IAP AGCM中短波辐射方案的改进研究Ⅰ.引入Fu-Liou短波辐射方案

冰云和水云对短波辐射性质(消光系数、单次散射反照率及不对称因子)的影响很不相同,应分别计算.Fu-Liou短波辐射方案(以下称Fu-Liou code)就是对冰云和水云分别采用了不同的参数化方案,云的短波辐射性质直接由云的物理性质来确定.因此,Fu-Liou code在云的处理方面物理意义更清晰且很合理.作者将Fu-Liou code引入IAP AGCM-Ⅱ中,称为Version 2.对当代气候场的模拟结果表明,Version2的各个物理过程是协调匹配的,且其对气候场的模拟性能是好的,从而为进一步改进IAP AGCM的短波辐射方案提供了很好的模式基础.       

IAP AGCM中短波辐射方案的改进研究II·短波辐射方案的改进

在Version 2的基础上,对短波辐射方案进行进一步的改进:引入了新增非灰体气体吸收效应、冰晶粒子形状效应和尺度效应以及云的不均匀性效应(称为Version 3)。数值模拟试验结果表明:Version 3能更好地模拟出全球冬、夏季的降水场、海平面气压场及地表气温场的主要分布特征,并且能相当准确地反映出这几个场的季节性变化特征。Version 3对这3个场的模拟能力明显优于原版本(Version 1)。此外,它对东亚地区的季风降雨具有很好的模拟能力,能较好地反映东亚区域降水的季节性变化。可见,Version 3为进一步研究云-辐射相互作用提供了很好的模式基础。本工作还清楚地表明,模式的进一步发展必须进行对相关物理过程中各个因子的更精确刻画,只有这样,模式才能得到更好的模拟能力。     

IAP AGCM中短波辐射方案的改进研究Ⅱ.短波辐射方案的改进

在Version 2的基础上,对短波辐射方案进行进一步的改进:引入了新增非灰体气体吸收效应、冰晶粒子形状效应和尺度效应以及云的不均匀性效应(称为Version 3).数值模拟试验结果表明:Version 3能更好地模拟出全球冬、夏季的降水场、海平面气压场及地表气温场的主要分布特征,并且能相当准确地反映出这几个场的季节性变化特征.Version 3对这3个场的模拟能力明显优于原版本(Version 1).此外,它对东亚地区的季风降雨具有很好的模拟能力,能较好地反映东亚区域降水的季节性变化.可见,Version 3为进一步研究云-辐射相互作用提供了很好的模式基础.本工作还清楚地表明,模式的进一步发展必须进行对相关物理过程中各个因子的更精确刻画,只有这样,模式才能得到更好的模拟能力.     

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。     

青藏高原云对地气系统短波吸收辐射强迫的气候研究

利用地球辐射平衡试验（ＥＲＢＥ）和国际卫星云气候计划（ＥＳＣＣＰ）提供的总云量、得星反射率资料,计算并分析了青藏高原地气系统年、月平均云对太阳短波吸收辐射的强迫,揭示了其与总云量的关系。结果表明：高原的短事射云强迫与总云量有较好的非线性相关,呈幂指数形式,且季节变化明显;短波辐射云强迫的地理分布与高原云的分产好,高原主体和北部是短波辐射云强迫的低值区,高原东南部和西部边缘迎风部位为强迫的高值区。     

短波辐射研究概述

主要阐述太阳短波辐射研究在陆面过程及陆气相互研究中的重要性,全面回顾了有关短波辐射的研究成果,结合目前在陆面过程领域具有代表性的短波辐射研究方案,指出当前在这一领域研究中有待于解决的问题和发展趋势,为进一步研究太阳短波辐射状况和特征提供科学依据.     

利用多模传输理论求解块状云的辐射特征

实际云层在水平与垂直方向都是不均匀的,但为了便于计算,绝大多数关于云辐射的理论模式,都采用平面平行模式.到目前为止,解决三维空间辐射传输问题的方法仍然不多.一般采用统计方法和二流近似法,但这两种方法分别在计算机时和计算精度上受到限制.作者在三维多模传输理论与辐射传输计算程序软件包--DISORT的基础上,发展出计算三维孤立云块多次散射过程的一套程序(MM-DISORT),并由此初步探讨了云块的三维立体结构对云的短波吸收的影响.     

用GMS卫星资料研究我国东南部夏季短波云辐射强迫

利用中分辨率辐射计算模式（MODTRAN3）、站点的温压湿探空资料和美国标准大气的气溶胶、臭氧和微量气体参数，计算出无云情况下的地面总辐射，再与实测地面总辐射结合得出云对太阳的辐射强迫。同时利用GMS卫星资料反演出云辐射参数——反照率和亮温，分析了短波云辐射强迫和云辐射参数的关系，建立了两者的回归模式，用于估算地面资料缺少地区的短波云辐射强迫。     

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。     

AGCM中云的不均匀性作用的初步研究

利用ISCCP的云不均匀性资料,探讨了云不均匀性在AGCM中的作用,分别考查了不均匀云光学厚度的贡献、单次散射反照率和不对称因子的贡献,以及3个因子的总贡献.研究表明,考虑云不均匀性效应后,AGCM模拟的气候场有着较为明显的变化.由于不均匀云光学厚度对短波辐射场的贡献与不均匀云单次散射反照率和不对称因子这两个因子对短波辐射场的作用基本上是相反的,从而造成同时考虑3个因子作用时,云的不均匀性效应对辐射场的直接作用很小,但可通过云水场的改变来间接影响辐射场.研究清楚地显示了云-辐射相互作用的复杂性,云的全面正确处理对模式模拟能力的提高非常重要.       

Parameterization of the Absorption of the H_2O Continuum,CO_2,O_2,and Other Trace Gases in the Fu-Liou Solar Radiation Program

The absorption properties of the water vapor continuum and a number of weak bands for H2O, O2, CO2, CO, N2O, CH4, and O3 in the solar spectrum are incorporated into the Fu-Liou radiation parameterization program by using the correlated k-distribution method (CKD) for the sorting of absorption lines. The overlap absorption of the H2O lines and the H2O continuum (2500-14500 cm-1) are treated by taking the two gases as a single-mixture gas in transmittance calculations. Furthermore, in order to optimize the computation efforts, CO2 and CH4 in the spectral region 2850-5250 cm-1 are taken as a new single-mixture gas as well. For overlap involving other absorption lines in the Fu-Liou spectral bands, the authors adopt the multiplication rule for transmittance computations under which the absorption spectra for two gases are assumed to be uncorrelated. Compared to the line-by-line (LBL) computation, it is shown that the errors in fluxes introduced by these two approaches within the context of the CKD method are small and less than 0.48% for the H2O line and continuum in the 2500-14500 cm-1 solar spectral region, -1% for H2O (line) H2O (continuum) CO2 CH4 in the spectral region 2850-5250 cm-1, and -1.5% for H2O (line) H2O (continuum) O2 in the 7700-14500 cm-1 spectral region. Analysis also demonstrates that the multiplication rule over a spectral interval as wide as 6800 cm-1 can produce acceptable errors with a maximum percentage value of about 2% in reference to the LBL calculation. Addition of the preceding gases increases the absorption of solar radiation under all sky conditions. For clear sky, the increase in instantaneous solar absorption is about 9%-13% (~12 W m~2) among which the H2O continuum produces the largest increase, while the contributions from O2 and CO2 rank second and third, respectively. In cloudy sky, the addition of absorption amounts to about 6-9 W m-2. The new, improved program with the incorporation of the preceding gases produces a smaller solar absorption in clouds due to the reduced solar flux reaching the cloud top.     

北京地区太阳紫外辐射的观测与分析研究

利用北京地区太阳辐射和其它常规气象观测资料，得到了到达地面的太阳紫外辐射的计算公式，并将计算值与观测值进行了比较，两者吻合得比较好。最后给出了北京地区地面太阳紫外总辐射的变化趋势，计算结果表明，地面太阳紫外总辐射对大气浑浊度的变化比对大气臭氧总量的变化敏感得多。     

从全波段太阳直射辐射确定大气气溶胶光学厚度 I. 理论

本文提出了从全波段太阳直射辐射信息确定0.7μm波长大气柱气溶胶光学厚度的一种新方法。数值试验表明，对各类气溶胶谱分布，在水汽含量±0.2cm的误差、臭氧总量±0.1cm的误差、太阳直射辐射的±1%的观测误差以及太阳常数的±2%误差范围内，对小于0.1的0.7μm波长气溶胶光学厚度，它的解误差一般小于0.017，对大于0.1并小于0.6的光学厚度，它的解误差一般小于10%。     

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。     

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.     

乌鲁木齐市近30a太阳辐射变化及其成因初探

利用乌鲁木齐市气象站1976—2005年太阳辐射和气象观测资料,分析乌鲁木齐市太阳辐射的变化及其成因。结果是:1990年以前总辐射、直接辐射是减少的,以后是增加的;而散射辐射在1986年之前递增、之后递减。初步认定总云量的减少、低云量的增加以及相对湿度的缓慢下降对太阳辐射变化有重要影响;从太阳辐射变化间接得出:近30a乌鲁木齐市空气污染总体有所减轻。     

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     

CCM3/NCAR的辐射方案在IAP-AGCM模式中的应用

利用NCAR的CCM3 (The Community Climate Model version 3) 辐射模块, 对IAP9L－AGCM的辐射计算方案进行了替换, 并对改进的结果做了细致的评估。分析表明, 新版本的模式在大多数辐射场的空间平均和分布型的模拟上有了较为明显的改进, 特别是较好地克服了原模式中陆面净辐射场的偏差。在此基础上, 新版本计算的大气温度普遍升高。伴随这种变化, 模式中的海平面气压、 地表温度、 位势高度、 风场、 降水、 比湿等物理量都有了调整, 但是变化并不明显, 从而对模式的进一步发展和完善提出了新的要求。