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线翼截断方式对大气辐射计算的影响 总被引：2，自引：0，他引：2
在大气辐射传输计算方法中,有3种基本方法,即,逐线积分方法,k-分布方法和带模式方法。其中,逐线积分方法是最精确的计算大气透过率的方法,本文根据透过率计算方式的不同,将逐线积分方法分为追线积分法和追点积分法。由于逐线积分计算需要耗费大量的计算时间,在大气遥感和大气探测业务中使用时,必须减少计算成本,提高计算速度。本文在追线积分法的基础上,给出了简化的逐线积分的基本方法,在保证同样计算精度的同时,大大提高了计算速度。对在精确的和简化的逐线积分下,不同线翼截断方式(CUTOFF)对吸收系数、大气透过率和冷却率的影响进行了更详细的探讨。通过数值试验发现,对谱线线翼的截断方式是影响辐射计算精度和计算速度的重要因子。在不同压力下,用CUTOFF=2计算的吸收系数误差最大;对CUTOFF=1,在大多数取样点上误差都小于2%;对CUTOFF=3或4,对绝大多数取样点上计算的吸收系数误差都在5%以内,但所用的计算时间却明显减少。大气低层的透过率对不同的计算方法和不同的线翼截断方式不敏感;对大气高层,无论是对精确的还是简化的逐线积分方法,当CUTOFF=2时的透过率结果与其他线翼截断方式的结果差别较大。通过比较,本文给出线翼截断的优选方案。 相似文献
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散射辐射计算方法和气溶胶的气候效应 总被引：2，自引：3，他引：2
本文详细地介绍了大气散射辐射和辐射变温率的计算方法,并就气溶胶的概念、辐射特征以及气候效应进行了讨论。文中提出了求解辐射通量密度的迭代方法。本文是在各类数值模式中引入气溶胶气候效应的理论基础。 相似文献
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本文采用欧洲中心７层网格点逐月平均全球资料和同期美国ＫＷＢＣ的太平洋海温资料分析了１９８２年１月～１９８３年１２月ＥｌＮｉｎｏ期间和１９８８年１月￣１９８９年１２月ＬａＮｉｎａ期间大气加热场的特征。结果表明，海表温度异常时，海面向上输送的感热、潜热通量变化并不大，有时甚至出现和海温距平变化相反的趋势，而另一方面，各辐射量和凝结加热量变化却很重要。进一步本文又分别以多年平均的１２月、ＥｌＮｉｎｏ及ＬａＮｉｎａ强盛时的１９８２年１２月和１９８８年１２月的实测海温和实测大气资料为初值作了数值模拟，模拟的大气状况与真实大气状况一致。根据资料分析和数值模拟的结果，本文认为作大尺度中长期天气预报及研究海气相互作用时应充分考虑辐射收支和凝结加热量的变化。 相似文献
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利用红外辐射光谱反演大气CO2浓度的理论研究 总被引：1，自引：0，他引：1
依据最新的大气分子光谱数据集（HITRAN 2004）,利用逐线积分辐射传输模式,模拟计算了大气顶射出红外辐射光谱及其对大气CO2浓度变化的灵敏度,发现：大气CO24．3μm吸收带,特别是2241-2249cm^-1、2250-2258cm^-1、2259-2267cm^-1和2382—2390cm^-1波段射出的红外辐射,随CO2浓度的增加而显著降低,且很少受其他大气成分变化干扰,因此特别适于用来遥感探测大气CO2浓度的变化。根据最优非线性反演方法,反演获得了0-15km的大气CO2廓线,结果表明,利用上述4个通道的红外辐射值,可精确反演出自由对流层的CO2浓度变化。 相似文献
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In this paper, firstly, a simplified version （SGRTM） of the generalized layered radiative transfer model （GRTM） within the canopy, developed by us, is presented. It reduces the information requirement of inputted sky diffuse radiation, as well as of canopy morphology, and in turn saves computer resources. Results from the SGRTM agree perfectly with those of the GRTM. Secondly, by applying the linear superposition principle of the optics and by using the basic solutions of the GRTM for radiative transfer within the canopy under the condition of assumed zero soil reflectance, two sets of explicit analytical solutions of radiative transfer within the canopy with any soil reflectance magnitude are derived： one for incident diffuse, and the other for direct beam radiation. The explicit analytical solutions need two sets of basic solutions of canopy reflectance and transmittance under zero soil reflectance, run by the model for both diffuse and direct beam radiation. One set of basic solutions is the canopy reflectance αf （written as α1 for direct beam radiation） and transmittance βf （written as β1 for direction beam radiation） with zero soil reflectance for the downward radiation from above the canopy （i.e. sky）, and the other set is the canopy reflectance （αb） and transmittance βb for the upward radiation from below the canopy （i.e., ground）. Under the condition of the same plant architecture in the vertical layers, and the same leaf adaxial and abaxial optical properties in the canopies for the uniform diffuse radiation, the explicit solutions need only one set of basic solutions, because under this condition the two basic solutions are equal, i.e., αf = αb and βf = βb. Using the explicit analytical solutions, the fractions of any kind of incident solar radiation reflected from （defined as surface albedo, or canopy reflectance）, transmitted through （defined as canopy transmittance）, and absorbed by （defined as canopy absorptance） the canopy and other properties per 相似文献
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大气透过率的计算是红外辐射传输计算的核心,RTTOV（Radiative Transfer for TOVS）通过建立大气廓线中温度、水汽、臭氧和其他气体浓度等参数与卫星通道透过率的统计关系,可实现卫星通道透过率和大气顶辐射率的快速准确计算。但在一些复杂吸收波段,如水汽波段,RTTOV的计算误差较大。为提高RTTOV在水汽敏感波段的计算精度,利用机器学习中的梯度提升树（Gradient Boosting Tree,GBT）方法,选取从ECMWF（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts）的IFS-137（The Integrated Forecast System,137-level-profile）廓线集中挑选的1406条廓线和由此计算的透过率真值作为样本,选取风云三号气象卫星上搭载的红外分光计（InfraRed Atmospheric Sounder,IRAS）通道12（7.33 μm）进行个例研究,分别建立陆地和海洋晴空大气等压面至大气层顶透过率的快速计算模型（GBT模型）。通过和透过率、亮温真值的比较,验证了GBT模型。比较结果显示,GBT模型预测的透过率平均绝对误差（Mean Absolute Error,MAE）为:陆地0.0012,海洋0.0009;均方对数误差（Mean Squared Logarithmic Error,MSLE）为:陆地0.0215,海洋0.0095,均小于RTTOV直接计算的透过率的误差（陆地、海洋的MAE分别比RTTOV小0.0008和0.0010,MSLE分别比RTTOV小0.0135和0.0227）;由GBT模型计算的亮温MAE分别为:陆地0.0949 K,海洋0.0634 K,均方根误差（Root Mean Square Error,RMSE）分别为:陆地0.1352 K,海洋0.0831 K,也都小于RTTOV直接模拟的晴空亮温误差（陆地、海洋的MAE分别比RTTOV小0.1685 K和0.1466 K,RMSE分别比RTTOV小0.1794 K和0.1685 K）。本研究的结果表明,在IRAS红外水汽波段,GBT预测的透过率和亮温误差比RTTOV小。机器学习有提高水汽波段正演精度的潜力,或可为辐射传输的快速计算提供可行的替代方法。 相似文献
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多层四流球谐函数算法的构建及在大气辐射传输模式中的应用 总被引：1，自引：0，他引：1
为了在不大幅度增加计算成本的情况下提高大气辐射传输计算的精度,利用单层四流球谐函数结合多层二流累加法,构造了可用于多层大气的四流球谐函数算法。为了比较与其他辐射传输算法的差异,引入48流离散纵坐标算法作为比较标准,Eddington 近似、四流离散纵坐标算法作为比较对象。在真实大气廓线条件下,计算了晴空和有云大气顶向上辐射通量、地表向下辐射通量以及加热率廓线。得出以下结论：在晴空情况下,与作为标准的48流离散纵坐标法相比,Eddington 近似、四流离散纵坐标法和新构造的四流球谐函数方法加热率绝对误差都小于0?3 K／d;向上、向下辐射通量的相对误差分别小于1％和0?6％。这表明在晴空情况下,3种算法对加热率的计算精度差别不大;对辐射通量的计算精度,两种四流近似算法比传统的 Eddington 近似更为精确。在有云情况下,与48流离散纵坐标法相比,四流球谐函数和四流离散纵坐标法计算的云顶加热率相对误差小于1％,而 Eddington 近似计算的云顶加热率相对误差大于5％。结果表明：新构造的四流球谐函数算法可用于大气辐射传输模式,在不大幅度增加计算成本的同时,提高了晴空大气的整体辐射计算精度和有云大气辐射加热率的计算精度。 相似文献
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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。 相似文献
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复杂地形城市冬季边界层对气溶胶辐射效应的响应 总被引：9，自引：3，他引：6
作者着眼于城市气溶胶辐射效应与大气边界层的相互作用问题,针对地形复杂的兰州市及周边地区,开发应用了WRF(Weather Research and Forecasting,天气研究和预报)模式,使之与包含了大气气溶胶辐射效应和气溶胶粒子扩散的综合大气边界层数值模式嵌套起来.通过个例分析,揭示了冬季气溶胶辐射效应对边界层结构的定量影响.主要特征为夜间气溶胶的长波辐射效应使地面附近的气温增高,增温幅度为0.1～0.3 K/h,使低空(25～300 m)大气层冷却,降温幅度为0.08～0.15 K/h,风速在150 m以下减小;白天气溶胶的短波辐射效应使地面层内明显增温,1 h内升温约0.5 K,增温最大值在混合层顶500～600 m高度.受增温影响,垂直风场和水平风场随之调整,风速在450 m以下增大约0.1 m/s左右,而在450 m以上风速减小0.1 m/s左右. 相似文献
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The objective of the present work is to develop a general purpose, polarized, microwave radiative transfer forward model, including calculation of interaction parameters for fast, simultaneous and accurate generation of radiances, for use in a wide variety of atmospheric retrieval applications. This complete polarized model includes the generation of atmospheric profiles, calculation of the interaction parameters and the solution of the vector radiative transfer equations. In the present work, the doubling and adding method is used to calculate radiances. Mie theory is used for spherical particles to evaluate the polarized scattering matrix. Two types of sea surface models applicable for specular and diffuse surfaces respectively are implemented. The model has been validated against standard benchmark cases and experimental data available in literature. While the model is itself generic, parametric studies are performed to study the influence of the vertical structure of the atmosphere, for two polarizations and a set of frequencies to be used on the microwave imager aboard the proposed Indo-French climate research satellite MEGHA-TROPIQUES. 相似文献
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高分辨率同化系统中引入的高频率高密度观测信息会造成分析变量之间的不平衡,因而在模式积分中产生的虚假重力波会严重影响模式预报质量和运行稳定。为了抑制虚假重力波在模式中快速增长,文中通过在高分辨率GRAPES区域模式中应用非绝热数字滤波和增量数字滤波初始化方案,研究不同滤波截断周期的初始化方案对分析预报的影响。试验结果表明,不同初始化方案的分析预报效果依赖于截断周期,截断周期越长滤除的高频信息越多,对于3 km分辨率模式,30 min与15 min截断周期的初始化方案既滤除了高频噪音,也基本保留了有意义的分析信息。不同截断周期的数字滤波方案在GRAPES-MESO系统中对气象要素预报场的影响基本可忽略;而在GRAPES-RAFS系统中,初始化方案对分析和预报的影响会逐渐累积,15 min截断周期的初始化方案比2 h截断周期的初始化方案的风场预报和降水预报质量更优。 相似文献
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在模拟大气辐射传输过程、发展大气透过率模式及反演大气参数等许多应用中,大气状态廓线是重要的输入参数,为方便使用,建立具有一定代表性的样本数据库十分必要。目前,国际上有几十种各具特色的大气样本库,但包含中国区域的样本极少。为了弥补国际大气样本库中缺少中国区域大气廓线的不足,以中国区域2002年气象探空资料为基础,利用拓扑学方法建立了包含30条大气温度和湿度廓线的中国区域大气廓线样本库2。通过对所选样本的覆盖区域、观测时间、海拔高度、廓线垂直分布等特征分析,结果表明:该样本库具有样本时空分布均匀、样本独立性和气候代表性好等特点,符合大气样本库建立的基本原则,可为辐射传输研究和业务应用提供大气样本支持。 相似文献
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文章介绍了一种比较简单实用的地球大气的光谱透过率和到达大气层顶的红外辐射率的计算模型,光谱波长从4 μm到∞ μm,吸收气体H2O、CO2、O3的吸收计算采用Elsasser带模式及其经验参数,H2O的连续吸收公式是美国LOWTRAN-6计算程序的水汽连续吸收经验公式。透过率的计算结果与LOWTRAN计算结果相一致。以这种透过率简化模型为基础,建立了辐射传递正演计算模型,开发了相应软件,并用于卫星遥感射出长波辐射的资料处理中,取得了良好结果。 相似文献
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在MM5非静力稳定中尺度气象模式中引进了建立在δ-4流近似和相关-k分布基础上的对云水、雨水、冰晶和霰的辐射特性进行详细描述的辐射传输方案。新建立的辐射传输方案和MM5中原有的辐射传输方案在华南暴雨中的模拟结果相互比较，并与天气实况的对比表明:辐射在中尺度暴雨中起着重要的作用；辐射传输方案对云辐射特性描述的准确程度对于地面降水影响是明显的；不同的辐射传输方案对地面降水的影响存在较大的差异，并且这些差异在白天比在夜间明显；辐射传输过程对地面降水影响的差异主要表现在降水中心上，而对降水的地理分布改变很小；相对而言，不同的辐射传输方案之间对短波描述的差异对地面降水的影响明显，而对长波描述差异的影响不大；新辐射传输方案能够在一定程度上改进MM5对中尺度降水的模拟能力。 相似文献
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New solution techniques to improve the accuracy of quantitatively determining the atmospheric extinction coefficient and the backscattering-to-extinction ratio from lidar signals are developed. The integration method is proposed to analytically retrieve the extinction coefficient at ground level, which has the advantage of eliminating the effect of backscattering fluctuations on the inversion results.The ratio method, on the other hand, deals with the inversion of the vertical distribution of the extinction coefficient. The main idea of this method is to begin with a calculation of the transmittance by eliminating the backscattering through ratioing lidar signals at two elevations, and subsequently derive the extinction coefficient from the transmittance, thus avert from ambiguous results caused by inappropriate assumptions on the backscattering-to-extinction ratio. Observational investigations have demonstrated that the integration method is superior to the slope method in terms of accuracy and stability, and the ratio method is reasonable and feasible as well. 相似文献
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喷气式飞机在对流层上层的航空活动形成的尾迹云能够影响区域气候,对全球变暖有正的贡献。飞机尾迹云的辐射强迫与飞机尾迹云的区域覆盖率、物理特性以及光学特性密切相关。本文回顾了近几十年来线状尾迹云的相关研究进展,并分析总结了线状尾迹云的不同识别方法。首先讨论了欧美主流的尾迹云检测算法(Contrail Detection Algorithm,CDA)及其延伸算法,并总结了线状尾迹云在西欧、北美等地区覆盖率的季节和昼夜变化特点;接着讨论了以往多种线状尾迹云光学厚度的计算方案及其计算不确定性;最后分析了线状尾迹云的辐射强迫与覆盖率、光学厚度的关系,并指出目前飞机尾迹云相关研究存在的问题以及未来发展方向。 相似文献
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对流层气溶胶和云的大气辐射加热特征 总被引：5，自引：3，他引：5
本文利用建立的辐射模式研究了在一般天气和沙尘暴天气条件下,有云气溶胶大气的辐射加热特征。结果表明:在不同的天气条件下,云和气溶胶对大气的辐射加热的影响是不同的,它依赖于云的状况(云高、云厚和云内含水量)以及气溶胶浓度的大小、气溶胶的垂直分布和气溶胶的光学性质。 相似文献
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介绍并验证了一种快速、精确地计算Jacobian的解析方法(辐射传输方程的线性化,简称LR方法),将其结果与NAST-I真正的线性模式及数值方法(差分方法)的Jacobian值进行比较。结果表明,这种解析算法不仅快速、精确,而且独立于辐射传输方程,在有效Jacobian计算中只需要输入大气透过率,可适用于任何垂直探测器权重函数的计算。 相似文献