水云的长波光学性质参数化

在研究水云的微物理性质与光学性质关系的基础上，提出了三种用于长波区域窄带和宽带水云光学性质计算的参数化方案，研究了应用不同的水云光学性质参数化方案和不同的宽带数目对云辐射性质的影响。分析了云滴的散射作用对有云大气中长波辐射通量和冷却率的影响。     

青海湖北岸大气向下长波辐射特征及云的影响

大气向下长波辐射对地表能量平衡、水循环等有重要影响.基于青海湖北岸2018年9月至2019年8月辐射观测资料,分析不同时间尺度的辐射通量变化特征,对比晴天条件下10个大气比辐射率参数化公式在该地区的适用性,在此基础上定量评估了云对大气向下长波辐射的影响.结果显示:青海湖北岸地区各辐射分量均呈现相似的"单峰型"日变化特征...     

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“热机”作功。这时,对于预报气压、气温场,积云对流参数化方案中的参数在凝结3个作用中保持一致。否则,通过积云对流参数化方案,虽可以近似实现对于预报气压和气温场的凝结3个作用,但不可能调好参数的降水物理特性及其时空分布特征。且对于静力模式预报地面气压和高空位势高度场,不可能实现上述的第一凝结作用。最后表明,当模式分辨率提高到只用降水显式方案、不再用积云对流参数化方案后,则必须引入包含水汽源、汇的连续方程。因在热带海洋面上的水蒸发过程,水汽进入大气将改变地面气压场,且蒸发潜热可分为内潜热(水汽内能)和外潜热(水汽压力能),内潜热立即成为大气热能的一部分,而外潜热直接对大气层作功,使得大气位能增加。文中研究了大气中的大尺度凝结降水和积云对流凝结降水对气压场与位势高度场的影响。一般积云对流参数化方案都已考虑内潜热对大气的加热作用,但还须考虑因凝结与降水造成地面气压场及高空位势高度场的变化,后者应是外潜热作用的结果。在上述研究过程中,必须引入考虑凝结作用的连续方程,且最终可以改变有降水(包括大尺度凝结降水和积云对流凝结降水)发生时的数值预报模式动力框架。     

两种计算长波辐射传输的近似方法

在二流近似的基础上,提出了两种计算晴空大气中长波辐射传输的方法,整个长波辐射区域被分成两个宽的光谱带,它们分别对相应的宽带光学厚度和发射率作参数化处理。这两种方法,所需的计算时间很少,但有相当好的精度,因而适于在大气环流模式中进行辐射传输的计算。     

一个用于研究湖泊对气候环境影响的非静力平衡数值模式

本文研制了一个包含云的微物理学参数化方案,地面温度和水温预报方案、边界层湍流参数化方案、长波辐射和短波辐射参数化方案的非静力平衡中小尺度数值模式。在模式中允许地面和大气有反馈过程。模式大气分为18层,土壤、水体以及水底土壤各分为4层,采用了能突出水体影响的网格系统。采用分解算法,平流项采用三次样条插值技术,并用正逆两次平滑来代替方程组中的水平扩散项。模式具有很好的积分稳定性,能精确地再现湖泊对气候环境影响的空间结构和时间变化。     

数值模式中长波辐射参数化方案的对比试验

应用一个简化的长波辐射参数方案，与郭晓岚－钱永甫模式原有长波辐射参数化方案进行了对比，分析了它们对１００ｈＰａ，３００ｈＰａ，５００ｈＰａ，７００ｈＰａ及地面的高度场、温度场、流场及气压场模拟结果的影响，发现不仅两者结果相当一致，而且与实测结果也符合很好。     

极冰气候效应的数值试验

利用一个大气环流模式（ＡＧＣＭ）和一个全球耦合海气模式（ＣＯＡＧＣＭ）,模拟了北极海冰边界范围的变化对月平均气候的影响。结果表明,极冰边缘的异常完全可以改变中高纬度某些地区的局地气候。受冷源的影响,北半球中高纬度冷高压加强,低纬度暖高压减弱。同时利用一个全球三维大气环流模式,作了海冰反照率参数化的数值试验,用两种不同的海冰反照率参数化方案,检验对地表面温度、海平面气压、极地表面对太阳辐射吸收的影响。模拟试验表明了冰雪圈反照率的反馈作用,对气候变化的影响十分重要。     

SST日变化对西太平洋暖池海表热通量季节内变化的影响(英文)

基于利用日最大太阳辐射、日平均海面风和日降水量近似计算海表温度（SST）日变化的振幅的方法,发展了一个计算SST日循环的参数化方案。利用周平均SST强迫美国国家大气研究中心（NCAR）的CCM3大气模式进行了有、无考虑SST日变化的比较试验。热带海洋与全球大气计划之耦合海气响应实验（TOGA COARE）的强化观测期间 IMET浮标的逐时海表观测资料不仅验证了该参数化方案的合理性,也表明了利用参数化方案对强迫场SST迭加日变化使CCM3较真实地模拟出西太平洋暖池海表热通量的季节内变化的位相结构。     

CWRF模式对夏季降水的集合预报试验研究

以ISWS/UIUC发展的CWRF数值模式为试验模式,NOAA全球预报系统(GFS)每天4次的实时预报资料作模式初始和边界条件,同时采用NCEP每天发布的0.5°×0.5°全球SST实时分析资料,分别选取不同的云物理参数化、积云参数化、边界层参数化和辐射方案共计8种参数化组合方案,形成了8组、4个时次共计32个成员的集合预报体系,设计了时变权重分配和动态权重分配两种方案,开展了120 h的实时集合预报试验。试验结果表明,CWRF对中国区域降水有较好的预报能力;在短期降水预报中,集合成员对积云参数化方案更加敏感;考虑了前期预报误差的动态分配权重技术的集合预报方案能够及时反映模式在不同物理参数化方案下,在不同地方、不同预报时效的预报性能,总体上优于不考虑前期预报误差的时变集合预报方案和单个成员的预报。     

利用探空资料计算云层对辐射的影响

本文对两次江淮流域的梅雨天气过程作了辐射特征分析。着重考虑了云层对太阳辐射和大气长波辐射的影响。计算时假设云层随高度的分布由大气的湿度决定,方案考虑了大气中云层随高度的分布,所得结果能反映实际大气中各种云的辐射特征。     

Calculating downward longwave radiation under clear and cloudy conditions over a tropical lowland forest site: an evaluation of model schemes for hourly data

Field measurements of radiation fluxes—notably downwelling longwave radiation flux (LW flux)—are as yet rare or nonexistent outside a very select number of sites in the tropics. Data gaps can only be filled through the use of estimation schemes based on measurements of other meteorological variables, and there is a need for recommendations on best practice in this area. We selected 18 contrasting semi-empirical estimation schemes for downward longwave radiation, based on air emissivities, combined with six different sky cover estimation schemes and compared the expected longwave flux with hourly observations from a flux tower at Caxiuan? in Brazil. Of all schemes tested, the Dilley–Kimball emissivity scheme combined with Kasten and Czeplak’s sky cover scheme during the day and Dilley and O’Brien’s model B scheme at night proved to be the most reliable, yielding estimates of LW flux generally within 20?W/m² of measurements across all time points.     

不同辐射参数化方案对南京地区大雾过程数值模拟的影响

为了比较不同长、短波辐射参数化方案对江苏省大雾过程的模拟效果,本文利用WRF模式,通过设计不同长、短波辐射参数化方案,对江苏省2015年5月18—21日和12月20—21日2次典型大雾过程进行了数值模拟,讨论了模式中不同长、短波辐射参数化方案对江苏省大雾过程的模拟影响。采用平均绝对误差(MAR)、均方根误差(RMSE)、皮尔逊相关系数(r)及中国气象局颁布的雾区预报规定,评价得到不同条件的最优模拟方案。结果表明:(1)热力条件与水汽条件,模拟最优方案为长波GFDL方案与短波RRTMG方案组合。(2)动力条件,最优辐射参数化方案组合为CAM方案与FLG方案组合。(3)雾区的模拟,效果最好的方案为长波GFDL方案与短波RRTMG方案的组合。     

A simple parameterization of longwave radiative cooling with application to the atmospheric boundary layer for clear sky conditions

A simple parameterization is proposed to obtain longwave radiative cooling rates, which can be used for atmospheric boundary-layer simulations on clear days in mid-latitudes. The net flux difference which is set to zero at the surface, can be parameterized with the use of three variables: the surface temperature, the lowest level (1.5 m) air temperature, and the total amount of water vapor. If these three elements, along with the water vapor profile are known, it is possible to estimate the cooling rate due to longwave radiation. The results of this parameterization are in good agreement with those of a precise scheme (Roach and Slingo, 1979), within a range of ± 1°C/day of diurnal change for boundary-layer simulations.     

Estimation of daytime downward longwave radiation under clear and cloudy skies conditions over a sub-humid region

Downward longwave radiation (LW _↓ ) is a relevant variable for meteorological and climatic studies. Good estimates of this term are vitally important in correct determining of the net radiation, which, in turn, modulates the magnitude of the terms in the surface energy budget (e.g., evaporation). In remote sensing applications, the determination of daytime LW_↓ is required for estimation of the net radiation using satellite data. LW_↓ is not directly measured in weather stations and then is estimated using models with surface air temperature and humidity as input. In this paper, we identify the best models to estimate daytime downward longwave radiation from meteorological data in the sub-humid Pampean region. Several well-known models to estimate LW_↓ under clear and cloudy skies were tested. We use downward radiation components and meteorological data registered at Tandil (Argentina) from 2006 to 2010 (840 days). In addition, we propose two multiple linear regression models (MLRM-1 and MLRM-2) to estimate LW_↓ at the surface for all sky conditions. The new equations show better performance than the others models tested with root mean square errors between 12 and 16 W m^?2, bias close to zero and best agreements with measured data (r ²?≥?0.85).     

Parameterizations of surface radiation in the semiarid grasslands of Inner Mongolia under clear-sky conditions using MODIS data

A set of improved and efficient radiation parameterization schemes for surface radiation balance components under clear- sky conditions was developed by using general surface measurements and MODIS data. The set of schemes was then adapted for regions similar to the present study sites under different grazing intensities and varying degrees of drought in the semiarid grasslands of Inner Mongolia. Specifically, we mainly improved two schemes for estimating downward shortwave and longwave radiation at the surface, which could be applied to regions with certain degrees of drought. The validation datasets were from ground-based observations at various grazing sites during the growing season （May to September） of different drought years, 2005 and 2006. Through comparisons of parameterized versus measured radiation values, the increased or modified factors in the original schemes demonstrated improved estimation accuracy, and the rationalities of input parameters and variables were analyzed. The regional instantaneous net radiation estimations had root-mean-square errors of less than 30 W m-2 compared with ground measurements at the sites during the study period. The statistical results showed the improved schemes are suitable for estimating surface net radiation in regional semiarid areas during the growing season. Analyses of the sensitivity of the schemes to corresponding variables were conducted to ascertain the major error sources of the schemes and potential variables for improving the performance of the schemes in agreement with observations.     

Supporting evidence for a positive water vapor/infrared radiative feedback on large scale SST perturbations from a recent parameterization of surface long wave irradiance

Summary In this note a recent parameterization of surface infrared irradiance as a function of screen temperature and precipitable water is studied. The primary purpose is to investigate whether this parameterization supports previous studies of the surface infrared radiation that show a positive water vapor/infrared radiative feedback on large scale surface temperature perturbations. The parameterization studied here, which uses screen temperature and precipitable water as input, has been shown previously to resemble observations very well compared with other simple parameterizations of the irradiance. The results of the present study, where precipitable water has been parameterized as a function of screen temperature, provide supporting evidence for a positive value of the water vapor/infrared radiative feedback. The estimated magnitude of the feedback lies within the range of previous studies.Revised April 2, 2002; accepted March 11, 2003 Published online: August 7, 2003     

长波区间太阳辐射对气候模拟的影响

长波区间的太阳辐射在气候模式中往往被忽略。利用国家气候中心BCC_AGCM2.0.1大气环流模式,采用矩阵算子辐射传输算法,研究了长波区间太阳辐射对气候模式辐射通量和温度模拟结果的影响。结果表明,以ISCCP和CERES辐射资料为标准,考虑长波区间太阳辐射后,长波区间晴空大气地表向下辐射通量平均误差减小2.05 W/m2,均方根误差减少1.29 W/m2;长波区间晴空大气模式顶向上辐射通量平均误差减小0.70 W/m2,均方根误差减小0.21 W/m2;长波区间有云大气地表向下辐射通量平均误差减小1.38 W/m2,均方根误差减小1.03 W/m2;长波区间有云大气模式顶向上辐射通量平均误差减小0.99 W/m2,均方根误差减小0.30 W/m2。以ECMWF再分析资料为标准,考虑长波区间太阳辐射后,赤道地区上对流层—下平流层区域温度的冷偏差得到改善,对流层顶温度平均误差减小0.27 K,均方根误差减小0.25 K。     

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。     

高分辨率模式中积云参数化方案对模拟台风“凡亚比”的影响

在高水平分辨率模式(3～6 km)中,对于是否应该再使用积云参数化方案,仍存在着争论.为此,利用WRF模式,在5 km水平分辨率下,研究了不同云降水方案对一次台风过程模拟的影响,并对影响原因进行了初步探索.结果表明,即使在5 km高水平分辨率下,使用积云参数化方案仍能有效改善对台风路径的模拟,同时,成熟的混合冰相微物理方案对模拟台风路径也非常重要;对台风强度模拟,对积云参数化方案的选择较为敏感和复杂;在48 h预报时效内,只使用微物理方案模拟的降水较好,使用积云参数化方案容易产生较多的虚假降水,但能改善第3天24 h累积降水模拟.这些研究结果为利用高水平分辨率模式模拟台风和改进积云参数化方案提供一定借鉴.     

2006年12月24—27日大范围大雾过程数值模拟

利用美国国家大气研究中心(NCAR)和宾夕法尼亚州立大学(PSU)联合研制的第5代中尺度气象模式系统MM5对2006年12月24—27日江苏及其周边地区出现的一次罕见持续性大雾进行数值模拟和诊断分析, 同时对影响大雾过程的辐射条件进行敏感性试验。结果表明:形成持续性大雾的主要原因是大气层结稳定, 水汽充沛, 同时, 地面和大气的长波辐射冷却是雾形成和发展的最重要因素; 而日出后太阳短波辐射加热和热量湍流输送是辐射雾消散的主要原因。在大雾发展和维持期间, 雾区近地层基本上为弱的水汽辐合区; 在大雾减弱和消散期间, 雾区大部分为弱的水汽辐散区。大范围的下沉辐散运动有利于中低层大气增温, 与近地层的辐射降温相配合, 加上近地层弱冷平流作用, 使低层大气降温, 有助于逆温形成, 而深厚逆温层的存在, 对雾区的长时间维持起着决定性作用。