中国东部地区夏季对流层大气辐射加热的研究

应用TOVS资料及MORTRAN3模式，研究中国东部夏季对流层的太阳短波辐射和红外辐射对大气的加热状况。考虑不同纬度，不同大气状况下12个站点43个样本的太阳加热率和红外冷却率情况，分析发现：在夏季的对流层，太阳加热率随着距地面的高度增加而减小，它的大小及变化率与纬度、天顶角及当时大气的状况有关，同时，太阳加热率也存在日变化。红外冷却率在对流层中、高层有极小值，它的大小及变化率与当时的大气状况及纬度有关。将本文的结果与前人的结论及实况相比较，发现本文较为真实地反映了中国东部地区夏季对流层的辐射加热情况，利用卫星资料计算的结果基本可信，     

中国沙漠沙尘气溶胶对沙漠源区及北太平洋地区大气辐射加热的影响

针对2001年春季中国沙漠和北太平洋上空沙尘气溶胶的空间分布情况，利用辐射传输模式，分别计算了沙尘气溶胶对沙漠和海洋大气的辐射加热（冷却）率，并讨论了低云、中云、高云对辐射加热率的影响。结果表明:春季，位于中国沙漠和太平洋上空的沙尘层对大气具有明显的加热作用。当沙漠上空光学厚度为1.0，海洋上空光学厚度为0.3时，取春季平均太阳高度角，沙尘层对应的净辐射加热率分别为2.8 K/d和0.4 K/d。由于WMO推荐的沙尘模型比东亚沙尘模型对太阳辐射吸收强，采用该模型计算得到的中国沙漠和海洋上空的加热率比采用东亚沙尘模型分别高1.5 K/d和0.2 K/d。沙尘对大气的加热率很大程度上依赖于沙尘的大气载荷。这种依赖性首先受太阳高度角的影响， 其次也受地表反照率的影响。云对沙尘层辐射加热（冷却）率的影响与云的高度和厚度有关。低云能够加热沙漠和海洋上空的沙尘大气，冷却地面和洋面。中、高云冷却沙漠上空的沙尘层。在海洋上空，中云对云层以上的沙尘层有加热作用，对云层以下的沙尘层有冷却作用。高云对海洋上空沙尘层的辐射加热（冷却）率的影响比较小，加热还是冷却，取决于云的厚度，当云层较薄时，加热沙尘层，而当云层较厚的时候，有可能冷却沙尘层。     

辐射通量密度和加热率的计算结果对垂直分层的敏感性

本文利用一个一维辐射传输模式，分析了模式垂直分层对辐射通量密度和加热率计算结果的影响，以示在辐计算方案的应用中选择合理的垂直分层的必要性，结果表明：长波辐射通量和加热率对垂直分层的改变反映敏感；辐射通量最大偏差出现在对流层中层，以中纬度模式大气为例，其值为１４Ｋ／ｍ＾２（相对偏差６％）；长波冷却率的偏差在低层比较明显，最大可达１．０℃／ｄａｙ；在高原地区，垂直分层对近地层加热率的影响更为明显，偏差     

多层模式中臭氧加热率的计算及其对大气温度场的影响

本文介绍一个简单、经济的适用于各种多层大气环流模式中计算臭氧加热率的参数化方案,利用这一方案,可根据臭氧总量气候观测值及其垂直分布资料计算臭氧加热率,也可以在模式中加入臭氧方程,用预报的臭氧含量计算臭氧加热率.用此方案对单站气候资料试算,结果指出,随着高度的增加,臭氧吸收太阳辐射对大气太阳加热率的贡献逐渐接近、达到并在平流层50hPa附近明显超过其它物质如水汽的贡献.此方案用于九层大气环流模式时,对其辐射加热率的计算有较理想的改进,并使模拟的大气温度垂直分布更符合观测事实.     

太阳准周期变化对北半球夏季平流层加热率的影响

采用1979—2013年6—8月欧洲中期数值预报中心ERA-Interim逐月再分析资料和2004—2010年6—8月美国国家大气和海洋管理局太阳光谱辐照度资料,利用北京气候中心大气辐射模式,计算了北半球平流层夏季臭氧加热率(Ozone Heating Rate,OHR)和净加热率(Net Heating Rate,NHR),分析了太阳准11 a变化中太阳活动强年与弱年纬向平均OHR(NHR)的差异,并讨论了差异形成的原因。结果表明:太阳活动强年比弱年的紫外辐射明显要强,导致OHR、NHR整层增强,且随高度增加而增加;臭氧浓度在平流层下层较小,在平流层上层较大,该变化导致OHR、NHR有类似的变化型,且稍向高处偏移;OHR、NHR在平流层上层的变化,由紫外辐射和臭氧共同作用,其他地区均为臭氧起主要作用。     

基于CloudSat/CALIPSO卫星资料的青藏高原云辐射及降水的研究进展

青藏高原上空的云及其相关联的降水和辐射影响了高原上空非绝热加热的空间结构。2006年卫星发射升空的CloudSat/CALIPSO卫星提供了定量的、完整的云垂直结构信息。本文回顾了国内外基于该资料进行的青藏高原上云宏观和微观结构特征,云与降水相关性,云辐射效应以及模式中的云-辐射问题方面的研究。指出抬升的青藏高原上水汽较少,限制了高原上云的垂直高度,对云层厚度和层数有显著压缩作用。在云量及其季节变化上,单层云的相对贡献大于亚洲季风区的其他区域;夏季对流云比较浅薄,积云发生频率最高,云内滴谱较宽;降水云以积云和卷云为主,云对总降水的贡献随着云层数增多而减小,降水增强时高层冰粒子的密集度趋于紧密;夏季青藏高原地区云的净辐射效应在8 km高度存在一个厚度仅1 km左右但较强的辐射冷却层,而在其下（4~7 km高度之间）为强的辐射加热层。最后展望了未来需要进一步开展的研究。     

平流层臭氧变化对大气加热率及到达地面紫外辐射的影响

平流层臭氧的变化对平流层的温度结构，整个大气环流以及到达地面的紫外辐射均有影响。本文采用一个计算臭氧吸收太阳辐射的参数化方法和有关资料，研究了臭氧变化对大气最大加热率和到达地面的紫外辐射通量密度的影响情况。文中给出的参数化方法可直接应用于大气环流模式计算臭氧吸收太阳辐射的加热率。     

干旱地区大气与地表特征对辐射加热场的影响

本文利用美国犹他大学气象系的辐射和云参数化模式，对ＨＥＩＦＥ期间张掖地区１９９１年春、夏、秋、冬四季资料进行了计算，讨论了晴天条件下的大气状况态地表反射率与地表比辐射率等因子对地气系统的太阳辐射收支以及短波加热率与长波冷却率分布的影响；揭示了不同季节的整层大气反射、透过与吸收特征，分析了大气中各主要吸收成分对加热率与冷却率的贡献，同时就辐射模式的垂直分辨率对加热率与冷却率的影响亦作了讨论。     

夏季东半球中低纬日平均加热场的模拟特征

本文利用P—σ混合坐标系原始方程五层模式,对夏季东半球中低纬地区的日平均加热场进行了数值模拟,並就其特征进行了讨论。模拟结果表明,除太阳短波辐射加热场外,其他加热分量场经常在几内亚湾、阿拉伯海、孟加拉湾、日本海以及青藏高原地区形成中心。沿海陆交界线附近,加热率的梯度很大,反映了海洋和陆地表面极不相同的热力性质。本文还讨论了几个主要加热分量场之间的相互联系及其分布特征的主要形成机制。本文所得到的日平均总加热场和各分量场的水平和垂直分布特征,有助于对夏季平均气候场形成机制的理解并可供数值试验中设计固定加热场时参考。     

青藏高原4—10月太阳总辐射的分光测量

讨论了青藏高原主要作物生长期４—１０月太阳总辐射的分光辐射能量的分配特征，分析了太阳高度角、天气条件等对太阳分光辐射相对通量的影响；与中国东部平原区相比，青藏高原光合有效辐射的相对通量稍低，但其绝对量仍远远高于中国东部平原地区。     

中国地区夏季平均加热率的时空分布特征

The latitude-altitude distributions of radiative fluxes and heating rates are investigated by utilizing CloudSat satellite data over China during summer. The Tibetan Plateau causes the downward shortwave fluxes of the lower atmosphere over central China to be smaller than the fluxes over southern and northern China by generating more clouds. The existence of a larger quantity of clouds over central China reflects a greater amount of solar radiation back into space. The vertical gradients of upward shortwave radiative fluxes in the atmosphere below 8 km are greater than those above 8 km. The latitudinal-altitude distributions of downward longwave radiative fluxes show a slantwise decreasing trend from low latitudes to high latitudes that gradually weaken in the downward direction. The upward longwave radiative fluxes also weaken in the upward direction but with larger gradients. The maximum heating rates by solar radiation and cooling rates by longwave infrared radiation are located over 28-40°N at 7-8 km mean sea level (MSL), and they are larger than the rates in the northern and southern regions. The heating and cooling rates match well both vertically and geographically.     

青藏高原中部季节冻土区地表能量通量的模拟分析

利用“全球协调加强观测计划之亚澳季风青藏高原试验(CAMP/Tibet)”中那曲地区BJ站2002年8月1日\_2003年8月31日的观测资料作为水热耦合模式(Simultaneous Heat and Water, SHAW)的强迫场,对青藏高原中部季节冻土区地表能量通量特征进行了单点模拟研究。通过对实测值与模拟结果的对比分析,发现SHAW模式能较成功地模拟该地区地表能量通量特征, 短波净辐射和长波净辐射的模拟值与观测值吻合较好, 净辐射和土壤热通量在夏半年的模拟值与观测值也吻合,但相对夏\, 秋季而言,它们在冬\, 春季的模拟值较观测值略偏大。模拟的感热和潜热通量的季节变化比较合理,由模拟的感热和潜热通量计算的Bowen比能较好地解释不同季节太阳辐射的能量转化。     

青藏高原加热与亚洲环流季节变化和夏季风爆发

利用逐日NCEP/NCAR再分析资料分析了春夏过渡季节青减高原非绝热加热和大气环流季节变化以及亚洲季风爆发的关系.结果表明,过渡季节的早期(5月中旬以前)青藏高原总非绝热加热与感热加热的时间演变曲线趋势一致,感热加热在过渡季节早期的环流演变中有很重要的作用.青藏高原非绝热加热的时间演变与北半球环流的季节变化和亚洲夏季风爆发有很好的相关.在过渡季节里,青藏高原非绝热加热的变化引起了海-陆热力差异对比的变化,给亚洲夏季风的爆发建立了有利的背景环境,对亚洲夏季风爆发有明显的影响.结果还表明,用各区域纬向风垂直差异的时空分布能更准确地表示季节变化的区域差异.     

西藏高原夏季旱涝年OLR分布差异

根据美国NOAA卫星观测得到的射出长波辐射资料(Outgoing Longwave Radiation,简称OLR)，分析了西藏高原及其附近地区各月的辐射气候特征，指出:高原冬、春季节OLR主要反映了高原下垫面温度的季节变化，高原夏季为雨季，OLR与降水之间存在较好的负相关。印度季风爆发前后的OLR演变特征反映出中、低纬大气环流调整对高原雨季形成及降水分布的影响。旱涝年OLR合成分析表明:高原夏季降水与赤道印度洋反Walker环流强弱、印度季风槽、副热带高压及西太平洋暖池区对流强度、位置变化有密切的关系。     

南亚夏季风爆发前后青藏高原地表热通量的长期变化特征分析

青藏高原作为世界第三极,其热力强迫作用不仅对亚洲季风系统的发展和维持十分重要,也会对大气环流场产生深远影响。利用欧洲中期天气预报中心（ECMWF）的ERA-Interim中1979-2016年3-10月青藏高原及其周边地区的地表热通量月平均再分析资料,通过分析得出以下结论:3-5月青藏高原主体由感热占据,感热强度快速上升且呈西高东低的分布态势,潜热强度较小但随时间而增强。季风爆发后的6-8月,青藏高原感热强度减弱,潜热强度迅速增强且呈东高西低的分布特征。季风消退后的9-10月,感热与潜热强度相当,但感热呈现出西高东低的分布特征。过去38年,青藏高原地表感热总体呈现微弱下降趋势,潜热呈较弱上升趋势。青藏高原西部地区感热呈微弱下降趋势,潜热呈上升趋势。东部感热呈较为明显的下降趋势且近年来变化趋势增强,东部潜热通量则呈现较为明显的上升趋势,分析结论与近期全球变暖条件下青藏高原气候变暖变湿这一变化状况一致,通过对青藏高原地表热通量的变化分析为下一步运用第三次青藏高原大气科学试验所获资料分析青藏高原上空大气热源的变化以及地表加热场如何影响大气环流奠定基础。      

青藏高原热力作用下的非绝热Rossby波

从含非绝热项的准地转运动方程组出发，分析了青藏高原大尺度热力作用下非绝热Rossby波的一些性质，从理论上证明当背景西风气流为正压时，冬季高原冷却作用有利于Rossby波的经向传播，夏季高原大尺度热力作用不利于波动的经向传播。非绝热Rossby波的频率方程说明冬季高原的热力作用是中纬季节内振荡的重要激发机制。同时，在背景西风气流为纯斜压条件下，求解了高原热力作用下非绝热Rossby波的频率，并由频率方程说明冬季高原热力作用有利于波动向不稳定方向发展，而夏季高原的大尺度热力作用对波动稳定性的影响存在临界值。     

A Modeling Study of the Effects of Anomalous Snow Cover over the Tibetan Plateau upon the South Asian Summer Monsoon

The effect of anomalous snow cover over the Tibetan Plateau upon the South Asian summer monsoon is investigated by numerical simulations using the NCAR regional climate model (RegCM2) into which gravity wave drag has been introduced. The simulations adopt relatively realistic snow mass forcings based on Scanning Multi-channel Microwave Radiometer (SMMR) pentad snow depth data. The physical mechanism and spatial structure of the sensitivity of the South Asian early summer monsoon to snow cover anomaly over the Tibetan Plateau are revealed. The main results are summarized as follows. The heavier than normal snow cover over the Plateau can obviously reduce the shortwave radiation absorbed by surface through the albedo effect, which is compensated by weaker upward sensible heat flux associated with colder surface temperature, whereas the effects of snow melting and evaporation are relatively smaller.The anomalies of surface heat fluxes can last until June and become unobvions in July. The decrease of the Plateau surface temperature caused by heavier snow cover reaches its maximum value from late April to early May. The atmospheric cooling in the mid-upper troposphere over the Plateau and its surrounding areas is most obvious in May and can keep a fairly strong intensity in June. In contrast, there is warming to the south of the Plateau in the mid-lower troposphere from April to June with a maximum value in May.The heavier snow cover over the Plateau can reduce the intensity of the South Asian summer monsoon and rainfall to some extent, but this influence is only obvious in early summer and almost disappears in later stages.     

亚——非季风区非绝热加热与夏季环流关系的诊断研究

基于热力适应理论,本文利用 ＮＣＥＰ／ ＮＣＡＲ再分析资料对撒哈拉沙漠、青藏高原和孟加拉湾地区的非绝热加热与夏季环流进行了诊断研究。在非洲撒哈拉沙漠地区,以感热输送为主的加热仅局限于近地面层,边界层以上的大气则以辐射冷却占优势。因而除了边界层内存在着浅薄的正涡度和微弱的上升运动以外,整个对流层几乎都维持负涡度并盛行下沉运动。对于青藏高原地区,强大的表面感热通量引起的垂直扩散是近地面大气加热的主要分量,与大尺度上升运动相关的凝结潜热对低层大气的加热也有一定的贡献。长波辐射造成的对流层中、上层大气的冷却则主要由深对流潜热释放来补偿。夏季高原地区总非绝热加热是正值,且最大加热率出现在边界层内。低空大气辐合产生正涡度,而中、高层大气辐散伴有较强的负涡度。因而高原盛行上升运动,最大上升运动位于近地面层。夏季孟加拉湾地区的深对流凝结潜热释放远大于长波辐的冷却作用,因而整个对流层几乎都保持较强的非绝热加热。４００ｈＰａ层附近的最大加热率引起３００－４００ｈＰａ最强的上升运动。对流层上层是负涡度区,而中、低层为正涡度区。结果还表明,垂直和水平辐散环流与大气的热源和热汇区密切相联：在高层,辐散气流从热源区流向热汇区;在低层则相     

青藏高原地面加热及上空环流场与东侧旱涝预测的关系

应用奇异值分解(SVD)技术研究了青藏高原地面加热场与高原上空100 hPa高度场及其东侧川渝地区夏季降水场的时空联系和旱涝预测的关系.结果表明:地面加热场与高度场的第一模态代表了两场间的主要耦合特征,具有高度的时空相关;前期青藏高原地面加热场通过影响后期高原上空100 hPa高度场,导致未来高原东侧川渝地区夏季降水异常;加热场-高度场-降水场之间的这种非同步关系,反映了川渝地区旱涝灾害的影响因子和物理成因; 前期高原地面加热场与前期100 hPa高度场SVD第一模态的变化,是高原东侧地区未来夏季旱涝异常的预测信号.并由此提出了一种基于SVD技术的旱涝预测思路.