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本文用分离坐标法求解辐射通过卷云的传输,该卷云由在水平面内随机取向的非球形冰晶所组成,即“二维卷云模式”。文中用零阶和二阶Legendre多项式的展开式来近似表示由于冰粒子水平取向所引起的散射参数随入射角的变化。散射相函数由解析的Henyey-Greenstein函数表示,其不对称因子也与入射天顶角有关。文中用这种模式计算了太阳短波以及地球红外热辐射通过卷云时的辐射通量传输性质以及方位平均强度的分布。将上述二维模式的计算结果与通常的三维模式(即假定冰粒子在三维空间随机分布)相比较,表明冰晶的优先取向对卷云的反照率有重要影响,两种模式的反照率可以相差8％。另一方面,对于红外辐射而言,两个模式的向上辐射强度有显著的差别,但是冰晶的取向状况对红外辐射通量影响较小。上述结果表明,冰晶的优势取向可能是决定卷云反照率的一个重要因子,同时它对于利用红外辐射探测卷云的组成和结构来说有重要的影响。 相似文献
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六角柱冰晶是卷云中粒子的基本形态。本文着重讨论了利用作者已发展的模式,对有吸收的红外波段冰晶的散射矩阵的计算结果。对比了可见光的计算结果,也对比了长六角柱、扁六角柱以及球状、旋转椭球状冰晶的散射。发现吸收的影响主要造成冰晶的侧向和后侧向散射能量减小以及因折射和多次内反射引起的晕峰和“雨虹峰值”减弱。不同形状冰晶的散射函数虽然总的情况颇一致,但与六角柱冰晶相比,球状冰晶的侧向散射较弱,而椭球状冰晶则表现出后向和后侧向散射较弱。这些特征无疑地都将影响激光探测卷云和光传输过程。 相似文献
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利用我国自己研制的W波段云雷达地基探测资料,分析了合肥一次小雨云系的微物理过程,然后利用两个不同地区的地基及机载探测资料,初步反演了水云及卷云的微物理参数。结果表明:(1)回波强度增大,多普勒速度、线性退极化比(LDR)、谱宽激增的地方为融化层顶,根据LDR亮带可初步判定融化层的厚度;(2)利用经验关系法,对卷云冰水含量和水云的液态水含量进行了反演,利用推导的公式反演得到冰晶云云粒子的有效半径;(3)利用逐库订正法对水云的回波强度进行订正,得到了衰减订正后的液态水含量,减小了反演误差。 相似文献
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本文建立了两线面对称、滞弹、非静力平衡,包含有水汽、云水、云冰、雪晶和霰五种水元间各种微物理过程的卷云模式。运用该模式对卷云对流胞的典型环境作无切变和有4×10~(-3)s~(-1)的风切变两种情况模拟表明,风切变环境下的对流较弱,但最大上升气流仍达2.71m/s。无风切变环境下卷云对流易于向两边传播,而当存在强风切变作用时,对流向上风方传播。模拟卷云的宏、微观结构及其演变特点与国外飞机穿云、卫星和地面遥感等观测结果十分一致。模拟表明卷云对流的下沉气流及下落冰粒子的蒸发冷却激发出的新的上升气流是卷云多核心结构和对流卷云向层状卷云演变的重要机制;卷云中过饱和度对冰晶核化的依赖和抑制是卷云冰晶浓度远低于FLETCHER浓度的一个主要原因。 相似文献
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在凝华增长过程中,冰晶的形状随着温度和湿度的改变而改变,准确模拟冰晶粒子的演变对于提高云模式的模拟能力起着非常重要的作用。在现有的云模式中,冰晶形状通常假设为球形,而在实际大气中,冰晶形状十分复杂。本研究中,我们根据冰晶凝华增长理论模型建立了一个单个冰晶粒子增长模型,模拟了温度分别为-1℃~-30℃时,单个典型非球形冰晶粒子的凝华增长过程。与风洞观测数据相对比,该模型能够抓住单个冰晶粒子的轴长,质量以及纵横比随温度和湿度的变化过程。我们进一步将该理论增长模型应用到群粒子的凝华增长过程的模拟。我们釆用欧拉二维正定平流输送法(MPDATA)模拟了典型非球形冰晶群粒子的凝华增长,并对比分析了在不同纵横比分辨率下的模拟效果以及温度变化对冰晶形状的影响,结果表明运用该数值方法可以合理地模拟出群粒子在凝华增长过程中纵横比的演变。与目前采用的拉格朗日-欧拉混合平流算法比较,该算法能够耦合到欧拉动力框架下的分档云模式中去,这对我们研究冰晶粒子形状对云微物理过程和动力过程的影响,以及它们对冰粒子凝华增长的反馈作用具有非常重要的科学意义。 相似文献
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利用离散偶极子近似法(DDA),研究了等效半径Re在0.8 mm范围内的柱状和片状冰晶在不同空间取向、温度和尺度比时,对94 GHz雷达发射的水平偏振波产生的后向散射,并讨论了等效雷达反射率因子Ze随粒子谱中值直径及冰水含量的变化。结果表明,温度对后向散射效率的影响较低,空间取向对后向散射效率的影响与粒子大小和形状有关。当雷达波垂直指向天顶,在冰晶粒子等效半径Re0.8 mm时,水平取向冰晶的后向散射效率比随机取向大,粒子越偏离球形,差别基本上越大;在同一取向时,粒子越偏离球形,后向散射效率基本上越大。在一定冰水含量下,取向、形状和冰晶谱的形状参数对Ze的影响和粒子谱中值直径有关;对于垂直指向的雷达,如果将六角形冰晶等效为等体积球形冰晶,当粒子较大(0.4 mmRe0.8 mm)时,其Ze将被低估。 相似文献
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该文对卷云和高层云分别构造了15种冰晶尺度分布，3种云高和云厚，总共30种冰水含量、90种冰水程长模式。对尺度小于与大于30 μm的冰晶粒子的单次散射特性分别用表面积等效冰球Mie理论和射线光学理论进行计算。采用delta-Eddington法计算了在4种不同地面反射率下冰云的多重散射辐射传输特性，提出了冰云辐射特性的参数化公式，指出参数化公式可以用于气候模式或大气环流模式。 相似文献
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本文利用射线跟踪法对冰晶粒子散射、吸收进行了研究。从理论上对一些常见的近似处理方法进行了讨论，计算了长为300μm，半径为30μm的六棱柱状冰晶粒子在不同波段的光散射相函数以及在波长2.2μm时，五种不同大小冰晶粒子的单次散射反照率。结果表明，即使在有吸收情况下，Snell公式和Lambert公式仍是近似成立的，而吸收效应对散射相函数有明显影响。 相似文献
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利用2008年9月—2016年8月的CloudSat卫星资料对发生在我国低纬度陆地区域(5°~36.5°N,78°~124°E)的卷云物理特征进行统计分析,并分别讨论东部沿海、中部、西部3个子区域的卷云物理特征的季节变化。结果表明:卷云的整层发生率西部地区整体低于中部与东部沿海地区。3个子区域整层发生率均在夏季最高、冬季最低。卷云的主要发生高度在5.04~18.71 km,垂直分布中卷云发生率的最大值出现在春季中部地区,为15.34%,高度为9.83 km。冰水路径最大值出现在夏季的东部沿海,液水路径最大值在秋季的西部地区。冰水含量、冰粒数浓度、冰粒有效半径的主要分布高度与卷云的发生高度一致,液水含量、液滴数浓度、液滴有效半径的主要分布高度在5.04~9.35 km。3个子区域卷云冰水含量、冰粒数浓度、冰粒有效半径垂直分布中大多集中在中上部;液水含量垂直分布主要集中在分布高度的中下部。四季卷云雷达反射率因子的最大值在-19.89~-16.78 dBZ,分布高度在7.19~10.55 km。 相似文献
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Summary Remotely sensed scanning radiometer and lidar data on cirrus clouds were obtained during the cirrus FIRE IFO experiment in November 1986 from the ER-2 aircraft plat-form.Data were examined particularly on 2 November for an area in the vicinity of Wausau, Wisconsin where unusual effects were noticed in bispectral histograms from various channels in the scanner data.After calibration of the data in spectral channels of both the Scan Cloud Radiometer (SCR) and Multichannel Cloud Radiometer (MCR) instruments, including direct comparison between compatible channels in the two instruments, it was found that the 0.856 µm SCR channel gave good data, whereas the 0.665 µm and 0.74 µm SCR channels gave large offsets, when compared with the MCR 0.754 µm data. The latter channel was found to compare well in a second comparison with coincident AVHRR channel satellite data. Similarly, the SCR 11.17 µm data gave consistent results and the SCR 3.74 µm data were carefully calibrated.Bispectral histograms formed between 0.856 µm, 3.74 µm and 11.17 µm SCR channel data indicated that some coherent layers of cirrus clouds were giving enhanced solar reflectance at 3.74 µm, indicative of small (~ <25 µm radius) particles, whereas other neighbouring layers gave little reflectance.A comparison of 0.856 µm reflections with 11.17 µm absorption optical depth indicated that the small particles where probably ice crystals. A comparison of 3.74 µm solar albedo and 11.17 µm absorption optical depths of these layers with theoretical calculations for ice spheres indicated a mode radius of about 8 µm for the cloud particle size distribution. An estimate from similar recent calculations on hexagonal ice crystals indicated that the retrieved effective radius would be increased to 25 µm. The difference between the two retrieved radii was a measure of the uncertainty in the retrievals, considering also differences in the assumed size distributions.Qualitative comparison with ER-2 lidar data gave a tentative identification of the reflecting layers.The results demonstrate the power of the 3.74 µm channel for identification of small-particle layers in cirrus.With 9 Figures 相似文献
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Summary Crystal size and optical depth of optically thin cirrus clouds and contrails over the North Sea and Adriatic Sea on the 18th of October 1989 are retrieved by comparison of NOAA AVHRR/2 brightness temperatures of channel 4 (9.97 µm–11.56 µm) and channel 5 (11.075 µm–12.76 µm) with one dimensional radiative transfer calculations. Measured brightness temperatures in all three infrared channels and their differences show higher values for contrails than for cirrus. The radiative properties of young contrails are consistent only, if smaller crystal size than those given for natural cirrus are adopted for the calculations. However, there is a continuous transition in radiative parameters between clouds classified as natural cirrus or contrails. For the test areas ice clouds are classified with respect to optical depth and mean crystal size. Finally infrared fluxes and heating rates in the spectral range 4 µm–40 µm are calculated for an atmosphere with a 500 m thick contrail or cirrus uncinus. At given ice content a far stronger atmospheric warming is found for a contrail with relatively small ice crystals: up to 80 K/day at cloud base for an ice content of 0.05 gm–3 compared to 10 K/day for a cirrus uncinus with large crystals.With 11 Figures 相似文献
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Characterization of cloud microphysical properties in different cloud types over East Asia based on CloudSat/CALIPSO satellite products 
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下载免费PDF全文 利用CloudSat/CALIPSO卫星资料,本文揭示了东亚三个代表性区域的云微物理属性,为评估和改进模式云微物理过程提供重要的观测基础.研究的云微物理量包括云水/冰质量,数浓度和有效半径.研究表明:暖云中云水质量和数浓度随高度增加而减小,有效半径处于8-14μm范围.对于冰云,云冰质量和有效半径随高度增加而减小,而数浓度在垂直方向上变化不大.此外,云微物理属性在不同云型之间存在显著差异:积云的云水质量和数浓度最大,而卷云的云水质量和数浓度最小.从三个区域的对比结果来看,相比于华东和西北太平洋地区,青藏高原地区暖云的云水质量和数浓度较小,而冰云的则较大. 相似文献
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热带深对流云砧数值模拟及云凝结核数浓度对其影响的初步试验 总被引：2，自引：6，他引：2
利用中国科学院大气物理研究所发展的三维强风暴模式，对Egrett Microphysics Experiment with Radiation Lidar and Dynamics（EMERALD）试验期间的一次长寿命热带深对流个例进行对流产生、发展、消亡过程以及云砧的数值模拟，并与实测资料［包括C波段双线偏振雷达图像资料、机载云粒子成像仪（CPI）探测的云砧卷云微物理特性以及激光雷达探测的云砧宏观特性资料］进行了细致的对比，然后通过改变模式中最大云滴数浓度进行有关云凝结核数浓度影响云砧卷云冰晶含水量和数浓度的敏感性试验。模式较好地模拟出系统的一些重要宏观特征，如爆发性增长阶段、各高度雷达水平反射率因子的最大值、对流云主体移动方向、云砧底部和顶部高度。对云砧冰相粒子含水量、数浓度以及平均直径等微观特征的模拟结果与实测也比较接近。对于本文个例而言，异质核化为冰晶形成的最主要方式，其次为过冷云滴的均质核化。敏感性试验结果表明:当云凝结核数浓度增加时，爆发性增长阶段的垂直速度减小，使得对流云从中低层向高层的水物质输送量减少，从而使云砧卷云冰晶的数量减少。 相似文献
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Transfer of radiation through cirrus consisting of non-sphericalice crystals randomly oriented in a plane (2D model) is solved by using the discrete-ordinates method. The model is employed to determine the radiative flux properties and the intensity distribution of cirrus for both solar and thermal infrared ra-diation. Comparison of the 2D cloud model with the conventional 3D cloud model, i.e., randomly oriented in a three- dimensional space, shows that the preferential orientation of ice crystals has a substantial effect on the cloud solar albedo. The difference in the cloud albedo computed from the two models can be as large as 8% for a cirrus of 2 km thickness. On the thermal infrared side, although the flux emission for cirrus is less affected by the orientation of ice crystals, the difference in the upward radiance using 2D and 3D models is also significant. 相似文献
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The potential effects of ice microphysics involving ice crystal size distribution and ice water path (IWP) on climatic temperature perturbations are investigated by using a one-dimensional radiative-turbulent climate model. We define a mean effective size, denoting the width of ice crystals weighted by the geometric cross section area, to represent ice crystal size distribution. Based on aircraft measurements, both the mean effective size and IWP are related to temperature and may be parameterized as functions of temperature. The radiative properties of cirrus clouds are further parameterized in terms of these two basic cloud physics parameters. Using CO2 doubling as the radiative forcing, feedbacks among temperature, the mean effective size and IWP, and the radiative properties of clouds are analyzed from the model results. We show that overall, a positive feedback associated with ice microphysics and the coupled radiative transfer is produced by temperature increase. 相似文献
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利用2013～2016年的Aqua MODIS卫星和CloudSat卫星的二级产品资料,对发生在京津冀地区夏季的降水冰云和非降水冰云进行了统计。基于此,对比分析了两类冰云的云类型,研究了二者在云特征参数、云层数及垂直结构上的差异,并且探究了二者在不同通道下云特征参数的相对大小。结果表明:1）京津冀地区的降水冰云以深对流云和雨层云为主,分别占48.63%和34.65%,而非降水冰云以高层云和卷云为主,分别占55.62%和31.58%。2）降水冰云和非降水冰云的平均云顶温度、云顶高度、光学厚度、积分云水总量、有效粒子半径分别为230.99 K、10.90 km、53.26、937.98 g/m2、31.45
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本文简要地讨论了冰的结构及其光学特性,并应用经典的极化理论研究了冰的光学常数与频谱和温度的关系,计算了从紫外到中红外谱区、在地球大气温度范围内冰的光学常数。对计算结果的分析表明,在高空卷云的散射和辐射传输的理论计算中,温度对云中冰晶光学常数的影响必须考虑。 相似文献
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The rare occurrence of te halos produced by cirrus ice crystals in nature has been investigated by modelling the incident solar (visible) light scattering angular distribution using the Monte Carlo/ray tracing method.The results show that the irregular shapes of ice crystals and large population of small ice particles in cirrus are responsible forthe rare occurrence of halos. 相似文献