大气辐射导论（第2版）

《大气辐射导论》一书是美国工程院院士、UCLA教授廖国男先生的重要专著，也是大气辐射学方面不可多得的优秀著作。该书于1980年首次出版后被译为多种文字，成为美国和其他许多国家大学大气辐射的教科书，并常为辐射传输和光散射领域的科学家所参考和引用。1985年，本书的中译本由气象出版社出版，曾受到我国大气科学界师生和科技人员的广泛欢迎，成为大家常用的教材和参考书。从本书首版至今20余年来，     

利用NOAA卫星HIRS探测器监测东亚地区辐射收支的研究

地球－大气系统的辐射收支是描述地球和宇宙空间能量交换的重要参量，也只有从卫星平台才能直接观测大气顶的地球－大气系统的辐射收支。目前，长期的地－气系统射出长波辐射序列资料是从美国ＮＯＡＡ极轨业务气象卫星的甚高分辨率扫描辐射计测量中计算的，精度不能满足气候监测的要求。本文根据美国ＮＯＡＡ卫星高分辨率红外大气探测器（ＨｉｇｈＲｅｓｏｌｕｔｉｏｎＩｎｆｒａｒｅｄＳｏｕｎｄｅｒ，缩写为ＨＩＲＳ）测量资料，研究了从中推算地球大气系统辐射收支的方法，并对计算出的１９９１年１月份东亚地区的地－气系统的辐射收支各参量、白天和夜间射出长波辐射差别分别进行了对比分析。结果表明，此方法计算的辐射收支分量，能揭示云和地球－大气系统的辐射分布特征及其分布细节，是进行区域气候研究的有效资料。     

利用MODIS-GOCART气溶胶资料研究中国东部地区气溶胶直接辐射强迫

利用MODIS-GOCART同化的2001年逐月气溶胶光学厚度资料，在修改区域气候模式RegCM2辐射方案的基础上，连续积分5年获得平均的中国东部地区气溶胶短波和长波直接辐射效应，并通过数值试验研究了气溶胶垂直分布对辐射强迫及其气候响应的影响。结果表明：气溶胶的短波辐射效应能冷却地表、加热大气；长波辐射效应能加热地表、冷却大气；大气顶净辐射强迫年平均为-4．1W／m^2；辐射强迫绝对值在春季最大，夏季次之，冬季最小；模拟区域中最大辐射强迫值主要位于华北、华南地区及四川盆地；气溶胶垂直分布是影响气溶胶辐射强迫的重要因素。总体上气溶胶层越靠近地面，大气顶辐射强迫绝对值越大，地表辐射强迫绝对值越小，大气顶辐射强迫对垂直分布较敏感；气候系统的反馈作用会放大气溶胶垂直分布对辐射气候效应的影响。     

中国西北大气沙尘的辐射强迫

利用CCM3的辐射模式CRM研究大气沙尘的辐射强迫特性。大气沙尘减小地面净辐射冷却地面同时增暖沙尘层大气，最大加热率出现在沙尘层的上部和贴近地面处。地表反照率对地面冷却和大气加热的大小有影响，地面净辐射的减幅和大气加热率在高地表反照率的沙漠大于低地表反照率的绿洲。大气沙尘对地一气系统的辐射强迫同样受地表反照率的影响，存在着一个“临界地表反照率”，其值在0．25～0．3之间。当地表反照率高于“临界地表反照率”(如沙漠)，大气沙尘减小行星反照率增暖地一气系统，反之(如在绿洲)，大气沙尘增大行星反照率冷却地一气系统。     

南海季风爆发前后辐射特征分析

利用“2000年南海海气通观测”项目现场观测的辐射资料分析了南海季风爆发前后南海太阳总辐射，海面反射辐射，大气长波辐射，海面长波辐射，净余辐射的日变化和逐日变化规律的实际事实，结果表明，季风爆发前后，云系增多云层增厚，对太阳总辐射，海面反射辐射，海洋和大气长波辐射均有显著的影响，季风爆发期间产生的大浪对海面反射辐射，洋面反射率影响很大，可导致两者的强度急剧增加。     

长春地区紫外光谱（UV-A，UV-B）辐射观测和初步分析

利用我们研制的太阳—大气紫外光谱辐射计，从1992年5月在长春开始试验了野外观测，监视到达地表的太阳直射和大气散射紫外光谱辐射，主要给出长春地区地面紫外辐射，特别是紫外（UV）B段（280～320 nm）光谱辐射的一些基本特点和初步统计特征。由于地表UV-B辐射对生态系统和人类健康有危害作用，其强度随着臭氧减少而增加。该项观测分析将有助于监测和研究臭氧层变薄的实际效应。     

青藏高原地区大气顶净辐射与地表净辐射的关系

地表净辐射为地气系统净辐射与大气层净辐射之差。对大气层净辐射作不同的假定，可将地表净辐射与大气顶辐射收支之间的关系表示成不同的形式。本文利用１９８２年８月—１９８３年７月青藏高原地区地面辐射收支观测资料及同期ＮＯＡＡ－７辐射收支资料，用统计方法讨论了大气顶净辐射与地表净辐射之间的相关性，建立了两者之间的回归方程，并在此基础上分析了青藏高原地区月平均地表净辐射的时空分布特征。     

中国大气有效辐射的气候学研究

根据ＥＲＢＥ的ＯＬＲ资料以及地表有效辐射气候计算资料，探讨了全国大气有效辐射与气温，大气含水量，总云量等因子的关系，以及纬度，拔海高度对它的影响，得出了大气有效辐射的气候计算式。分析了其在全国的分布，指出，１，７月和年平均大气有效辐射场大致为一不对称的鞍形场，其高值区分别位于东南沿海和西北内陆，青藏高原为主要低值区。     

中国大气净辐射的气候特征

根据ＥＲＢＥ和ＩＳＣＣＰ资料以及实测和计算和地表净辐射资料进行了计算，并讨论了我国大气净辐射的气候特征；分析了其与各辐射分量及影响因子的关系。结果表明，大气净辐射与大气吸收波辐射有很高的线性关系，并可由此建立起统一的大气净辐射计算式。     

中国大气有效辐射的气候计算及其分布

应用１９７９年５－８月季风试验期间印度８个陆地辐射探空站资料，通过多种方案试验，得出适用于各种云量条件下各等压面大气有效辐射的气候计算式，并计算和讨论了全国１０４站５００ｈＰａ大气有效辐射的时空分布特征。     

上海地区地面太阳紫外辐射的观测和分析

通过对上海地区2001～2003年地面太阳总辐射和紫外辐射观测资料的分析表明：（1）上海地区太阳辐射和紫外辐射年总量分别为4487．1MJ／m^2和149．6MJ/m^2。（2）紫外辐射的季节变化特征十分明显，夏半年（4-9月）各月极大紫外辐射强度远大于冬半年（10月～次年3月），7月份最强，12月份最弱。（3）不同天气条件下，紫外辐射日变化显示出明显的差异，晴天强且稳定，多云天气波动较大，阴天则次之。（4）紫外辐射占总辐射的比例（η）也显示冬半年低，夏半年高的分布特征。（5）影响上海地区到达地面紫外辐射的主要因子有：太阳高度角的大小大致决定了到达地面紫外辐射的强弱，两者具有相近的年变化趋势；云、雨等天气类型是影响紫外辐射的重要因子；大气能见度对紫外辐射也有比较明显的影响。     

利用MODTRAN3计算我国太阳直接辐射和散射辐射

根据光的多次散射理论－离散纵标法，利用我国国家一级辐射测站的大气廓线，计算出晴空大气观测波段不同高度上的太阳直接辐射和向下散射辐射。将模式输出的地面辐射值与地面辐射观测资料进行比较，对不同高度的太阳直接辐射和向下散辐射以及日变化进行了讨论。最终目的是直接由MODTRAN3计算我国辐射空白站的地面辐射值，以弥补我国辐射站稀少，时空分布短缺的不足。     

中国大气短波吸收辐射的气候研究

根据ＥＲＢＥ和ＩＳＣＣＰ资料，以及实测和计算的地表吸收辐射资料，计算并讨论了我国大气短波吸收辐射的时空分布特征；分析了其与各影响因子的关系。结果表明，大气短波吸收辐射随纬度和拔高度变化明显，其与天文辐射、水汽压的相关也很显著，总云量对它的影响仅在东部地区有所反映。     

大气辐射交换对海风模拟结果的影响

建立一个二维的中尺度静力模式，考虑太阳短波辐射，大气中水汽，地表面粗糙度，反射率和土壤层温度等物理因子，讨论大气辐射交换对海风结构的影响，发现如果忽略辐射因素，海风只能局限在较小的范围内，不能向内陆纵深发展。     

辐射和积云对流过程对大气辐射通量的影响

基于中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室发展的全球大气环流谱模式(SAMIL-R42L26),研究了澳大利亚气象局研究中心(BMRC)新辐射方案和新Zhang-McFaflane积云对流方案对大气辐射通量模拟的影响.新辐射方案相比原辐射方案在辐射计算光谱分辨率、气体吸收和计算效率等方面作了很多改进,其对大气辐射通量的模拟能力相应提高.在晴空条件下,大气顶出射长波、大气吸收短波和地表入射短波等与观测的偏差较原辐射方案明显减小,尤其是在对流活跃区域.在云天条件下大气辐射通量与观测的偏差也较原辐射方案减小,但其偏差依然较大,这与模式中积云对流参数化方案模拟能力不足引起的辐射通量偏差有关.为此,换用了新Zhang-McFarlane积云对流方案,其结果表明,对流活跃区水汽含量显著增加,原对流方案中偏强的"双赤道辐合带"现象明显减弱,赤道辐合带地区的大气辐射通量偏差有明显减小,在海洋地区晴空大气顶出射长波和地表入射短波的量值及空间分布均接近观测结果,同时大气顶全球平均能量收支的年变化和观测结果趋于一致,其中模拟的伞球年平均大气顶能量收支和观测的偏差不到0.6 W/m2.试验结果同时表明,在未来研究中引入气溶胶分布、调整相关的云物理和陆面过程等物理参数化方案是进一步提高SAMIL-R42L26辐射通最模拟性能的关键.     

珠穆朗玛峰北坡特殊地形下太阳辐射特征的初步研究

2006年5月27日～6月30日,对珠穆朗玛峰北坡的太阳辐射和气象参数进行了综合测量,主要包括总辐射、反射辐射、大气辐射、地面长波辐射、净辐射、温湿度和风速等。珠峰北坡的各个辐射量和气象参数都表现出明显的、非对称的日变化规律。珠峰北坡的太阳辐射远高于我国的平原地区,总辐射大于太阳常数的现象经常被观测到。研究发现,各个辐射量在9时都表现了一日最大的增长率,并因此导致了此时段及以后时段气温的增加和风速的快速增长,因而珠峰北坡特殊的地形对于地面接收到的辐射特征以及通过辐射过程对气温、大气运动等都产生了非常显著的作用。研究特殊地形条件下的辐射特征、辐射-地表-大气之间的相互作用以及地表和大气对于辐射作用的响应是非常重要的,它将有助于对局地物质与能量交换过程深入、全面的了解。     

大气中CO2浓度增加对大气顶射出辐射影响的监测

本文分析了大气中CO2浓度增加对2380-2400 cm-1范围大气顶射出辐射的影响，对温度和其它一些大气成分可能的干扰也进行了考察，提出了可以从卫星上对CO2浓度增加的辐射影响进行监测的通道。     

南海中部的太阳总辐射特征研究

通过对南海中部的永兴岛的太阳总辐射观测资料进行分析，得出了关于南海中部的太阳总辐射特点的一些基本结论：大气的晴空透射率约为0．75；1990年代末期，3年平均云影响了约28％的最大可能总辐射能量；总辐射年平均值约为6763．7MJ／m^2a；3—8月月平均总辐射量维持在650MJ／m^2m左右，8～12月为下降阶段，1—3月为上升阶段。     

基于大气辐射传输模型的单通道海表温度反演算法研究

在分析大气辐射传输模型基础上,提出了单通道海表温度反演算法。首先,利用像元尺度的大气廓线精确计算大气上行辐射、下行辐射和透过率,然后将这些参数与海水比辐射率代入大气红外辐射传输方程,求解海表温度。与传统的劈窗算法相比,该算法具有时空变化适应性强的特点,尤其适用于缺乏浮标数据的海域。为了验证算法的可行性和准确性,利用2009年全年的MODIS数据在美国西海岸海域进行试验。通过与浮标实测数据比对可发现,单通道海表温度反演算法与浮标实测值的标准方差为0.73 ℃,平均偏差为0.23 ℃,说明该算法具有较高的精度,能满足常规的业务观测需求,另外也可用于标定劈窗算法的系数。      

浑善达克沙地沙尘气溶胶的辐射强迫

利用2001年春季浑善达克沙地外场观测的辐射资料及大气辐射模式,对沙尘气溶胶的局地辐射强迫进行了分析和模拟估算。计算结果表明,浑善达克沙地大气透过率日变化显著,晴天可达0.80以上,沙尘天气最低在0.01以下;白天沙尘的辐射强迫对地表有冷却作用,夜间起保温作用。观测期间,平均大气透过率为0.6,白天沙尘对地面向下长波辐射的平均强迫增加量为16.76 W.m-2,对地面净辐射能收支的平均强迫减少量为62.76 W.m-2;夜间地表长波辐射净损失量因沙尘作用减少,平均为67.84 W.m-2。