晴天太阳总辐射的一种参数化形式

根据北京、拉萨等站实测晴天总辐射资料，讨论了应用别尔梁德理论式Ｑ０＝Ｉ０ｓｉｎｈ／１＋ｆｍ作晴天总辐射参数化的可能性。式中除ｆ为参数外，其余符号均属通用。ｆ的参数化形式为ｆ＝０．１８１＋０．０６８８ｌｎ（１＋ｅ），ｅ为水汽压。经灵敏度分析和反演检验证实，该式具有较高的拟合精度（平均相对误差为４．１％）。计算并证实晴天总辐射在自由大气中随气压呈线性变化。最后还讨论了ｆ系数的某些物理、气候特征。     

晴天地表太阳辐射的参数化

讨论了晴天地表太阳总辐射和地表太阳净辐射瞬时值的参数化方法。首先利用辐射传输模式和中纬度夏季标准大气廓线,分谱带计算晴天各种大气条件下地表反射率取定值时的地表太阳总辐射,并把所得的结果作为标准资料,提出参数化方案。然后将地表反射率的影响作为误差项进行订正,从而得到各种地表反射率条件下的晴天地表太阳净辐射的计算方法。该方法的拟合精度较高,拟合值与辐射模式标准值的平均相对误差在0.3%以下。该参数化公式可以用于大尺度数值模式中地表辐射平衡的计算,以期达到地表辐射平衡计算与模式积分同步进行的目的。     

WRF-Solar模式对山东太阳总辐射的模拟效果检验

利用专门为太阳能资源评估应用的 WRF-Solar数值模式系统,结合 MODIS 气溶胶光学厚度（AOD550 nm）数据,设置了5种山东区域总辐射模拟方案,使用山东济南、福山、吉县3个太阳辐射站总辐射观测数据,对晴天、阴天、雨天以及四季代表月等逐时总辐射模拟结果进行了对比检验。 结果表明：WRF-Solar数值模式对总辐射模拟能力在晴天和少云天最好,阴雨天较差,四季代表月中,天气过程较少的秋季和冬季模拟效果较好,春季次之,夏季相对较差;晴天和少云天、阴天和雨天以及不考虑天气过程的四季代表月所有日条件下,长、短波辐射方案分别采用RRTMG方案、new Goddard 方案,积云对流参数化方案均采用Grell 3D集合方案,同时使用AOD550 nm的气溶胶数据的总辐射模拟能力最强;WRF-Solar模式中加入 MODIS 气溶胶光学厚度资料后,山东区域晴天总辐射模拟结果明显改善,秋季、冬季代表月亦明显改善,但阴天和雨天总辐射模拟结果改善不明显,低能见度日总辐射模拟结果有所改善。     

黑河实验区若干下垫面总辐射、地表反射率与太阳高度角的关系

本文利用1991年“黑河实验”期张掖，化音，沙漠站1月、4月、8月、10月太阳辐射观测资料，分析了晴天总辐射、地表反射率与太阳高度角的关系，得到了不同下垫面、不同季节的地表反射率与太阳高度角的函数关系及各站晴天总辐射与太阳高度角的函数关系的拟合公式，并讨论了这种关系在利用卫星观测资料反演地表反射率中的应用．     

两种紫外辐射预测模型的敏感性比较

重点讨论了Ｂｉｒｄ和Ｈｕｌｓｔｏｒｍ研制的计算晴天到达地面太阳总辐射的参数化方案为基础建立的紫外辐射预测的敏感性,结果表明：该模型对紫外辐射预测在不同季节、不同时次有很强的敏感性,而且比另一种模型,即以Ｂｅｎｏｖ的计算晴天到达地面的太阳总辐射（Ｑ）的经验公式为基础建立的紫外辐射预测模型有了改进,如将该模型中的云量订正改用美国ＮＷＳ的紫外辐射（ＵＶ）预报中的云量订正方法,效果会更好。     

影响太阳总辐射各主要因子的分析

本文通过分析北京地区１９９０年１－１２月晴天与实际天气条件下的太阳辐射和常规气象观测资料，得到了描述晴天和实际天气条件下的太阳总辐射的一种关系式，并着重分析了影响到达地面的太阳总辐射各因子的主次作用。     

青藏高原太阳总辐射的计算方法的讨论

本文利用1982年8月—1983年7与1978—1980年青藏高原地区总辐射的观测资料与二流近似的模式计算讨论了高原地区总辐射的气候学计算方法,计算了纬度24°—46°不同海拔高度,不同地表反射率条件下的晴天地面总辐射的月平均值,并绘制了青藏高原地区1月与7月晴天地面总辐射的分布图。     

陕西省太阳辐射变化规律

用延安、西安、安康三站使用遥测仪器观测到的总辐射以及西安的净辐射进行分析。分析结果为理论上的晴天总辐射量随纬度增高而减少，而实测值却随纬度增高而增多；年极大值出现在6月或7月，极小值出现在12月；月际变化3到4月变化最大。净辐射有与总辐射相类似的变化规律。另外，总辐射与日照时数之间，邻近站的总辐射之间，总辐射与净辐射之间都有相当密切的关系。     

中国地区云对地气系统净辐射强迫的气候研究

本文利用地球辐射平衡试验（ERBE）和国际卫星云气候计划（ISCCP）提供的地气系统行星反射率，长波射出辐射（OLR）和云量资料，计算出中国地区年、月总云量对地气系统净辐射的强迫，分别讨论了其与总云量及地气系统晴天净辐射的关系。结果表明：地气系统净辐射云强迫与总云量有较好的抛线物关系，各月净辐射云强迫与地气系统晴天净辐射的曲线相关也很明显，如以曲线上净辐射云强迫为零时的晴天净辐射值代表各月曲线位置，则该值随天文辐射作规律性季节变化。地气系统净辐射云强迫的地理分布与总云量及地气晴天净辐射分布有关，其在各地的年变化则主要由天文因素及雨季进行退决定。     

黑河地区大气沙尘对地面辐射能收支的影响

利用１９９１年２月下旬至５月中旬ＨＥＩＦＥ张掖绿洲和沙漠站大气浑浊度观测和地面辐射平衡各个分量观测资料,分析和估算了大气沙尘对地面辐射能收支的影响,晴天大气透过率和达地面的短波辐射与大气浑浊度系数有产好的负相关,大气军浊系数增大时透过率和地面总辐射减少,大气浑浊度系数增大０．１,地面总辐射减少１．３％～１．９％,４月大气浑浊度由０．１增大到０．６,正午时刻地面总辐射减少６７．６～８５．８Ｗ／ｍ＾２     

New Method for Estimating Daily Global Solar Radiation over Sloped Topography in China

A new scheme for the estimation of daily global solar radiation over sloped topography in China is developed based on the Iqbal model C and MODIS cloud fraction. The effects of topography are determined using a digital elevation model. The scheme is tested using observations of solar radiation at 98 stations in China, and the results show that the mean absolute bias error is 1.51 MJ m~(-2) d~(-1) and the mean relative absolute bias error is 10.57%. Based on calculations using this scheme,the distribution of daily global solar radiation over slopes in China on four days in the middle of each season(15 January,15 April, 15 July and 15 October 2003) at a spatial resolution of 1 km × 1 km are analyzed. To investigate the effects of topography on global solar radiation, the results determined in four mountains areas(Tianshan, Kunlun Mountains, Qinling,and Nanling) are discussed, and the typical characteristics of solar radiation over sloped surfaces revealed. In general, the new scheme can produce reasonable characteristics of solar radiation distribution at a high spatial resolution in mountain areas,which will be useful in analyses of mountain climate and planning for agricultural production.     

Modification of the SUNFLUX Solar Radiation Scheme with a New Aerosol Parameterization and Its Validation Using Observation Network Data

SUNFLUX is a fast parameterization scheme for determination of the solar radiation at the Earth's surface.In this paper,SUNFLUX is further modified in the treatment of aerosols.A new aerosol parameterization scheme is developed for five aerosol species.Observational data from Baseline Surface Radiation Network(BSRN),Surface Radiation Budget Network(SURFRAD) and Aerosol Robotic Network(AERONET) stations are used to evaluate the accuracy of the original and modified SUNFLUX schemes.General meteorological data are available at SURFRAD stations,but not at BSRN stations.Therefore,the total precipitable water content and aerosol data are obtained from AERONET stations.Fourteen stations are selected from both BSRN and AERONET.Cloud fraction data from MODIS are further used to screen the cloud.Ten-year average aerosol mixing ratios simulated by the CAM-chem system are used to calculate the fractions of aerosol optical depth for each aerosol species,and these fractions are further used to convert the observed total aerosol optical depth into the components of individual species for use in the evaluations.The proper treatment of multiple aerosol types in the model is discussed.The evaluation results using SUNFLUX with the new aerosol scheme,in terms of the BSRN dataset,are better than those using the original aerosol scheme under clear-sky conditions.However,the results using the SURFRAD dataset are slightly worse,attributable to the differences in the input water vapor and aerosol optical depth.Sensitivity tests are conducted to investigate the error response of the SUNFLUX scheme to the errors in the input variables.     

A Double-Canyon Radiation Scheme for Multi-Layer Urban Canopy Models

We develop a double-canyon radiation scheme (DCEP) for urban canopy models embedded in mesoscale numerical models based on the Building Effect Parametrization (BEP). The new scheme calculates the incoming and outgoing longwave and shortwave radiation for roof, wall and ground surfaces for an urban street canyon characterized by its street and building width, canyon length, and the building height distribution. The scheme introduces the radiative interaction of two neighbouring urban canyons allowing the full inclusion of roofs into the radiation exchange both inside the canyon and with the sky. In contrast to BEP, we also treat direct and diffuse shortwave radiation from the sky independently, thus allowing calculation of the effective parameters representing the urban diffuse and direct shortwave radiation budget inside the mesoscale model. Furthermore, we close the energy balance of incoming longwave and diffuse shortwave radiation from the sky, so that the new scheme is physically more consistent than the BEP scheme. Sensitivity tests show that these modifications are important for urban regions with a large variety of building heights. The evaluation against data from the Basel Urban Boundary Layer Experiment indicates a good performance of the DCEP when coupled with the regional weather and climate model COSMO-CLM.     

GRAPES-Meso模式浅对流云辐射效应的改进试验

在万子为等（2015）对GRAPES-Meso模式浅对流参数化改进的基础上,进一步引入了浅对流云量诊断计算,并设计旨在完善浅对流云辐射效应的浅云云量和云中水凝物的补偿方案,以改进模式低层云量偏少和浅对流云辐射效应不足的问题。通过对数值试验结果的诊断和对比分析以及与观测的比较,重点考察了浅对流云量计算与浅对流激发的协调性、浅对流云对低云补偿后所产生的辐射效应以及对模式地面要素预报的影响等,验证了改进方案的合理性与有效性。结果表明:（1）浅对流云量诊断计算合理,其云覆盖区与浅对流激发区相吻合,引入浅对流云量的计算可减小模式云量的计算偏差、使其向观测结果靠近;（2）改进方案在浅对流发生区低层0.5-4 km高度范围内,对影响模式云辐射过程的浅云云量和云中水凝物形成有效补偿,最明显的浅云补偿在1-1.5 km高度处,浅对流活跃时期浅对流过程对浅云水凝物（云水和雨水之和）的补偿量可达20%-55%;（3）云光学厚度对浅云水凝物的补偿响应合理,即水凝物的补偿引起云光学厚度增大,两者的变化特征在时空分布上十分相似,且云光学厚度之变化受云水补偿的影响比受雨水补偿的影响更明显;（4）在白天时段,浅云补偿所产生的辐射效应使模式地表太阳总辐射有所下降,缩小了与观测的偏差,进而使地表温度和地面2 m气温模拟偏差减小。改进方案在缓解模式云量偏少、地表太阳总辐射偏强和地面2 m气温偏高等方面的作用,在批量试验中得到了验证。      

辐射参数化方案对一个海气耦合模式云和辐射模拟的影响

比较Morcrette辐射方案和Fu_Liou辐射方案对NCC/IAP T63海气耦合模式云和辐射模拟的影响, 结果表明:两种方案模拟的大气顶入射辐射存在明显的差异; 晴空大气Fu_Liou方案的短波吸收能力在全球普遍较Morcrette方案低; 在60°S~60°N之间, Fu_Liou方案模拟的行星反照率更接近于ERBE卫星观测; 在对大气顶净辐射的模拟上, 除了冬季的太平洋和大西洋东岸云量明显减少的部分地区外, Fu_Liou方案对大气顶净辐射的模拟总体上较Morcrette方案有了较为明显的改善; Fu_Liou方案模拟的海洋低层云显著减少, 而热带地区高云的模拟明显增加; 由于采用了“二元云量”算法, 尽管云量有所减少, Fu_Liou方案模拟的云短波吸收作用仍有所增强, 一定程度上改进了Morcrette方案云的短波吸收作用偏弱的现象。     

辐射参数化的变化对模式中期和月预报的影响

在T106中期数值预报模式和T63气候模式中进行了两种辐射过程参数化的对比试验。目前在这两个模式中用作对照积分的辐射方案(OPE)是ECMWF的早期业务方案，而新的辐射方案(NEW)是ECMWF 1989年5月2日成为业务的版本。试验结果表明，OPE高估了短波水的吸收，导致太大的短波大气吸收和地表太小的向下短波辐射；OPE还低估了长波辐射冷却和大气顶的向外长波辐射(OLR)；NEW增加了地表有效辐射能量和对流层总的冷却，产生了较大的湍流热通量，对流活动加强，降水量明显增加；NEW还使平流层温度偏暖得到矫正。业务平行试验的统计检验表明，NEW对4～7天中期预报有较显著的改进。     

CCM3/NCAR的辐射方案在IAP-AGCM模式中的应用

利用NCAR的CCM3 (The Community Climate Model version 3) 辐射模块, 对IAP9L－AGCM的辐射计算方案进行了替换, 并对改进的结果做了细致的评估。分析表明, 新版本的模式在大多数辐射场的空间平均和分布型的模拟上有了较为明显的改进, 特别是较好地克服了原模式中陆面净辐射场的偏差。在此基础上, 新版本计算的大气温度普遍升高。伴随这种变化, 模式中的海平面气压、 地表温度、 位势高度、 风场、 降水、 比湿等物理量都有了调整, 但是变化并不明显, 从而对模式的进一步发展和完善提出了新的要求。     

考虑气压的晴空大气下行长波辐射参数化方案及其适用性分析

基于Prata晴空大气下行长波辐射参数化方案,针对其在高原地区及可降水量较小地区理论精度较差的缺点,考虑不同高度的大气柱发射的长波辐射量不同,提出了三种考虑气压的大气下行长波辐射参数化方案,通过全球ERA-5再分析数据进行最小二乘拟合确定经验常数并在全球不同区域对其适用性进行了分析。模拟结果表明,考虑气压的参数化方案有效地改善了可降水量减小时Prata方案大气发射率收敛过快的不足,三种新方案在青藏高原安多地区和南美洲圣路易斯地区的下行长波辐射模拟结果相对于观测值和ERA-5再分析数据的平均偏差和均方根误差均更小,模拟精度相对Prata方案均有提高,适用性更强。     

Development of the new CCC/GCM longwave radiation model for extension into the middle atmosphere

Abstract

A new infrared (IR) radiation scheme for extending the CCC/GCM (Canadian Climate Center General Circulation Model) into the middle atmosphere is proposed. It combines the previous CCC/GCM radiation scheme including the effects of H₂O, CO₂, O₃, CH₄, N₂O, CFC11 and CFC12, clouds and aerosols, with a new computationally efficient matrix parameterization for the cooling rate in the middle atmosphere for both LTE (local thermodynamic equilibrium) and non‐LTE layers. The matrix parameterization includes the effects of both the 15 μm CO₂ and the 9.6 μm O₃ bands and provides a proper lower boundary condition for the non‐LTE recurrence formula. The new scheme shows satisfactory agreement with line‐by‐line calculations. The absolute error does not exceed 0.8 ? day^‐1 for vastly different atmospheric conditions. Introducing the new radiation module into the CCC/GCM results in deviations of the simulated temperature from the CIRA‐1986 model of not more than 10 ? throughout most of the altitude‐latitude domain.     

云天地表总辐射和净辐射瞬时值的计算方法

为减少计算机时,满足实时预报要求,全球数值预报模式中的辐射计算频率通常设定为三小时。这样处理会大大减少计算量,但也同时导致较大辐射日变化偏差,并影响模式对地面能量平衡,对流及降水的模拟。为改进这一缺陷,我们开发了一种辐射快速计算方案,可用于计算瞬时地面太阳总辐射和净辐射,使到达地面的太阳辐射计算可与模式积分同步进行,从而改善地面太阳辐射日变化模拟。本文介绍云天的计算方法。该方案所用的输入变量均为预报模式或卫星观测所能提供的量。结果表明：该方案既可用于数值预报模式也可利用观测资料独立计算地面太阳辐射。经与美国能源部大气辐射观测资料检验,该方案的精度很高,地面总辐射瞬时值的平均计算误差小于7%。