地表辐射平衡(surface radiation balance, SRB)由长波辐射和辐射组成，是决定地球气候及其在过去、现在和未来变化的基本因素。科学家们发展了许多算法，由各种卫星观测估算地表辐射平衡。通常，地表长波辐射由三个分量组成：地表长波上行辐射(surface longwave upward radiation, SLUR)、地表长波下行辐射(surface longwave downward radiation, SLDR)和地表长波净辐射(surface longwave net radiation, SLNR)。夜间以及极地区域全年大部分时间里的地表辐射收支以长波辐射为主要因素，是控制“三极”区域温度“放大效应”的主要变量。

近年来，遥感估算SLUR和SLDR取得了显著进展，并生产了三种全球长时间序列地表长波辐射产品：云和地球辐射能量系统同步卫星产品(CERES SYN, ~100 km)、全球地表卫星地表长波辐射产品(GLASS，1km)和ERA5再分析产品。基于已发表的SRB估算地表辐射平衡及其分量的全球平均值一直存在分歧，例如全球平均SRB分量的差异高达15 W/m2，这对全球地表水循环的评估产生了严重影响。因此，有必要全面评估全球辐射平衡，以及详细分析其时空变化。

 本研究尽可能地收集了全球分布的地面观测站点来评估三种长波辐射产品的精度(图1)，并对2003-2020年全球地表长波辐射年均值及其时间变化进行了量化。

图 1 (a) 地表长波辐射观测站点分布图；(b)北极（纬度高于65°N）观测站点分布图；(c)南极（纬度高于65°S）观测站点分布图。

在晴天条件下GLASS SLUR具有最好的精度(图2)，bias/Std/RMSE分别-6.73/14.21/15.72 W/m2。

图2 GLASS长波辐射分别在晴天和云天条件下的验证精度

图3展示了全天候条件下3个产品的精度，ERA5 SLUR和SLDR显示出最好的精度，bias/Std/RMSE分别为-1.05/18.34/18.37 W/m2和-9.41/24.15/25.92 W/m2。GLASS SLUR与CERES SYN SLUR的精度相当，GLASS SLDR的精度与ERA5 SLDR相当。

图3 全天候条件下GLASS、CERES-SYN和ERA5地表长波辐射分量的总体精度。(a,b)为GLASS，(c,d)为CERES-SYN，(e,f)为ERA5。

本研究统计了不同数据源计算的全球平均地表长波辐射（表1）。GLASS、CERES SYN和ERA5的全球年平均SLUR分别为399.77/398.92/398.19 W/m2，SLDR为342.64/347.98/340.47 W/m2。与全球平均SLUR和SLDR分别低于400 W/m2和略高于340 W/m2的共识保持一致。

表1 不同数据源计算的全球年平均地表长波辐射分量

全球年平均SLUR和SDLR在全球和陆地上大幅增长的长期趋势，而在海洋上几乎没有趋势（图4）。

图4全球、陆地和海洋年平均地表长波辐射的变化趋势。

研究成果获得国家自然科学基金项目42192581和42071308资助，以“A Comprehensive Evaluation of Three Global Surface Longwave Radiation Products”为题发表于Remote Sensingle杂志（https://doi.org/10.3390/rs15122955）。