近日，李庆祥教授团队在地表能量平衡与全球变暖的关系研究中取得新进展，研究成果以“An intensification of surface Earth’s energy imbalance since the late 20th century”为题，于2024年10月30日在Nature旗下期刊《Communications Earth & Environment》(影响因子：8.1）在线发表。

全球变暖是当前气候变化研究的核心话题。自工业化以来，温室气体排放量显著增加，特别是大气中二氧化碳浓度急剧上升，导致全球平均气温持续升高。这一变化在过去几十年中尤为明显，近十年全球平均气温上升已经超过1.2~1.3 °C，从而引发了一系列与气候相关的问题，如冰川加速融化、海平面上升和极端天气事件增加等。为了更好地理解这些变化背后的机制，研究地球的能量收支（EEI）已成为另一个关键焦点。

温室气体的增加改变了地球的辐射平衡，将更多的能量困在地球系统内。尽管卫星观测大大提高了科学家们对大气层顶部（TOA）辐射通量的理解，通过海洋热容量（OHC）、海平面高度变化等估计的方法也被广泛地应用，均较为合理地估计了TOA的EEI。但迄今为止，由于缺乏精确的地表观测数据，以及地表能量收支分量的变量较多等因素，导致已有的从地表辐射平衡角度估计其EEI仍存在相当大的不确定性（±17 W/m2），这是当前相关领域的一个难题。

为了应对这些挑战，本文从提高观测约束数据精度和优化研究方法两个方面进行了地表EEI估计的优化。目前最先进的气候系统模型如CMIP6，在模拟TOA的辐射收支方面表现良好，但在估计地表短波和长波辐射方面显示出明显的偏差。团队采用了最新研发的均一化和人工智能（AI）技术重建得到的全球地表太阳辐射数据集产品SSRIH20CR(http://www.gwpu.net/h-col-103.html），同时使用了贝叶斯模型平均（BMA）方法，对地表EEI估算不确定性贡献最为重要的向下短波辐射分量进行观测约束，这明显降低了该分量的不确定性水平；其次，团队在研究中发现，已有的一些研究没有考虑各个分量之间的多重相关性，而是将它们视为独立变量，从而导致其总不确定性水平被显著高估。通过对上述两方面进行完善，得到了基于地表能量平衡的EEI估算（图1）。该估算不仅提高了其估计精度，还可以体现某些特殊年份（如火山爆发）EEI的显著变化（这一点OHC和海平面高度变化等估计无法做到），而且有效降低了总体不确定性，更精确地跟踪表面能量不平衡的变化。