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1.
本文首先构建了二流—四流球谐函数谱展开累加辐射传输的新方案,然后将其应用于国家气候中心第二代大气环流模式BCC_AGCM2.0.1的新版本中,并与模式中原有的Eddington累加方案进行了比较。由于新方案本质上是单层Eddington近似方案在四流上的推广。因此新方案在计算精度上要优于原方案。通过在全球气候模式中的应用与比较,本文发现新方案对气候模拟会产生比较大的影响。在晴空条件下,新方案计算的在南纬30°到60°区间、北大西洋东北部以及非洲北部的撒哈拉沙漠区域的地表向下年平均短波辐射通量要小于原方案结果,最大差别可以达到3.5 W/m2;同时,新方案计算的在南纬30°到60°区间和北大西洋东北部的大气顶向上年平均短波辐射通量要大于原方案结果,最大差别达到3 W/m2。在有云大气情况下,新方案计算的地表向下年平均短波辐射通量要小于原方案结果,并随着纬度的增加,新旧两种方案的差别逐渐变大,在南北极时达到最大5.5 W/m2;同时,新方案计算的在赤道区域的大气顶的年平均短波向上辐射通量要小于原方案结果,最大差别为2.5 W/m2,而在南北纬30°到60°区间,新方案计算的在大气顶的年平均短波向上辐射通量则要大于原方案结果,最大差别为1.5 W/m2。新方案计算的年平均短波加热率普遍高于原方案结果,特别是在800 hPa到地表之间的低层大气以及50 hPa到100 hPa的高层大气,最大差别可达0.03 K/d。因此,新方案有助于改善全球气候模式中普遍存在的赤道平流层中下层的温度冷偏差现象。 相似文献
2.
利用卫星和再分析数据,评估了区域气候模式Reg CM4对中国东部地区辐射收支的基本模拟能力,重点关注地表净短波(SNS)、地表净长波(SNL)、大气顶净短波(TNS)、大气顶净长波(TNL)4个辐射分量。结果表明:1)短波辐射的误差值在夏季较大,而长波辐射的误差值在冬季较大。但各辐射分量模拟误差的空间分布在冬、夏季都有较好的一致性。2)对于地表辐射通量,SNS表现为正偏差(向下净短波偏多),在各分量中误差最大,区域平均误差值近50 W/m2;SNL表现为负偏差(向上净长波偏多);对于大气顶辐射通量,TNS和TNL分别表现为"北负南正"的误差分布和整体正偏差。3)利用空间相关和散点线性回归方法对4个辐射分量的模拟误差进行归因分析,发现在云量、地表反照率、地表温度三个直接影响因子中,云量模拟误差的贡献最大,中国东部地区云量模拟显著偏少。 相似文献
3.
我们利用在中国西部黑河流域所进行的陆气相互作用实验的预试验期间地面和卫星观测资料，研究了在于旱地区地表辐射收支演算中所遇到的困难。通过理论辐射传输计算和用卫星资料对云的反演可以得到地表辐射。计算结果与地表测量的太阳辐射和红外辐射比较表明在有些情况下会发生较大的误差。误差主要是由于缺乏气溶胶资料．云反演时的不确定性以及地面观测与卫星测量之间的时间差异所引起。在无云情况下，模式计算的太阳辐射通量系统大于测量值，当地面温度大于50℃和由于不稳定边界层造成尘埃古量大时计算误差特别大，误差的原因是计算中没有考虑气溶胶．我们发现在下午当气溶胶单次散射反射率取为9．5．光学厚度近似地取为0．2时计算误差可以减小，计算的地面太阳辐射通量和实测值比较一致，然而在大气中太阳辐射如此强的吸收原因仍不清楚．对地面测量和卫星测量资料都可以用的个例研究结果表明，地表净太阳辐射通量和红外向下辐射通量的平均误差分别为4．3和-4.7W／m^2．相应的均方根误差分别为17．4和22．1W／m^2．较大的误差出现在云量较少时，这可能是反演中误把气溶胶当成了云所造成的．研究结果强调了气溶胶在地表辐射计算中的重要性。同时，由于该地区地表温度的日变化非常大，而地面红外辐射的计算，要求温度测量有较高的时间分辨率，因此在干旱地区地面辐射计算中，从卫星资料反演气溶胶和地面温度应予以最优先考虑． 相似文献
4.
利用WCRPCMIP3提供的18个全球气候模式输出结果, 检验了其对东亚地区地表短波辐射的模拟能力, 结果表明:多模式集合的多年平均地表短波辐射模拟偏高约8.7 W/m 2, 晴空地表短波辐射模拟偏高约3.4 W/m 2, 地表短波云辐射强迫模拟偏低约5.3 W/m2, 模式间的标准差分别达到9.6, 7.8 W/m2和8 W/ m2; 多模式集合能够很好地模拟出地表短波辐射的纬向平均季节变化的位相特征, 但在量值上还有较大的差距; 模拟偏差分析表明, 多模式集合的区域年平均地表短波辐射、晴空地表短波辐射、地表短波云辐射强迫的均方根偏差分别为34.7, 17.1 W/m 2和29.1 W/ m2, 表明云在地表短波辐射的模拟偏差中起着重要作用; 多模式集合能够很好地模拟出地表入射短波辐射年变化的线性减小趋势, 但模式高估了晴空入射辐射的减小趋势, 而模拟的云辐射强迫变化趋势与ERA 40完全相反。 相似文献
5.
辐射和积云对流过程对大气辐射通量的影响 总被引：4，自引：1，他引：3
基于中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室发展的全球大气环流谱模式(SAMIL-R42L26),研究了澳大利亚气象局研究中心(BMRC)新辐射方案和新Zhang-McFaflane积云对流方案对大气辐射通量模拟的影响.新辐射方案相比原辐射方案在辐射计算光谱分辨率、气体吸收和计算效率等方面作了很多改进,其对大气辐射通量的模拟能力相应提高.在晴空条件下,大气顶出射长波、大气吸收短波和地表入射短波等与观测的偏差较原辐射方案明显减小,尤其是在对流活跃区域.在云天条件下大气辐射通量与观测的偏差也较原辐射方案减小,但其偏差依然较大,这与模式中积云对流参数化方案模拟能力不足引起的辐射通量偏差有关.为此,换用了新Zhang-McFarlane积云对流方案,其结果表明,对流活跃区水汽含量显著增加,原对流方案中偏强的"双赤道辐合带"现象明显减弱,赤道辐合带地区的大气辐射通量偏差有明显减小,在海洋地区晴空大气顶出射长波和地表入射短波的量值及空间分布均接近观测结果,同时大气顶全球平均能量收支的年变化和观测结果趋于一致,其中模拟的伞球年平均大气顶能量收支和观测的偏差不到0.6 W/m2.试验结果同时表明,在未来研究中引入气溶胶分布、调整相关的云物理和陆面过程等物理参数化方案是进一步提高SAMIL-R42L26辐射通最模拟性能的关键. 相似文献
6.
从Himawari08卫星估算晴空地表长波辐射及其日变化特征初探 总被引：1，自引：0，他引：1
通过446183条全球晴空大气廓线的红外辐射传输模拟和统计回归,建立了由Himawari08成像仪通道遥测数据估算晴空地表上行、下行长波辐射通量的反演模式,模式应用于成像仪观测资料,处理出晴空地表上行、下行长波辐射通量实时产品,2016年2~6月的产品精度验证试验结果为:与相同时刻的AQUA卫星CERES仪器同类产品相比,地表上行通量均方根误差Re=7.9 W/m2,相关系数R=0.9399,地表下行通量Re=14.5 W/m2,R=0.9586;与由中国地面气象站地面气温和相对湿度观测经Brunt、Brutsaert经验公式计算的实时地表下行长波辐射通量相比,Re=15.34 W/m2,R=0.8786;与用陆表温度计算的地表上行长波辐射通量相比,Re=12.6 W/m2,R=0.9977。研究了2016年2、6月的晴空地表长波辐射产品,发现陆地晴空上、下行通量有着与太阳加热地表增温相应的明显日变化特征,峰值出现在12:00（当地时间,下同）至14:00,低谷出现在04:00至07:00,下行通量与上行通量几乎同步变化或约有延时,陆地上2个通量归一化的日变化指数类似一个半正弦曲线,而海面长波辐射通量则没有明显的日变化规律。 相似文献
7.
不同形状冰晶权重假定对冰云光学和辐射特性的影响 总被引：1，自引：0，他引：1
在BCC_RAD辐射传输模式和包含多形状冰晶粒子的冰云光学性质参数化方案的基础上,详细分析了不同冰晶粒子权重选取对冰云光学和辐射特性的影响。结果显示,不同形状冰晶粒子权重的选取对长波带平均消光系数、单次散射比、不对称因子和短波带平均不对称因子均有较大的影响。冰晶粒子权重选取对长波辐射通量有很大影响:对长波向下辐射通量,权重选择不同可在云底处造成高达10.50 W/m2的差别;对长波向上辐射通量,权重选择不同可在云顶处造成高达15.05 W/m2的差别。冰晶粒子权重选择对短波辐射通量也存在较大影响:对短波向下辐射通量,权重选择不同可在云底处造成高达12.48 W/m2的差别;对短波向上辐射通量,权重选择不同可在云顶处造成高达10.23 W/m2的差别。冰晶粒子权重选择对长波加热率影响较大,在云顶处和云底处分别可达1.31和-2.06 K/d。研究表明,不同形状冰晶粒子权重的选取对冰云光学性质和辐射计算均有较大的影响,在长波区间尤其明显。 相似文献
8.
《干旱气象》2016,(5)
沙尘气溶胶对辐射有显著影响,利用耦合了Shao2004起沙参数化方案的WRF/Chem(大气/化学全耦合模式),模拟分析了沙尘天气过程中沙尘气溶胶对辐射的影响。结果发现沙尘气溶胶可以导致地面向下的短波辐射通量减小42.51%,平均减小-3.30~-49.46 W·m~(-2),最大可达-162.67 W·m~(-2);沙尘气溶胶可以通过自身向外发射长波辐射,导致地面向下的长波辐射通量增大,地面向下的长波辐射通量平均增加为17.49~50.49 W·m~(-2),最大可达99.17 W·m~(-2)。当PM10浓度为10~20 mg·m-3,沙尘气溶胶能够减小地面向下的长波辐射通量,即沙尘气溶胶在该地区对大气具有"保温"作用;白天沙尘气溶胶主要增加大气层顶向上的长波辐射通量,夜间则减少大气层顶向上的长波辐射通量,大气层顶向外的长波辐射通量平均变化为-25.29~28.83 W·m~(-2),最大可达87.22 W·m~(-2)。 相似文献
9.
沙尘气溶胶辐射强迫全球分布的模拟研究 总被引：7，自引：2，他引：5
为了定景了解沙尘气溶胶对气候的影响,文中利用一个改进的辐射传输模式,结合伞球气溶胶数据集(G-ADS),计算了晴空条件下,冬夏两季沙尘气溶胶的直接辐射强迫在对流层顶和地面的全球分布,并讨论了云对沙尘气溶胶辐射强迫的影响.计算结果表明,对北半球冬季和夏季而言,在对流层顶沙尘气溶胶的全球短波辐射强迫的平均值分别为-0.477和-0.501 W/m2;长波辐射强迫分别为0.11和0.085 W/m2;全球平均短波地面辐射强迫冬夏两季分别为-1.362和-1.559 W/m2;长波辐射强迫分别为0.274和0.23 W/m2.沙尘气溶胶在对流层顶和地面的负辐射强迫的绝对值郁随太阳天顶角的余弦和地表反照率的增加而增大;地表反照率对沙尘气溶胶辐射强迫的强度和分布都有重要影响.研究指出:云对沙尘气溶胶的直接辐射强迫的影响不仅取决于云量,而且取决于云的高度和云水路径,以及地面反照率和太阳高度角等综合因素.中云和低云对沙尘气溶胶在对流层顶的短波辐射强迫的影响比高云明显.云的存在都使对流层顶长波辐射强迫减少,其中低云的影响最为明显.因此,在估算沙尘气溶胶总的直接辐射强迫时,云的贡献不可忽视. 相似文献
10.
两种反演地表净太阳辐射的参数化模式在北京地区的比较 总被引：1，自引：0，他引：1
地表净太阳辐射(NSSR)在地表辐射平衡、地-气能量交换、天气预报、气候变化和太阳能利用等研究方面具有重要的作用.利用卫星遥感技术能在广大的空间区域内快速地获取地表净太阳辐射的分布情况,特别是在无人观测的极地和海洋区域.本文基于CERES/SSF卫星数据,分别采用两种地表净太阳辐射(NSSR)的卫星反演参数化模式--Li模式与Masuda模式计算了北京市上甸子地区2005年1、4、7和10月的NSSR,并将反演结果与上甸子大气本底站的实测结果进行了对比分析,并对两种模式进行了修正以更好地反演北京地区的地表净太阳辐射.结果显示:Li模式和Masuda模式反演结果与实测结果间的平均绝对误差在晴空条件下分别为62.2和50.8W/m2,在云天条件下分别为82.1和71.8 W/m2;Li模式相对于Masuda模式具有偏大的趋势,在晴天和云天条件下两者的平均绝对偏差分别为11.5和10.2 W/m2;对Li模式和Masuda模式进行线性拟合回归后能有效减小反演过程中的系统性偏差,修改后的Li模式和Masuda模式在所有天空状况下反演的月平均NSSR值与观测值问的平均绝对误差分别为-1.8和-3.4 W/m2,均方根误差分别为19.6和26.0 W/m2. 相似文献
11.
Asgeir Sorteberg Vladimir Kattsov John E. Walsh Tatyana Pavlova 《Climate Dynamics》2007,29(2-3):131-156
Ensembles of simulations of the twentieth- and twentyfirst-century climate, performed with 20 coupled models for the Intergovernmental
Panel on Climate Change (IPCC) Fourth Assessment, provide the basis for an evaluation of the Arctic (70°–90°N) surface energy
budget. While the various observational sources used for validation contain differences among themselves, some model biases
and across-model differences emerge. For all energy budget components in the twentieth-century simulations (the 20C3M simulation),
the across-model variance and the differences from observational estimates are largest in the marginal ice zone (Barents,
Kara, Chukchi Seas). Both downward and upward longwave radiation at the surface are underestimated in winter by many models,
and the ensenmble mean annual net surface energy loss by longwave radiation is 35 W/m2, which is less than for the NCEP and ERA40 reanalyses but in line with some of the satellite estimates. Incoming solar radiation
is overestimated by the models in spring and underestimated in summer and autumn. The ensemble mean annual net surface energy
gain by shortwave radiation is 39 W/m2, which is slightly less than for the observational based estimates, In the twentyfirst-century simulations driven by the
SRES A2 scenario, increased concentrations of greenhouse gasses increase (average for 2080–2100 minus average for 1980–2000
averages) the annual average ensemble mean downward longwave radiation by 30.1 W/m2. This was partly counteracted by a 10.7 W/m2 reduction in downward shortwave radiation. Enhanced sea ice melt and increased surface temperatures increase the annual surface
upward longwave radiation by 27.1 W/m2 and reduce the upward shortwave radiation by 13.2 W/m2, giving an annual net (shortwave plus longwave) surface radiation increase of 5.8 W/m2 , with the maximum changes in summer. The increase in net surface radiation is largely offset by an increased energy loss
of 4.4 W/m2 by the turbulent fluxes. 相似文献
12.
利用东南极高原熊猫-1自动气象站2011年2月—2012年1月观测的辐射资料和相关资料,对辐射分量和辐射平衡的季节变化进行了研究。结果表明,夏季是东南极高原获得太阳能的主要时段,总辐射通量夏季平均为365.0 W/m2,总量达到2752.1 MJ/m2,占全年总辐射量的58%。各个季节均能出现总辐射瞬时值大于大气顶水平总辐射,春季发生频率最高,冬季最小,总辐射平均日变化呈单峰型。大气长波辐射除夏季外,日变化不明显。冰雪面长波辐射除冬季外,各季节平均日变化呈明显的单峰单谷型。净辐射12月和1月为很小的正值,其他月份为负值。年平均净辐射为 -8.7 W/m2,表明地表相对于大气为冷源。该站的辐射平衡特征与其他南极内陆高原站相似,雪面具有强烈的辐射冷却效应,导致净辐射绝对值都小于下降风区。 相似文献
13.
In this study,the clear sky hourly global and net solar irradiances at the surface determined using SUNFLUX,a simple parameterization scheme,for three stations(Gaize,Naqu,and Lhasa) on the Tibetan Plateau were evaluated against observation data.Our modeled results agree well with observations.The correlation coefficients between modeled and observed values were > 0.99 for all three stations.The relative error of modeled results,in average was < 7%,and the root-mean-square variance was < 27 W m 2.The solar irradiances in the radiation model were slightly overestimated compared with observation data;there were at least two likely causes.First,the radiative effects of aerosols were not included in the radiation model.Second,solar irradiances determined by thermopile pyranometers include a thermal offset error that causes solar radiation to be slightly underestimated.The solar radiation absorbed by the ozone and water vapor was estimated.The results show that monthly mean solar radiation absorbed by the ozone is < 2% of the global solar radiation(< 14 W m 2).Solar radiation absorbed by water vapor is stronger in summer than in winter.The maximum amount of monthly mean solar radiation absorbed by water vapor can be up to 13% of the global solar radiation(95 W m 2).This indicates that water vapor measurements with high precision are very important for precise determination of solar radiation. 相似文献
14.
Parameterisation of incoming longwave radiation over glacier surfaces in the semiarid Andes of Chile
Shelley MacDonell Lindsey Nicholson Christophe Kinnard 《Theoretical and Applied Climatology》2013,111(3-4):513-528
A good understanding of radiation fluxes is important for calculating energy, and hence, mass exchange at glacier surfaces. This study evaluates incoming longwave radiation measured at two nearby glacier stations in the high Andes of the Norte Chico region of Chile. These data are the first published records of atmospheric longwave radiation measurements in this region. Nine previously published optimised parameterisations for clear sky emissivity all produced results with a root mean square error (RMSE) ~20 W?m?2 and bias within ±5 W m?2, which is inline with findings from other regions. Six optimised parameterisations for incoming longwave in all sky conditions were trialled for application to this site, five of which performed comparably well with RMSE on daytime data <18 W?m?2 and bias within ±6 W?m?2 when applied to the optimisation site and RMSE <20 W?m?2 and bias within ±10 W m?2 when applied to the validation site. The parameterisation proposed by Mölg et al. (J Glaciol 55:292-302, 2009) was selected for use in this region. Incorporating the proposed elevation modification into the equation reduced the bias in the modelled incoming longwave radiation for the validation site. It was found that applying the parameterisation optimised in the original work at Kilimanjaro produced good results at both the primary and validation site in this study, suggesting that this formulation may be robust for different high mountain regions. 相似文献
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Toby R. Marthews Yadvinder Malhi Hiroki Iwata 《Theoretical and Applied Climatology》2012,107(3-4):461-477
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. 相似文献
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从FY-4静止气象卫星估算晴空地表下行长波辐射通量的反演模式 总被引：4，自引：1，他引：3
通过红外辐射传输模拟,计算了446183条全球晴空大气廓线的地表下行长波辐射通量以及FY-4成像仪通道亮温,应用统计回归分析模拟结果,建立了通道亮温与低层大气有效辐射温度的回归关系、大气柱总可降水量与低层大气比辐射率的回归关系,依据黑体辐射定律建立了由卫星观测估算地表下行长波辐射通量的反演模式。初步地,模式应用于FY-4成像仪代理资料Meteosat-8卫星的SEVIRI（Spring Enhanced Visible and Infared Imager）仪器观测数据,估算了2006年8月1日00:00（协调世界时,下同）、06:00、12:00、18:00地理范围在（45°S～45°N,45°W～45°E）的地表下行长波辐射通量,结果与用ECMWF 6 h预报场资料经验计算的通量相比,系统均方根误差（RMS）依次为12.1、13.0、20.7、12.5 W/m2,相关系数分别为0.9256、0.9291、0.9042、0.9325,相比于GOES-R同类产品（RMS=13.7 W/m2）,这一直接把卫星通道亮温与低层大气温度相联系的反演模式,其精度性能达到了应用研究对其反演产品的质量要求。 相似文献
17.
This paper describes and tests two models for estimating net radiation(or the radiation balance)on sloping surfacesof alpine environments.They are an empirical method based on the linear relationship between net radiation and globalsolar radiation and a flux-by-flux method involving the estimation of all the individual components of radiation budgetindependently.The results show that the empirical method is capable of predicting hourly net radiation on sloping sur-faces to within about±53 W m~(-2) under all sky conditions.During clear sky conditions,it could predict net radiation onslopes to within±58 W m~(-2) or 16% of the measured values.The flux-by-flux method,although it did not perform aswell as the empirical method,performed adequately and could give estimates of net radiation on slopes with root meansquare error of less than 74 W m~(-2)(20%)and a mean bias error of 27 W m~(-2)(7%). 相似文献