Total surface shortwave flux distributions 1901-2017 in support of carbon cycle modelling: Constant aerosols.

This dataset offers 6-hourly distributions of the total downward shortwave flux over the period 1901-2017. Radiative transfer calculations are based on monthly-averaged distributions of tropospheric and stratospheric aerosol optical depth, and 6-hourly distributions of cloud fraction. Methods follow those described in the Methods section of Mercado et al. (doi:10.1038/nature07949, 2009), but with updated input datasets. The time series of speciated tropospheric aerosol optical depth is taken from the historical and RCP8.5 simulations by the HadGEM2-ES climate model (Bellouin et al., doi:10.1029/2011JD016074, 2011). To correct for biases in HadGEM2-ES, tropospheric aerosol optical depths are scaled over the whole period to match the global and monthly averages obtained over the period 2003-2017 by the CAMS Reanalysis of atmospheric composition (Inness et al., doi:10.5194/acp-19-3515-2019, 2019), which assimilates satellite retrievals of aerosol optical depth. In this version of the dataset, monthly aerosol distributions are held fixed to their multi-annual means for 1901-1920. The time series of stratospheric aerosol optical depth is taken from the climatology by Sato et al. (doi:10.1029/93JD02553, 1993), which has been updated to 2012. Years 2013-2017 are assumed to be background years so replicate background year 2010. That assumption is supported by the Global Space-based Stratospheric Aerosol Climatology time series (1979-2016; Thomason et al., doi:10.5194/essd-10-469-2018, 2018). The time series of cloud fraction is obtained by scaling the 6-hourly distributions simulated in the Japanese Reanalysis (JRA; Kobayashi et al., doi:10.2151/jmsj.2015-001, 2015) to match the monthly-averaged cloud cover in the CRU TS v4.03 dataset (Harris et al. doi:10.1038/s41597-020-0453-3, 2020). Surface radiative fluxes account for aerosol-radiation interactions from both tropospheric and stratospheric aerosols, and for aerosol-cloud interactions from tropospheric aerosols, except mineral dust. Tropospheric aerosols are also assumed to exert interactions with cloud. The radiative effects of those aerosol-cloud interactions are assumed to scale with the radiative effects of aerosol-radiation interactions of tropospheric aerosols, using regional scaling factors derived from HadGEM2-ES. Atmospheric constituent other than aerosols and clouds are set to a constant standard mid-latitude summer atmosphere.

本数据集提供了1901年至2017年期间逐6小时的总向下短波通量（total downward shortwave flux）分布。辐射传输（radiative transfer）计算基于对流层（troposphere）与平流层（stratosphere）气溶胶光学厚度（aerosol optical depth）的月均分布，以及云量（cloud fraction）的逐6小时分布。本研究采用的方法参考自Mercado等人2009年发表于《自然》的方法章节（doi:10.1038/nature07949, 2009），但使用了更新后的输入数据集。分类对流层气溶胶光学厚度的时间序列取自HadGEM2-ES气候模型（Bellouin等人，2011年，doi:10.1029/2011JD016074, 2011）的历史情景与RCP8.5情景模拟结果。为校正HadGEM2-ES的模拟偏差，研究人员对全时段的对流层气溶胶光学厚度进行缩放，使其与2003-2017年期间CAMS大气成分再分析资料（Inness等人，2019年，doi:10.5194/acp-19-3515-2019, 2019）得到的全球月均气溶胶光学厚度相匹配；该再分析资料同化了卫星反演的气溶胶光学厚度数据。在本版本的数据集中，1901-1920年的气溶胶月均分布被固定为该时段的多年平均值。平流层气溶胶光学厚度的时间序列取自Sato等人1993年建立的气候学数据集（doi:10.1029/93JD02553, 1993），该数据集已更新至2012年。研究假设2013-2017年为背景时段，因此采用2010年的背景值进行替换。这一假设得到了全球天基平流层气溶胶气候学时间序列（1979-2016年；Thomason等人，2018年，doi:10.5194/essd-10-469-2018, 2018）的支持。云量的时间序列通过缩放日本再分析资料（JRA；Kobayashi等人，2015年，doi:10.2151/jmsj.2015-001, 2015）的逐6小时模拟云量分布得到，使其与CRU TS v4.03数据集（Harris等人，2020年，doi:10.1038/s41597-020-0453-3, 2020）的月均云量相匹配。地表辐射通量考虑了对流层与平流层气溶胶的气溶胶-辐射相互作用，以及对流层气溶胶（矿物粉尘除外）的气溶胶-云相互作用。研究同时假设对流层气溶胶会与云发生相互作用，并采用从HadGEM2-ES模型得到的区域缩放因子，将这些气溶胶-云相互作用的辐射效应与对流层气溶胶的气溶胶-辐射相互作用的辐射效应进行比例缩放。除气溶胶与云之外的大气成分被设置为恒定的标准中纬度夏季大气。