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气象学报 2016年第4期74卷 598-612页

作者：章超王震杨军孙继明郜海阳崔生成中国气象局气溶胶-云-降水重点开放实验室南京信息工程大学大气物理学院南京210044 中国科学院大气物理研究所北京100029 中国科学院安徽光学精密机械研究所大气成分与光学重点实验室合肥230031

大气数值模式普遍采用一维辐射传输模型,无法表征有云大气中的三维辐射传输过程,从而影响数值模拟乃至数值天气预报的准确性。为评估这种不确定性,研究了水平云体间的三维辐射相互作用及其改变云体热力结构的规律,力求为改进数值模式辐... 详细信息

大气数值模式普遍采用一维辐射传输模型,无法表征有云大气中的三维辐射传输过程,从而影响数值模拟乃至数值天气预报的准确性。为评估这种不确定性,研究了水平云体间的三维辐射相互作用及其改变云体热力结构的规律,力求为改进数值模式辐射计算方案提供理论依据。选取I3RC PhaseⅡ的典型积云场和层积云场作为试验对象,将云场中心区域云体视为目标云体,周围云体为邻近云体,采用宽带三维辐射传输模式SHDOM模拟长波和短波辐射变温率的空间分布,定量阐明邻近云体对目标云体热力结构的影响。结果表明,邻云在长波区域对目标云体主要起辐射保温的作用,目标云体增温区域集中于邻云一侧的云体表面层,增温强度与云覆盖率和云间距离倒数成正比,最高可达3.08K/h,云体增温的厚度与目标云体液态水含量成反比;在短波区域,邻云同时起散射增温和遮蔽降温的作用,太阳垂直入射时,散射增温效应较弱,变温率空间差异小;当太阳天顶角增大后,遮蔽降温效应逐步起主导作用,造成目标云体被邻云遮挡一侧的表面层明显降温,峰值可达-1.72K/h,数值上甚至超过邻云长波增温效应。总之,邻近云体可以明显改变目标云体的变温率空间分布,引入三维邻云辐射效应对改进大气数值模式辐射计算方案具有重要意义。

关键词：三维云场辐射变温率长波辐射保温散射增温遮蔽降温

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有云大气三维辐射效应数值模拟研究

有云大气三维辐射效应数值模拟研究

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作者：章超南京信息工程大学

学位级别：硕士

大气数值模式普遍采用一维辐射传输模型,无法表征有云大气中的三维辐射传输过程,从而影响数值模拟乃至数值天气预报的准确性。为评估这种不确定性,本文采用宽带三维辐射传输模式SHDOM,以探究三维云辐射相互作用及其改变云热力和动力结... 详细信息

大气数值模式普遍采用一维辐射传输模型,无法表征有云大气中的三维辐射传输过程,从而影响数值模拟乃至数值天气预报的准确性。为评估这种不确定性,本文采用宽带三维辐射传输模式SHDOM,以探究三维云辐射相互作用及其改变云热力和动力结构规律为出发点,讨论一维和三维有云大气长短波辐射通量与变温率空间分布及其可能导致的云浮力方面影响,定量分析邻近云体对目标区域云体热力结构,力求为改进数值模式辐射计算方案提供理论依据。首先对比讨论一维与三维辐射传输辐射通量与变温率差异,分别将高阶散射扩散衰减、低阶散射辐射增强和低阶散射辐射减弱造成的三维云辐射特征分别归类为辐射逃逸效应、云边照明效应和云的阴影效应。为讨论三维辐射效应可能导致的云动力影响,本文选取淡积云场,利用变温率对云浮力的换算公式,初步讨论三维云辐射变温对云浮力可能造成的影响。结果表明,长波中,云边界浮力大小与云间距离成反比。当云体间水平距离较远时,云表面边界水平发射长波辐射导致自身降温,形成负浮力;当云体相邻时,云与云之间通过长波辐射能量交互,使云边界降温减缓,形成正浮力。对于短波情况,云浮力与太阳入射方向及三维云场性质有关。当太阳倾斜入射时,云体向阳处接受更多的短波辐射,造成辐射增温,形成正浮力。云体阴面受云体遮蔽短波辐射降温,形成下沉的负浮力。为分析云与云之间的三维辐射影响,选取I3RC Phase Ⅱ的典型积云和层积云场作为试验云场,将其中心区域视为目标云体,周围区域为邻近云体,模拟了长波和短波辐射变温率的空间分布,定量阐明邻近云体对目标云体热力结构的影响。结果表明：邻云在长波区域对目标云体主要起着辐射保温的作用,增温区域集中于靠近邻云的云体表面边界,增温强度与云覆盖率和云间距离倒数成正比,最高可达3.08K/h,增温的云体厚度与目标云体液态水含量成反比;在短波区域,邻云同时起着散射增温和遮蔽降温的作用,太阳垂直入射时,散射增温效应较弱,且空间局域性不强;当太阳天顶角增大后,遮蔽降温效应逐步起主导作用,造成邻云遮挡一侧的目标云体表面边界明显降温,峰值可达-1.72K/h,数值上甚至超过邻云长波增温效应。总之,邻近云体可以明显改变目标云体的局域变温率结构,引入三维邻云辐射效应对改进大气数值模式辐射计算方案具有重要意义。

关键词：三维有云大气三维辐射效应长波辐射保温散射增温遮蔽降温

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