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地球东西向反照率对称性

Nature2026年6月3日 00:00

主要内容:地球将大约29%的入射太阳辐射反射回太空,这是一个被称为行星反照率的内在特性。自半个世纪以来,随着空间监测技术的发展,关于地球辐射通量的一个有趣观察是:北半球和南半球反射的阳光量几乎相同。尽管这种对称性被认为是由于南半球多云天气与北半球清晰天空的反射性平衡所致,但缺乏令人满意的机制解释如何维持南北(N–S)对称性使得这可能只是巧合,从而使N–S对称性依然是一个谜。这一可能性又因为观察结果可能表明N–S对称性的突破而得到了进一步推进。鉴于地球近似为球形,因此将其分为两个不重叠的半球,以相等的阳光反射量并不令人惊讶。然而,达到这样0.1 W m −2半球对称性的机会不足3%,这使得半球对称性不太可能只是巧合。一个未被探索的问题是我们可以从这些稀有的保持对称性的半球对中学到什么,这些洞见可能对理解地球气候系统是基础性的。对称对之间的相似性或差异可以揭示地球系统各组成部分之间的内在耦合。本研究首次调查了地球的半球反照率对称性与经度的关系。我们将在每个经度大圆上,以1度的增量将地球划分为东半球(EH)和西半球(WH),并确定27° E(153° W完成大圆)作为产生东西向反照率对称性的独特经线,使用25年的卫星测量的气候顶层(TOA)短波(SW)通量。27° E处的东西对称性因其持续性和唯一性而引人注目,这也是唯一的经线划分,能够产生如此平衡。此外,它与将地球分成含有几乎相同数量冰-free海洋的两半球的经线相一致。换句话说,陆地与海洋的比例与两半球中反射的太阳辐射流密切相关,这一特征与N–S对称性形成鲜明对比。在一个假设的无云世界中,这种对应关系可能并不令人惊讶,因为陆地与无冰海洋之间存在表面反射率的对比。然而,对于我们所居住的多云星球而言,这种对称性的持续存在就变得非同寻常,强调了理解云在维持观察到的东西对称性中的作用的必要性。通过超过20年的云与地球辐射能量系统(CERES)观察,我们显示27° E的东西对称性源于高云主导的EH与低云主导的WH之间的平衡,以及一个更具反射性的海洋与冰盖地区的EH与一个更具反射性的无冰陆地区的WH之间的平衡。这种东西对称性与半球的无冰海洋部分的均匀分配和云辐射效应(CRE)近似对称性—一种三重对称性—并未被气候模型捕获。我们发现东西半球反照率对称性的年际变率与ENSO阶段之间存在很强的相关性,暗示大规模的大气环流,特别是沃克环流,可能在维持这一对称性方面起着重要作用。观察到的27° E处的三重对称性:图1显示了CERES观察的TOA SW反射在经度上的半球差异,揭示出两半球之间的全天空SW反射差异大致是经度与无冰海洋比例的单调函数。在27° E处确定了00000000 R的半球对称性(00000000 00000000 0.04 ± 0.24 W m −2),基于25年的(2001–2025,含)能量平衡与填充(EBAF)记录。因此,我们此后使用27° E作为EH和WH的参考经线,并用于评估年际变率的不对称程度以及气候模型中的不对称性。图1:地球的东西半球反照率对称性及其持续性演示。这张图的替代文本可能是使用人工智能生成的。完整图像:a,基于CERES EBAF的25年反射SW辐射差异,按经度分类,并按EH与WH之间的无冰海洋比例(00000000 00000000)的差异着色(EH减去WH)。全天空反射差异(00000000)由圆圈表示,晴空反射差异(00000000 00000000)由上三角表示,而CRE差异(00000000 00000000)则由下三角表示。27° E处的值被突出显示。

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