有云大气中太阳辐射传输的数值试验研究

本文应用Hense等的二流近似辐射模式,分析了云对地气系统太阳辐射能收支与大气加热率的影响,讨论了不同光学厚度的云的反射率与吸收率,并把模式应用于高原模式大气,分析了高原地区云对太阳辐射收支的影响。计算中包括云滴与气溶胶的吸收作用。气溶胶衰减系数的垂直分布取了两种类型,分别对应于能见度为23km与8km。结果表明,光学厚度为10—100的云层的加热率可达7—8℃/天,云滴和气溶胶的吸收作用是增加云层加热率的一个重要机制。云层的复盖对近地层加热率的影响极大。不同光学厚度的云的反射率的变化范围为0.24—0.90,与一些作者给出的观测结果比较符合。云的吸收率变化范围为0.07—0.25,飞机观测表明云的吸收率可达0.30—0.40。云有如此大的吸收率的原因尚需进一步深入研究。云天地面总辐射与晴天(可能)地面总辐射的比值(Q_c/Q_o)主要决定于云的光学厚度(对应于云的光学厚度从1增加到100,比值Q_c/Q_o则从80％降到10％),其次是太阳天顶角。比值Q_c/Q_o受气溶胶、海拔高度、云的高度的影响很小,可作为表示云对地面总辐射影响的一个参数。     

关于大气涡动热通量参数化问题研究

用NCEP/NCAR等再分析资料计算和分析表明,月平均瞬变涡动热通量和月平均温度梯度的局域相关性很低,甚至在一些纬度是负相关,更严重的是二者之间存在非线性的多值对应函数关系.如果用非局域参数化,参数化水平将有所提高,但改进并不明显.通过与分子运动论输运理论进行数学、特别是物理类比提出了考虑"风暴路径"效应的瞬变涡动热通量的参数化方案,经再分析资料的检验,结果表明它能大大提高参数化的水平.其次,还证实采用空间非局域参数化仍然是进一步提高瞬变涡动热通量参数化水平的方法之一.此外,资料分析显示中高纬度纬向平均温度梯度和纬偏涡动温度通量之间也存在负相关及多值函数关系,说明仅用温度梯度去参数化纬向平均涡动热通量难以得到好的结果,需要考虑多元参数化或非同步参数化等.     

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。     

一个改进的理想大气太阳辐射计算模型

文章选取多个国外应用广泛、得到公认并且其主要的大气消减过程都有单独的透射率公式的宽广谱太阳辐射机理模型,在理想大气下将各模型的透射率(T_R、T_O、T_UM)以及直接辐射、散射辐射与精确的谱模型SMARTS逐一进行严格的比较、评述。在此基础上选取模型精确度较高的METSTAT模型,对模型中的相对光学质量、臭氧吸收透射率、均一混合气体吸收透射率等存在的缺陷和不足进行逐一修正,获得一个改进的理想大气太阳辐射模型METSTAT_M。经过严格的比较,METSTAT_M模型优于其他模型。     

模式大气中太阳辐射异常对环流E—P通量特征的影响

利用太阳辐射异常时的模式积分结果资料，分析了环流的E-P通量特征，并将它与正常辐射条件下模式大气E—P通量特征进行对比．结果表明，辐射减弱优E—P通量的辐散、辐合及能量传播等与正常相比有一定的差异。这些差异与辐射减弱后温度场的降低及李风环流的减弱等有关。     

大气模式中表面水热通量计算的一些问题

对现有的大气模式中计算海面和大气间水、热通量的通量-廓线关系式进行了评论,提出一个理论上较完整的通量-廓线关系式。其中考虑了水汽对M－O参数的影响,并引进相应于虚位温的标量粗糙度。MoanaWave的实测资料表明,由于该资料相应于温度的粗糙度zoh和湿度粗糙度zoq相差不大,使现有的公式计算结果与文中提出的公式差别不大。当zoh,zoq差别大时,两种公式结果有一定的差别。而文中公式理论上更为合理。还将不稳定状态下计算通量的简化方法推广到海面。     

贵州省分月太阳辐射参数模型计算

利用贵州省2011—2015年10个太阳辐射站观测资料,采用最小二乘法分月拟合太阳辐射计算参数a、b,结合相应站点的地理信息(纬度和海拔高度),建立参数随地理位置变化的分月模型,进行1962—1990年威宁站独立样本检验,利用2001—2010年贵阳站数据与海拔分区法进行比较;结合1981—2010年85个常规气象站日照时数资料和相应站点的地理信息推算累年各月太阳总辐射量,并探讨其空间分布规律。结果表明:用分月参数模型计算贵州省太阳辐射误差更小、精度更高,提高了太阳辐射计算的准确率;贵州省气象台站年平均太阳总辐射在3415.76~4737.04 MJ·m~(-2)之间,西部和西南部多,北部少,其中年总辐射最大值出现在威宁,最低值出现在务川。     

热带西太平洋太阳辐射通量的变化特征

海气关系即两者相互作用是当今海洋、气象科学研究的重大项目之一。如影响我国天气、气候变化的南方涛动和厄尔尼诺等现象即是研究的重点。西太平洋海域是台风和厄尔尼诺的发源地,因此对这一特定地区的研究更具有重要意义。这次(1987年10月)就中美西太平洋海洋大气联合考察之机,进行辐射观测,取得了宝贵的资料。经整理,现对赤道海域的太阳辐射几个分量的分布特征进行分析,又对船舶观测及仪器安装提出建议,最后得出几点有益的结论。     

有云浑浊大气中的臭氧及氧气的光离化系数

本文给出了考虑分子和气溶胶多次散射的浑浊大气中,不同高度和不同反照率的云作为下垫面时对臭氧及氧气光离化系数的影响,以及由于大气运动造成对流层顶臭氧浓度加倍而引起的臭氧及氧气光离化系数的变化.     

大气中气溶胶对太阳辐射光谱分布的影响

本文给出了在波长300～560毫微米(Hμ)范围内测定总辐射和散射辐射的光谱分布成果,分析了气溶胶对辐射量及其光谱成分的影响.     

PARAMETERIZATION OF SOLAR RADIATIVE FLUX CALCULATION IN THE ATMOSPHERE

Based on the two-stream approximation a broad-band parameterization scheme for solar radiative flux calculationis presented.The whole solar spectral region from 0.2 to 3.58 μm is divided into three broad spectral intervals.The effec-tive broad-band optical depths and single scattering albedos in the atmosphere in each spectral interval can be obtainedusing parameterized formulae from known atmospheric parameters.The overlapping scattering and/or absorption ef-fects of two atmospheric constituents are considered properly.In the consideration of radiative effect of clouds in theatmosphere the single scattering albedos and backscattering parameters of clouds in each broad spectral interval are giv-en preliminarily and the cloud optical depths are determined according to the cloud liquid water content.     

大气凝结水汽汇、凝结潜热作用与积云对流参数化

从引入包含质量(水汽)源、汇的连续方程出发,重新推导出大尺度凝结降水和积云对流凝结降水之水汽汇起作用的热力学方程,从而重新给出气压、气温预报方程及地面气压与高空位势高度预报方程.发现,在此基础上,才能实现凝结3个作用:气块水汽质量流失与气压降低;气块虚温降低;加热气块;和通过大气运动方程,实现大气凝结潜热\     

THE LIMITATION OF CLOUD-BASE MASS FLUX IN CUMULUS PARAMETERIZATION AND ITS APPLICATION IN A HIGH-RESOLUTION MODEL

A large area of unrealized precipitation is produced with the standard convective parameterization scheme in a high-resolution model, while subgrid-scale convection that cannot be explicitly resolved is omitted without convective parameterization. A modified version of the convection scheme with limited mass flux at cloud base is introduced into a south-China regional high-resolution model to alleviate these problems. A strong convection case and a weak convection case are selected to analyze the influence of limited cloud-base mass flux on precipitation forecast. The sensitivity of different limitation on mass flux at cloud base is also discussed. It is found that using instability energy closure for Simplified Arakawa- Schubert Scheme will produce better precipitation forecast than the primary closure based on quasi-equilibrium assumption. The influence of the convection scheme is dependent on the upper limit of mass flux at cloud base. The total rain amount is not so sensitive to the limitation of mass flux in the strong convection case as in the weak one. From the comparison of two different methods for limiting the cloud-base mass flux, it is found that shutting down the cumulus parameterization scheme completely when the cloud-base mass flux exceeds a given limitation is more suitable for the forecast of precipitation.     

中国西北大气沙尘对地气系统和大气辐射加热的影响

利用ＨＥＩＦＥ地面辐射平衡观测资料以及ＮＯＡＡ１１／ＡＶＨＲＲ卫星测量资料,三算我国西北大气沙尘对地－气系统和大所中辐向 热率的影响。１９９１年２月下旬－５月中旬１１天的计算表明,春季大气沙尘的辐身躯效应与地表状况有关;在高地表反照率的沙漠上空,大气沙尘的短波辐射效应为减小行星反照率增暖气－气系统,同时吸收太阳辐射增暖大气大气顶射出长波辐射对大气沙尘的变化并不敏感,但大气尘尘增加大气的长波冷却;在     

EFFECTS OF SOLAR FLARE ON THE MIDDLE ATMOSPHERE

The SME satellite data of solar UV radiation and mesospheric ozone during solar flare in 1982are analyzed.The results show that the Ha line index used in the solar flare classification is not aproper parameter for studying the effects of solar activity on the photochemical process in themiddle atmosphere.     

平流层大气对太阳辐射能的吸收

本文讨论了如下三个问题:1.设计了一套计算平流层大气对太阳辐射吸收的计算公式。2.讨论了利用平面层大气来代替曲率大气对太阳辐射吸收引起的误差。3.计算了1,7月份太阳对平流层大气的加热。     

THE ABSORPTION OF SOLAR RADIATION BY AEROSOL ATMOSPHERE

The two-stream approximation is applied to solve the multiple scattered radiation transfer equationsfor an inhomogeneous aerosol atmosphere.The accurate absorption of water vapor,ozone,carbon dioxideand molecular oxygen is calculated.Calculations have been carried out band by band for the beating rateof atmosphere.The results show that the effect of aerosols on solar heating of the atmosphere is significant.     

气溶胶大气对太阳辐射的吸收

大气气溶胶对大气吸收太阳辐射的影响有许多人研究过。目前计算大气吸收太阳辐射的数值模式多数仍忽略大气气溶胶的作用。大气气溶胶一方面本身吸收太阳辐射;一方面对太阳辐射多次散射,使阳光在大气中传输更长的路程,增加了吸收物质对太阳辐射的吸收。计算表明:大气气溶胶对大气吸收太阳辐射的作用是显著而不能忽略的。     

棉田土壤热通量的计算

本文在两年棉花田间试验观测的基础上,利用土壤中热传导方程模拟5cm层土壤温度的时间变化,进而推算出其它层次的土壤温度,与实测值相比,模拟均方误最大为0．14,最大温度绝对误差为0．7℃．通过对温度方程求深度上的偏导数获得土壤热通量的计算公式,计算值与实测值比较,均方误最大为0．006,效果较好。本文还通过2cm层土壤热通量与棉花冠层净辐射之间的关系,结果表明土壤热通量与冠层净辐射有着很好的相关性。