大气辐射传输模式的比较及其应用

论文摘要

大气辐射传输模式可以应用于气候研究和遥感研究领域。大气辐射传输模式的精度与输入的光谱资料,采用的辐射传输算法密切相关。本文对大气辐射传输模式进行了初步研究,包括将其应用到中国气象局的GRAPES全尺度模式以及NCAR的CAM3气候模式中。主要工作如下:1,利用逐线积分模式比较了HITRAN96、HITRAN2K和HITRAN04三个版本光谱数据对大气长波辐射计算的影响。得出HITRAN三个版本光谱数据计算的向上辐射通量的差异小于0.4 W/m2,向下辐射通量的差异小于1.6 W/m2,净辐射通量的差异小于1.6 W/m2,冷却率的差异小于0.16 K/day。2,分别比较了二流离散纵标法和Eddington近似在单层和实际大气中的差异。对于单层大气,Eddington近似在光学厚度大的时候比二流离散纵标法更精确一点;而二流离散纵标法在光学厚度小且太阳天顶角小于60度的时候更准确。对于真实大气,晴空时,两种二流近似方法都比较准确,加热率的误差小于0.4 K/day。可以认为二流近似的精度符合气候模式的要求。有云时,云的吸收误差可能高达12%,由于云顶加热影响到云的发展,云吸收的计算误差在很大程度上可能影响到气候模式的模拟结果,因此为了获得更为准确的云吸收的结果,在计算有云情况,需要使用四流或更高流数的近似方法。3,将新的短波辐射方案与GRAPES初步耦合,并作了初步的比较研究。在北美和大洋洲,新短波辐射方案在分布上更接近NCEP方案;在南极洲,两者与NCEP差异都比较大;在非洲和南美洲,两者与NCEP也有一定的差别;在欧洲,欧洲中心的方案要优于改进的短波辐射方案;在亚洲,特别是中国东部,两个方案从分布上来看都比NCEP再分析资料差很多。从东经120度的温度垂直剖面图的比较可以得出:400hpa以下,在南北纬30度到60度之间,欧洲中心方案的温度随纬度的变化幅度要明显大于NCEP再分析资料和改进的短波辐射方案;700 hpa以下,在南极,两个方案的结果与NCEP再分析资料的区别比较大;400 hpa以上,两种短波方案都能很好的模拟出100 hpa的冷中心,但是欧洲中心模拟的效果要稍好些;300 hpa以上,在北极,欧洲中心方案的结果也更加接近NCEP的再分析资料。4,将新的短波辐射方案与CAM3初步耦合,并作了初步的分析和比较。其中地表向下短波辐射通量、地表净短波辐射通量、大气顶净短波辐射通量、大气顶短波云辐射强迫、地表短波云辐射强迫、地表潜热在全球平均的意义下比CMA3模式中原短波辐射方案都有了改进。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 大气辐射传输模式的发展需求
• 1.2 辐射传输模式的流程和具体算法
• 1.3 国内外进展
• 1.4 本文内容及安排
• 1.5 本文的研究意义
• 第二章 不同高分辨率光谱数据对辐射传输的影响
• 2.1 引言
• 2.2 HITRAN 光谱数据的介绍
• 2.3 逐线积分模式计算长波辐射过程的介绍
• 2.4 HITRAN 光谱数据对长波辐射传输的影响
• 2.4.1 理论比较
• 2.4.2 不同版本光谱数据的差异
• 2.4.3 利用逐线积分模式比较通量和冷却率差异
• 2.5 本章小结
• 第三章 二流辐射传输算法的比较
• 3.1 引言
• 3.2 单层辐射传输算法的比较
• 3.2.1 离散纵标二流辐射传输方程的介绍
• 3.2.2 DELTA-EDDINGTON 辐射传输方程的介绍
• 3.2.3 不同二流辐射传输方程的比较
• 3.3 多层辐射传输算法的比较
• 3.3.1 多层情况的累加法
• 3.3.2 晴空条件
• 3.3.3 低云
• 3.3.4 中云
• 3.4 本章小结
• 第四章 新的短波辐射方案与GRAPES 的耦合
• 4.1 引言
• 4.2 效果验证
• 4.2.1 地表温度场
• 4.2.2 垂直温度场
• 4.3 本章小结
• 第五章 新短波辐射方案在CAM3 中的应用
• 5.1 引言
• 5.2 效果检验
• 第六章 总结与讨论
• 6.1 论文的主要研究结论
• 6.2 进一步可以做的工作
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历