一个海气耦合模式模拟的云辐射过程

利用NCC/IAP T63海气耦合模式进行了20 a积分,详细分析了模式对云量及其辐射影响的模拟能力。结果表明,模式能够模拟出云量分布的基本特征,但同ISCCP卫星观测资料及ERA再分析资料相比还存在较大的差距,总体表现为模拟的云量偏小,尤其是海洋上部分地区出现了异常的低值区。通过对云量方案的改进,明显改善了两大洋东岸、夏半球副热带到中纬度海洋上空低云的模拟。但模式对热带印度洋到西太平洋地区云量的模拟仍然存在明显的偏差,这主要是由于模式对该地区强对流云模拟能力差,造成该地区高云模拟存在较大的误差。对辐射及其云辐射强迫的分析表明,模式对长波及其云辐射强迫的模拟要明显好于短波。短波辐射模拟的偏差主要是由于短波云辐射强迫模拟过小、耦合模式对积雪和海冰模拟较差、以及未考虑气溶胶的影响等原因共同引起的;而长波辐射模拟的差距主要是云量以及下垫面温度模拟不足造成的。相应于云量方案的改进,两大洋东岸、夏半球副热带到中纬度海洋上辐射(尤其是短波辐射)的模拟有了明显的改善,这也明显改进了这些地区的净辐射模拟。     

BCC_AGCM2.1对中国东部地区云辐射特征模拟的偏差分析

通过与观测及再分析资料的对比,评估了中国国家气候中心大气环流模式BCC_AGCM 2.1对中国东部地区云辐射特征的模拟性能,并着重分析了模拟偏差的原因.在云辐射特征的基本气候态模拟方面,模式能大致再现中国东部中纬度层状云大值带,以及层状云冷季多、暖季少的季节特征,模拟的短波云辐射强迫也具有与观测相对应的季节变化特征.在云辐射强迫和地面温度相互影响过程的模拟方面,模式也能模拟出与观测相近的相互作用过程,即地面温度降低伴随着层状云云量增多以及负的净云辐射强迫加强,升温时层状云云量减少和净云辐射强迫减弱.但模式模拟的大陆层状云云量系统性偏少(尤其在冷季),使得模式在该处的短波云辐射强迫明显偏弱.初步分析表明,造成层状云模拟差异的主要原因是在中国西南地区对流层低层模式模拟的偏南气流明显偏弱以及陆-气潜热通量偏小.偏南气流偏弱导致低层散度和垂直运动条件不利于中层云的形成.同时偏南气流偏弱也不利于向西南地区的水汽输送,再加上模式模拟地表向上潜热通量偏小,这二者都使得模式模拟中国西南区域对流层低层的水汽含量严重偏少,相对湿度偏低,同样不利于层状云生成和发展.水汽偏少进一步导致在冷异常情况下青藏高原下游云辐射-地表温度反馈模拟偏弱,即呈现冷异常时,水汽条件偏弱限制了云量增加,弱化了进一步降低温度的反馈过程.     

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。     

AREM模拟云参数与卫星观测的比较研究

数值模式模拟计算云量与卫星观测云量的定义不同, 难以进行定量比较, 从而限制了对云模拟误差的检验和修正.作者介绍了可把数值模式输出云参数转换成ISCCP卫星反演云参数的云模拟器, 并将其试用于AREM区域模式中, 定量分析了模拟云参数和ISCCP反演云参数的差异.结果表明, AREM模式可以再现中国东部冬季云的基本分布特征, 但与观测相比, 四川地区云量模拟偏大20%, 华东地区则偏小20%左右, 云量中心的云顶高度比ISCCP反演值偏低一个高度段, 云光学厚度偏大一个厚度段.模拟与观测云参数的定量比较, 为评估和改进模式性能提供了依据.     

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。     

一维辐射对流模式对云-辐射强迫的数值模拟研究

利用一维辐射－对流气候模式, 详细研究了云量、云光学厚度以及云高等要素的变化对大气顶和地面太阳短波辐射和红外长波辐射通量以及云的辐射强迫的影响, 给出了计算这些物理量的经验拟合公式。结果表明, 云具有极为重要的辐射－气候效应。云量、云光学厚度以及云高即使只有百分之几的变化, 所带来的辐射强迫也可以与大气二氧化碳浓度加倍所产生的辐射强迫（3.75 W/m2）相比拟。例如, 当分别给它们+3%的扰动时, 即取云量变化0.015, 云光学厚度变化0.27, 以及云高变化0.15 km时（在实际的地球大气中, 这种尺度的变化是完全可能发生的）, 那么,可以得到地气系统的太阳短波辐射强迫-3.10 W/m2以及红外长波辐射强迫-1.77 W/m2, 二者之和为-4.78 W/m2, 已经完全可以抵消大气二氧化碳浓度加倍所产生的辐射强迫。但是, 当云量、云光学厚度以及云高向相反方向产生类似扰动时, 所产生的辐射强迫可能极大地放大二氧化碳浓度增加所产生的增强温室效应。因此, 研究结果揭示出, 不管是为了解释过去的气候变化, 还是预测未来的气候变化, 亟待加强在一个变化了的气候环境（例如地面温度升高）下, 云将发生何种变化的研究。     

中国东部和印度季风区云辐射特性的比较

基于 ＩＳＣＣＰ和 ＥＱＢＥ资料,本文比较了中国东部和印度季风区的云和云辐射强迫的气候特征。虽然它们同属于亚洲季风区,并且有相似的降水季节特征,但它们各自的云和云辐射强迫特征差异很大。在印度区域,所有的云量有着相同的季节变化,最大云量分布都出现在夏季,且总云量中以高云量为主。而中国东部云量的季节变化都比较复杂,在总云量中以中、低云量为主,最大总云量出现在春季。冬季的总云量和中、低云量要大于夏季。在全球云量分布中,中国东部最典型的特征是：该地区为全球最大的雨层云覆盖区。与云的分布和变化相关,印度季风区最大的负短波云辐射强迫,最大的正的长波辐射强迫和最大的负的净云辐射强迫发生在夏季,而在中国东部,大的负的短波云辐射强迫发生在春夏之交。年平均的负的短波云辐射强迫在中国东部地区明显要大于在印度季风区。     

不同分辨率BCC_AGCM模式对东亚区域垂直云量的模拟

基于ISCCP(International Satellite Cloud Climatology Project)和NCEP(National Centers for Environmental Prediction)资料分析了BCC_AGCM2.1(Beijing Climate Center_Atmospheric General Circulation Model 2.1)和BCC_AGCM2.2模拟的云在东亚的垂直分布特点,并探讨了误差来源。两个模式大体上模拟出了总云量的分布形势,较好地模拟出了垂直方向上云量大值带随地形的变化特点,但模拟的总云量偏少。AGCM2.2模拟的云量整体上小于AGCM2.1,除复杂地形外AGCM2.2没有体现出高分辨率的优势。模式对中国东部环流场的模拟效果差导致模拟的云量偏少,尤其是AGCM2.2。模拟的对流层高层相对湿度明显偏大导致高层云量偏大。模式在近海面模拟的相对湿度偏小,四川盆地及周围地区冷季模拟的水汽含量偏少,因而模拟的云量偏少。模式云量对相对湿度的响应能力较好,模拟出了云量对垂直速度和稳定度的响应,但地区差异不明显。模式的云参数化方案中云与相对湿度的关系系数需要调整,应更利于云的生成。     

CFMIP大气环流模式模拟的东亚云辐射强迫特征

通过与卫星观测云和辐射资料的比较,检验了10个大气环流模式对东亚地区云量、垂直结构、光学属性以及辐射特征的模拟能力.10个模式的模拟结果均来自"云反馈模式比较计划"(CFMIP),为便于与国际卫星云气候计划(ISCCP)资料的比较,所有模式都引入了ISCCP模拟器.结果表明,10个模式均能模拟出东亚地区冬、夏两季云量及...     

南半球中高纬度区域不同类型云的辐射特性

利用CloudSat的2B-CLDCLASS-LIDAR云分类产品和2B-FLXHR-LIDAR辐射产品4 a（2007-2010年）的数据,定量分析了单层云（高云、中云、低云）和3种双层云（如:高云与中云共存、高云与低云共存以及中云与低云共存）在南半球中高纬度（40°-65°S）的云量、云辐射强迫和云辐射加热率。其中云辐射加热率定义为有云时的大气加热率廓线与晴空大气加热率廓线的差值。结果表明:研究区域盛行单层低云和单层中云,其云量分别为44.1%和10.3%。并且,中云重叠低云在双层云中云量也是最大（8.7%）。不同类型云的云量也显著影响着其云辐射强迫。单层低云在大气层顶、地表以及大气中的净云辐射强迫分别是-64.8、-56.5和-8.4 W/m2,其绝对值大于其他类型云。虽然单层的中云在大气层顶和地表的净辐射强迫也为负值,但其在大气中的净云辐射强迫为正值（2.3 W/m2）。最后,讨论了不同类型云对大气中辐射能量垂直分布的影响。所有类型云的短波（或长波）云辐射加热率都随高度升高表现为由负值转为正值（或由正值转为负值）。对于大部分云,其净云辐射加热率主要由长波云辐射加热率决定。这些研究结果旨在为模式中云重叠参数化方案在区域的适用性评估及改进提供观测依据。      

Cloud and Radiation Processes Simulated by a Coupled Atmosphere-Ocean Model

Using NCC/IAP T63 coupled atmosphere-ocean general circulation model (AOGCM),two 20-yr integra- tions were processed,and their ability to simulate cloud and radiation was analysed in detail.The results show that the model can simulate the basic distribution of cloud cover,and however,obvious differences still exist compared with ISCCP satellite data and ERA reanalysis data.The simulated cloud cover is less in general,especially the abnormal low values in some regions of ocean.By improving the cloud cover scheme, simulated cloud cover in the eastern Pacific and Atlantic,summer hemisphere's oceans from subtropical to mid-latitude is considerably improved.But in the tropical Indian Ocean and West Pacific the cloud cover difference is still evident,mainly due to the deficiency of high cloud simulation in these regions resulting from deep cumulus convection.In terms of the analysis on radiation and cloud radiative forcing,we find that simulation on long wave radiation is better than short wave radiation.The simulation error of short wave radiation is caused mostly by the simulation difference in short wave radiative forcing,sea ice,and snow cover,and also by not involving aerosol's effect.The simulation error of long wave radiation is mainly resulting from deficiency in simulating cloud cover and underlying surface temperature.Corresponding to improvement of cloud cover,the simulated radiation (especially short wave radiation) in eastern oceans, summer hemisphere's oceans from subtropical to mid-latitude is remarkably improved.This also brings obvious improvement to net radiation in these regions.     

中国地区云对太阳短波辐射吸收的研究

根据两种不同的方法（即直接法和斜率法）,对中国大陆地区有关云的异常吸收问题进行了初步的探讨,研究表明:我国大陆地区云辐射强迫比小于1.2;云对短波辐射的吸收西部要比东部小,但季节变化较东部略大;在青藏高原地区,文中得到的云辐射强迫比约为1.13。     

太阳紫外辐射在大气中衰减的探讨

在对北京紫外辐射观测资料分析的基础上,提出了参与光化学反应的物质对太阳紫外辐射能量的吸收作用.计算表明北京地区1990年云天比晴天紫外辐射减少约为21W m-2,此值与CeSS等人的观测结果比较接近.这表明了大气中参与光化学反应的物质对光化辐射能量的吸收基本上等于云对太阳短波辐射的"异常吸收"之值.所以,在辐射传输模式、大气化学模式、气候模式中,应该考虑参与光化学反应的物质对光化辐射能量的吸收作用.     

我国散射辐射的气候计算方法及其分布特征

使用全国６４个日射站的散射辐射资料，首先计算与建立了各地１月、４月、７月和１０月的月散射辐射值与总云量、日照百分率之间的相关系数与经验关系式，并对经验关系式进行了方差检验。该经验关系式为：Ｄ＝Ｑ０（ｓ１＋０．０１）（ａ＋ｂＮ）。应用该经验关系式和２００多个地面气象站的资料，计算了各地的１月、４月、７月和１０月的散射辐射值。最后对我国四季散射辐射的分布及其年变化作简要的分析。     

利用卫星资料研究云对地面净辐射的影响

采用2002年1月、2月、7月、8月每日8～16时(北京时间)的GMS-5卫星云图资料以及相同时次的漠河和郑州两个辐射站的地面净辐射资料,通过读取红外1、红外2、水汽和可见光云图上的卫星计数值,并将卫星计数值按照GMS-5定标表转换成亮度温度和反射率,最终形成一套利用卫星资料研究云对地面净辐射影响的数据集。采用统计的方法将地面净辐射与影响地面净辐射的各因子：太阳天顶角、地面及云面反射率等有关因子进行拟合,发现地面净辐射与这些因子之间有很好的相关性,特别在引入卫星红外通道亮温值减水汽通道亮温值这一因子后,在有云状况下,拟合的相关系数有较明显的提高,原因可能是这一因子包含了云分类的信息,这一方法的提出为利用卫星资料研究云对地面净辐射的影响提出了一个新的思路。     

福建省散射辐射的计算方法及其分布特征

提出了综合考虑日照百分率和总云量来计算散射辐射的公式。将散射辐射Ｄ除以日照百分率Ｓ１，称其为净散射辐射。同时求出各月及年的净散射辐射与当地天文辐射的比值和总云量的相关系数ｒ。各月与年的相关系数均为正值，且ｒ均大于ｒ０．０１。在此基础上建立计算散射辐射的经验公式：Ｄ＝Ｓ１Ｑｏｅ＾ａ＋ｂＮ，式中Ｄ为散射辐射；Ｓ１为日照百分率；Ｑｏ为天文辐射；Ｎ为总云量；ａ和ｂ为经验系数。使用该经验公式求得福建省所有市     

禹城地区光合有效辐射的计算方法

利用2005年7月-2006年10月在山东禹城对太阳辐射（包括光合有效辐射PAR、可见光辐射VIS、总辐射Q等）、气象要素等进行的4次综合观测资料,初步得到了朋R,VIS的日、季节变化特征并对其进行了分析,结果表明：各辐射的小时累计之比vIS／Q,PAR／Q,PAR／VIS相对稳定,其平均值分别为0．39,1．95（mol／MJ）,4．97（mol／MJ）,但它们均有明显的日、逐日、季节变化,并受水汽、气溶胶、云等因素的影响。同时建立了实际天气PAR,VIS的小时累计经验公式及其转换关系,计算值与观测值均比较接近。当考虑水汽和散射因子时,PAR,VIS的计算值与观测值的相对偏差分别为11．1％,10．6％。限于实际情况,可以只考虑水汽因子的作用来计算PAR和VIS的小时累计值,它们的相对偏差分别为13．3％,12．6％。水汽因子对于PAR,VIS的传输和计算具有重要作用。     

利用辐射数据构建云物理结构

本文运用CloudSat卫星上搭载的雷达探测数据和AQUA卫星搭载的辐射光谱仪探测数据,选择2007年1月至2010年12月期间,地理位置位于（15°~45°N,145°~165°E）区域内（远海）发生的云场数据开展分析,研究云的物理结构特征与其光谱辐射特性的相互关系。不同光谱波段对云物理结构变化的响应情况各有不同,首先从MODIS光谱仪22个云相关光谱波段中分析并选择出与云物理结构特征密切相关的光谱组合（包含13个波段）,而后开展了这些光谱波段的云辐射特性与云物理结构特征的相互变化关系研究。统计分析表明,在外部大气、地表条件以及太阳入射辐射变化不大情况下,云的结构变化与其光谱辐射变化之间总体存在单调相关关系,物理结构变化不大的云廓线之间其光谱辐射的变化也小,反之也成立,即光谱辐射变化小的云廓线之间物理结构变化也小。从而,对于某些内部物理结构特征未知的云,利用与其光谱辐射特性相近的云结构数据可实现自身垂直结构信息的重建。基于光谱辐射相近则云物理结构很可能相近的特点,本文对未知云场的物理结构重建开展了模拟试验,试验结果表明光谱相近原则匹配物理结构的方法一定程度上能够实现云物理结构的构建,为利用被动遥感数据推测云物理结构特征研究提供参考。     

关于云和云天大气对太阳辐射的吸收异常

本文是关于云和云天大气对太阳辐射吸收异常问题的一个综述，总结了到目前为止的对水云异常吸收的一些解释，指出这些解释的合理性和缺陷。本文的重点在于介绍近年来论争激烈的有云大气的异常吸收问题，对存在和不存在增强吸收的两种截然相反的观点都做了较详细的评述。     

我国南方中东部地区地面太阳总辐射变化规律

为进一步探讨我国地面太阳辐射的变化规律及其原因,选择我国南方中东部地区,利用该区域1961—2007年33个站点的地面太阳总辐射资料,结合云量、大气水汽含量和能见度等观测资料,综合研究该区域地面太阳总辐射的变化规律及其原因。结果表明:1961—1989年,我国南方中东部地区地面太阳总辐射呈下降趋势,之后发生逆转,1995年后其变化趋于缓和,1961—2007年总体呈现变暗—变亮—变缓的趋势。究其原因,该区域云量平均值由峰入谷、云量下降速率由快变慢可能是产生此变化趋势的原因之一;其次,20世纪80年代到21世纪初,气溶胶光学厚度上升趋势减缓,气溶胶地面辐射强迫变化趋于缓和,某些区域甚至出现下降,也导致部分站点地面太阳总辐射由暗变亮。