Evaluation of water vapor radiative effects using GPS data series over southwestern Europe

Abstract

Se analizan los efectos radiativos del vapor de agua (WVRE) en la superficie en los rangos espectrales de onda larga (LW) y onda corta (SW) en condiciones libres de nubes y aerosoles para siete estaciones en España durante el período 2007-2015. WVRE se calcula como la diferencia entre el flujo neto obtenido mediante dos simulaciones de transferencia radiativa; uno con vapor de agua procedente de mediciones del Sistema de Posicionamiento Global (GPS) y el otro sin vapor de agua (atmósfera seca). El WVRE en el OL va de 107,9 Wm² a 296,7 Wm⁻², mientras que en el SO va de -64,9 Wm⁻² a -6,0 Wm⁻². Los resultados muestran un claro ciclo estacional, que permite clasificar las estaciones en tres subregiones. En general, para el total (SW + LW) y LW WVRE, los valores de invierno (DJF) y primavera (MAM) son inferiores a los de verano (JJA) y otoño (SON). Sin embargo, en el caso de SW WVRE, los valores más débiles se dan en invierno y otoño, y los más fuertes en verano y primavera. Las tendencias positivas para LW (y total) WVRE pueden explicar parcialmente el conocido aumento de las temperaturas del aire en la superficie en la región de estudio. Además, las tendencias negativas para SW WVRE son especialmente notables, ya que representan aproximadamente una cuarta parte de la contribución de los aerosoles al fuerte efecto de brillo (aumento del flujo de radiación SW en la superficie asociado con una reducción de la capa de nubes y la carga de aerosoles) observado desde alrededor de la década de 2000 en la Península Ibérica, pero con signo opuesto, por lo que se sugiere que el vapor de agua podría estar enmascarando parcialmente la magnitud total de este brillo.

Water vapor radiative effects (WVRE) at surface in the long-wave (LW) and short-wave (SW) spectral ranges under cloud and aerosol free conditions are analyzed for seven stations in Spain over the 2007–2015 period. WVRE is calculated as the difference between the net flux obtained by two radiative transfer simulations; one with water vapor from Global Positioning System (GPS) measurements and the other one without any water vapor (dry atmosphere). The WVRE in the LW ranges from 107.9 Wm² to 296.7 Wm⁻², while in the SW it goes from -64.9 Wm⁻² to -6.0 Wm⁻². The results show a clear seasonal cycle, which allows the classification of stations in three sub-regions. In general, for total (SW + LW) and LW WVRE, winter (DJF) and spring (MAM) values are lower than summer (JJA) and autumn (SON). However, in the case of SW WVRE, the weaker values are in winter and autumn, and the stronger ones in summer and spring. Positive trends for LW(and total) WVRE may partially explain the well-known increase of surface air temperatures in the study region. Additionally, negative trends for SW WVRE are especially remarkable, since they represent about a quarter of the contribution of aerosols to the strong brightening effect (increase of the SW radiation flux at surface associated with a reduction of the cloud cover and aerosol load) observed since the 2000s in the Iberian Peninsula, but with opposite sign, so it is suggested that water vapor could be partially masking the full magnitude of this brightening.