续。相反，有迹象表明，在20世纪90年代，在大多数良好的记录存在的位置，地表面上的阳光的数量增加了，所有和晴朗的天空条件下都发现了这一点。这表明在无云和多云的大气过程中的贡献了20世纪90年代的亮度，可能指的是直接和间接气溶胶效应的相互作用。

自20世纪80年代中期以来，没有了可能会对地表气候产生深远的影响。

而在太阳能的下降可以抵消源于20世纪80年代以前增强的温室效应的影响的下行长波能量的增强（10），这个掩盖温室效应和相关的影响的情况此后可能不再是有效的，因此，温室信号在90年代变得更加明显。

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