A study of long-term change in cloud radiative effects on Earth’s climate system

Abstract

This study uses data from the Clouds and the Earth’s Radiant Energy System (CERES) to examine global changes in cloud radiative effect (CRE) for 2001–2022. Results show that the 22-year changes in shortwave (SW) CRE are generally opposite to those of longwave (LW) CRE, which shows that the change in net CRE is relatively weakened due to the offset of these two variables. However, significant changes in net CRE are found in some regions. Over the Arctic, the net CRE decreased by –0.8 W m⁻²/decade due to surface darkening caused by loss of snow and ice that outweighed the increase in cloud fraction (SW cooling effect of clouds intensified). Over the northeastern Pacific and northwestern Atlantic Oceans, strong increases in SW CRE occurred with decreasing cloud fraction. However, this did not lead to a significant change in the entire northern hemispheric mid-latitudes because it was offset by the decreased SW and LW CREs over China. Over the Tropics, the net CRE decreased slightly, by –0.1 W m⁻²/decade, due to the dominant decrease in LW CRE at 0–10° N in association with the decreasing cloud fraction and increasing water vapor (decreased LW warming effect of clouds). Over the southwestern Indian Ocean and southern Atlantic Ocean, the net CRE increased due to the decreasing cloud fraction (weakened SW cooling effect of clouds). These multi-decadal changes in CREs are not well-simulated in the current climate models, which may limit the accuracy of regional climate predictions.;본 연구는 구름과 지구의 복사 에너지 시스템(CERES) 데이터를 사용하여 2001~2022 년 동안의 구름 복사 효과(CRE)의 전지구적 변화량을 제시한다. 단파(shortwave, SW) CRE 는 일반적으로 장파(longwave, LW) CRE 와 반대되는 변화를 보였으며, 이 둘의 상쇄로 인해 순 CRE 의 변화가 상대적으로 약화되었다. 그러나 일부 지역에서는 순 CRE 의 상당한 변화가 발견된다. 북극에서는 운량이 증가하긴 하나 눈과 얼음의 손실로 인한 표면 반사도 감소의 영향이 더 크게 작용하였다. 이로 인해 순 CRE 가 -0.8 Wm⁻²/10 년 변화하였다 (구름의 SW 냉각 효과 강화). 북동 태평양과 북서 대서양에서는 운량이 감소하면서 SW CRE 가 크게 증가하였다. 그러나 이 두 지역의 변화는 중국의 SW 및 LW CRE 감소로 상쇄되었기 때문에 북반구 중위도 전체의 변화로 이어지지 않았다. 열대 지역에서는 운량 감소 및 수증기 증가로 인해 순 CRE 가 -0.1 W m⁻²/10 년으로 약간 변화하였다 (구름의 LW 온난 효과 약화). 이 변화는 특히 0-10°N 의 LW CRE 감소에서 기인하였다. 인도양 남서부와 대서양 남부에서는 운량 감소로 인해 순 CRE 가 증가하였다 (구름의 SW 냉각 효과 약화). 이러한 CRE 변화는 기후 모델에서 동일하게 구현하는 데에 어려움이 있으므로 모델을 통한 미래 기후 예측의 정확성이 제한될 수 있음을 시사한다.