On the cloud radiative effect for tropical high clouds overlying low clouds

Abstract

High- and low-level clouds are overlay ubiquitously over the tropical warm pool region. Accordingly, cloud radiative effect (CRE) over this region is subject to the variation of multi-layered clouds, not to the high or low clouds solely. However, it is challenging to observe daily fractional change of high and low clouds, although some of current satellites resolve vertical cloud structure. Thus, we investigate CREs of typical multi-layered clouds of the tropical warm pool region in a radiative transfer model. In our model, 300-hPa clouds (optical thickness from 0.5 to 25) overlie 800-hPa clouds (optical thickness from 5 to 35) with varying low cloud fraction (from 0.1 to 1.0). Various cloud simulations show that the net CREs for the multi-layered clouds is possible from –119.89 to 31.26 W m-2. This corresponds to the observed net CREs for total-column cloud optical thickness between 3 and 9 (from –8.38 to 31.26 W m-2), 9 and 25 (from –87.93 to 27.84 W m-2), and over 25 (from –119.89 to 22.48 W m-2). Particularly, for total-column cloud optical thickness over 9, possible ranges of the simulated CREs well belong to those of observed net CREs by CERES. Well matching scope between simulated and satellite-based multi-layered CRE implies that multi-layered clouds significantly participate in the radiative balance in company with single-layered high clouds over tropical warm pool. Consequently, this study highlights the importance of the fraction and optical thickness of low clouds below high clouds to better understand CREs that are yet identified with those of high clouds by satellites. Further studies on relationship between CRE and the factors which could affect the cloud amount, possibly sea surface temperature, definitely help understanding climate feedback processes along with multi-layered CRE.;열대 웜풀 지역에는 단일층의 다양한 상층운과 하층운이 빈번히 발생하여 다층운이 많이 나타난다. 따라서, 열대 웜풀 지역의 구름 복사 효과는 단층운 뿐 만이 아니라 다양한 광학 두께를 가지는 다층운의 영향이 혼재되어 나타난 결과이다. 하지만, 위성의 관측은 수직적이기 때문에, 다층 구조에서 상층운과 하층운의 운량 변화와 각 구름의 구체적인 미세 물리를 파악하기엔 한계를 가진다. 이러한 한계점을 넘어 다층운의 구름 복사 효과를 알아보기 위해 본 연구는 복사 전달 모델 Streamer를 이용하였다. 모델 내에서 하층운의 운량과 두 구름의 구름 광학 두께를 변화시킴으로써 현실적인 다층운의 구름 복사 효과를 분석해 보았다. 그 결과, 다층운의 구름 복사 효과는 –119.89 에서 31.26 W m-2 까지의 넓은 범위에서 나타났다. 이러한 구름 복사 효과가 실제 위성 관측에서는 어떻게 나타나는지 확인하기 위해 위성에서 관측된 다양한 광학 두께의 상층운에 의한 구름 복사 효과의 값과 비교하였다. CERES/Aqua에서 관측된 두꺼운 상층운이 가지는 구름 복사 효과와 본 연구의 모의 결과가 유사한 범위를 보였고, 이러한 비교 분석을 통해 관측된 두꺼운 상층운이 단일층이 아닌 다층운의 구조를 이루고 있을 것이라는 결론을 도출하였다. 향후 해수면 온도 변화 등과 같이 열대 적도 지역의 구름 형성에 영향을 주는 요인과 다층운의 구름 복사 효과의 관계를 분석하는 연구가 뒷받침된다면, 열대 적도 지역의 구름 피드백 과정을 이해하는데 있어 다층운의 역할을 분명하게 해석할 수 있을 것으로 예상된다.