Estimate of the Cloud and Aerosol Effects on the Surface Radiative Flux Based on the Measurements and the Transfer Model Calculations. Part 1: Shortwave Forcing at Tateno, Japan

In order to estimate the annual surface shortwave forcing by clouds+aerosols and aerosols, the shortwave flux from pyrheliometer and pyranometer measurements, atmospheric profiles from the radiosonde measurements, and aerosol optical properties retrieved from sky radiometer measurements were integrated with high-accuracy transfer model calculations. Clear-sky flux was defined from transfer calculations for a pure Rayleigh-scattering atmosphere, with measured temperature and humidity profiles by radiosonde observations. Monthly variation of the clear-sky flux due to the temperature and water vapor variation was 10-30 Wm(-2). Cloud+aerosol forcing was defined by the difference between the observed flux and the clear-sky flux (positive downward). The annual mean values of the cloud+aerosol surface shortwave forcing was estimated as -81 Wm(-2), which corresponds to about 24 % of the insolation. The aerosol-sky flux is defined with the transfer calculation using the aerosol optical depth retrieved from the sky radiometer measurements. Aerosol forcing was obtained from the differences between the clear-sky flux and the aerosol-sky flux. The mean direct aerosol forcing for 1996, except for March and April, was estimated as -18 Wm(-2), about 6 % of the insolation. We also performed a sensitivity study of the aerosol-sky flux by varying the weight fraction of soot in aerosols. Among the selected soot fraction, the best estimates were obtained as 10 % for January, February and July, 20 % for October through December, 5 % for May, June and August, and 0 % for September. These values are close to the measured seasonal variations of soot fraction in previous studies. Surface flux calculation with the retrieved aerosol size distributions performed no better than those with the LOWTRAN 7 urban model size distribution, especially in the summer months when the water vapor column amount was large. The necessity of further examination of retrieval methods of aerosol optical properties, using sky radiometer measurements, was suggested.雲とエアロゾルの地表面短波放射強制力の年間値を見積もるために、館野における精度のよい短波放射観測値、ラジオゾンデ観測値およびスカイラジオメター観測によるエアロゾルの光学的特性値を用いて高精度放射伝達計算を行なった。晴天フラックスは、ラジオゾンデ観測による温度湿度プロファイルを用いた純粋なレイリー散乱大気についての計算により定義した。水蒸気と温度プロファイルによる晴天フラックスの月変化は10-30Wm(-2)であった。雲とエアロゾルによる地表面短波放射強制力はフラックス観測値と晴天フラックスとの差によって定義した。1996年の年間平均値は-81Wm(-2)であり、大気上端の太陽入射の約24%に当たる。一方、エアロゾル強制は、スカイラジオメター観測によるエアロゾルの光学的厚さを用いた大気フラックスの計算値と晴天フラックスとの差によって求めた。3-4月を除く年間平均値は-18Wm(-2)で、6%にあたる。エアロゾルに含まれる煤の割合に対する感度実験の結果、1月、2月、7月は10%、10-12月は20%、5月、6月、8月は5%、9月は0%の煤の割合が推定された。この値は、これまでに観測されている煤の割合や都市分布と風向の関係と概ね一致する。ただし、スカイラジオメターから求めたエアロゾルの粒径分布を計算に用いると、特に大気水蒸気量の多い夏期において推定値の誤差が拡大した。スカイラジオメター観測データを用いたエアロゾル粒径分布の推定手法について、今後の詳細な検討の必要性が示唆される