你是否曾經(jīng)在一個(gè)晴朗的日子里穿了一件深色的T恤，并在太陽(yáng)光的照射下感受到面料的溫暖？我們大多數(shù)人都知道深色吸收太陽(yáng)光，淺色反射太陽(yáng)光--但你知道在太陽(yáng)的非可見(jiàn)波長(zhǎng)中，這種方式并不一樣嗎？
太陽(yáng)是地球的動(dòng)力源，它以可見(jiàn)光、紫外線輻射（波長(zhǎng)較短）和近紅外輻射（波長(zhǎng)較長(zhǎng)，我們感覺(jué)到的是熱量）的形式發(fā)射能量?？梢?jiàn)光從雪和冰等淺色表面反射出來(lái)，而森林或海洋等深色表面則吸收它。這種反射率稱為反照率，是地球調(diào)節(jié)溫度的一個(gè)關(guān)鍵方式，如果地球吸收的能量多于反射的能量，它就會(huì)變暖，如果它反射的能量多于吸收的能量，它就會(huì)變冷。
當(dāng)科學(xué)家們把其他波長(zhǎng)的影響混合代入時(shí)，情況就變得更加復(fù)雜。在光譜的近紅外部分，像冰和雪這樣的表面是不反射的--事實(shí)上，它們吸收近紅外光的方式與深色T恤吸收可見(jiàn)光的方式很相似。
"人們認(rèn)為雪是反射光的。它是如此閃亮，"位于紐約市的美國(guó)宇航局戈達(dá)德空間研究所所長(zhǎng)、美國(guó)宇航局代理高級(jí)氣候顧問(wèn)加文-施密特說(shuō)。"但事實(shí)證明，在光譜的近紅外部分，它幾乎是可以被看做是黑色的。"
顯然，對(duì)于氣候科學(xué)家來(lái)說(shuō)，要獲得太陽(yáng)能如何進(jìn)入和離開(kāi)地球系統(tǒng)的全貌，他們需要包括除可見(jiàn)光之外的其他波長(zhǎng)。
地球的能量預(yù)算是對(duì)從太陽(yáng)接收的能量與輻射回太空的能量之間的微妙平衡的一種比喻。對(duì)地球能量預(yù)算的精確細(xì)節(jié)的研究對(duì)于理解地球的氣候如何變化以及太陽(yáng)能輸出的變化至關(guān)重要。這就是美國(guó)宇航局的太陽(yáng)總輻照度和光譜傳感器（TSIS-1）發(fā)揮作用的地方。從國(guó)際空間站上的有利位置，TSIS-1不僅測(cè)量到達(dá)地球大氣層的總太陽(yáng)輻照度（能量），而且還測(cè)量每個(gè)波長(zhǎng)的能量多少。這種測(cè)量被稱為光譜太陽(yáng)輻照度，或SSI。TSIS-1的光譜輻照度監(jiān)測(cè)儀（SIM）由科羅拉多大學(xué)博爾德分校的大氣和空間物理實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)，測(cè)量SSI的精度優(yōu)于0.2%，或在真實(shí)SSI值的99.8%以內(nèi)。
"有了TSIS-1，我們對(duì)可見(jiàn)光和近紅外光的測(cè)量有了更大的信心，"密歇根大學(xué)氣候和空間科學(xué)與工程系教授Xianglei Huang博士說(shuō)。"你如何劃分每個(gè)波長(zhǎng)的能量量對(duì)平均氣候有影響"。
落在地球上的光的成分對(duì)于理解地球的能量預(yù)算很重要。美國(guó)宇航局的太陽(yáng)和光譜輻照度總傳感器（TSIS-1）測(cè)量太陽(yáng)在1000個(gè)不同波長(zhǎng)的能量，包括可見(jiàn)光、紫外線和紅外線，被稱為太陽(yáng)光譜輻照度。Huang和他在密歇根大學(xué)、位于馬里蘭州格林貝爾特的美國(guó)宇航局戈達(dá)德太空飛行中心和科羅拉多大學(xué)博爾德分校的同事最近首次在全球氣候模型中使用TSIS-1 SSI數(shù)據(jù)。戈達(dá)德的TSIS-1項(xiàng)目科學(xué)家Dong Wu說(shuō)："過(guò)去有幾項(xiàng)研究使用各種SSI輸入來(lái)分析氣候模型的敏感性" ，然而，這項(xiàng)研究是第一次調(diào)查新數(shù)據(jù)如何改變地球兩極的太陽(yáng)能反射和吸收模型。
他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)他們使用新的數(shù)據(jù)時(shí)，與使用舊的太陽(yáng)數(shù)據(jù)相比，模型在冰和水吸收和反射多少能量方面顯示出統(tǒng)計(jì)上的重大差異。該團(tuán)隊(duì)運(yùn)行了名為社區(qū)地球系統(tǒng)模型（CESM2）的模型兩次：一次是使用18個(gè)月期間平均的TSIS-1新數(shù)據(jù)，另一次是使用基于NASA退役的太陽(yáng)輻射和氣候?qū)嶒?yàn)（SORCE）數(shù)據(jù)的舊的、重建的平均值。
研究小組發(fā)現(xiàn)，與老的SORCE重建數(shù)據(jù)相比，TSIS-1的數(shù)據(jù)在可見(jiàn)光波長(zhǎng)中存在更多的能量，而在近紅外波長(zhǎng)中的能量較少。這些差異意味著在TSIS-1的運(yùn)行中，海冰吸收的能量更少，反射的能量更多，因此極地溫度降低0.5到1.3華氏度，夏季海冰的覆蓋量就可以增加了約2.5%。
"我們想知道新的觀測(cè)數(shù)據(jù)與以前的模型研究中使用的觀測(cè)數(shù)據(jù)如何比較，以及這如何影響我們對(duì)氣候的看法，"主要作者Xianwen Jing博士說(shuō)，他作為密歇根大學(xué)氣候與空間科學(xué)和工程系的博士后學(xué)者進(jìn)行了這項(xiàng)研究。"如果可見(jiàn)光波段的能量較多，而近紅外波段的能量較少，這將影響表面吸收的能量的多少。這可以影響海冰的生長(zhǎng)或收縮，以及高緯度地區(qū)的寒冷程度"。
這告訴我們，除了監(jiān)測(cè)太陽(yáng)總輻照度之外，我們還需要密切關(guān)注光譜。雖然更準(zhǔn)確的SSI信息不會(huì)改變氣候變化的大局，但它可能幫助建模者更好地模擬不同波長(zhǎng)的能量如何影響氣候過(guò)程，如冰的行為和大氣化學(xué)。
作者警告說(shuō)，即使新的數(shù)據(jù)使極地氣候看起來(lái)有所不同，但在科學(xué)家能夠利用它來(lái)預(yù)測(cè)未來(lái)的氣候變化之前，仍有更多的步驟要做。該團(tuán)隊(duì)的下一步包括調(diào)查T(mén)SIS數(shù)據(jù)如何影響低緯度地區(qū)的模型，以及在未來(lái)繼續(xù)觀測(cè)，以觀察SSI在整個(gè)太陽(yáng)周期中的變化。
了解更多關(guān)于太陽(yáng)光所有的波長(zhǎng)如何與地球表面和系統(tǒng)相互作用將為科學(xué)家以模擬現(xiàn)在和未來(lái)的氣候提供更多和更好的信息。在TSIS-1及其后續(xù)的TSIS-2（將于2023年在NASA自己的航天器上發(fā)射）的幫助下，NASA正在實(shí)現(xiàn)解釋地球的能量平衡以及它是如何變化的。
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