中国沙漠沙尘气溶胶对沙漠源区及北太平洋地区大气辐射加热的影响

针对2001年春季中国沙漠和北太平洋上空沙尘气溶胶的空间分布情况,利用辐射传输模式,分别计算了沙尘气溶胶对沙漠和海洋大气的辐射加热（冷却）率,并讨论了低云、中云、高云对辐射加热率的影响。结果表明:春季,位于中国沙漠和太平洋上空的沙尘层对大气具有明显的加热作用。当沙漠上空光学厚度为1.0,海洋上空光学厚度为0.3时,取春季平均太阳高度角,沙尘层对应的净辐射加热率分别为2.8 K/d和0.4 K/d。由于WMO推荐的沙尘模型比东亚沙尘模型对太阳辐射吸收强,采用该模型计算得到的中国沙漠和海洋上空的加热率比采用东亚沙尘模型分别高1.5 K/d和0.2 K/d。沙尘对大气的加热率很大程度上依赖于沙尘的大气载荷。这种依赖性首先受太阳高度角的影响, 其次也受地表反照率的影响。云对沙尘层辐射加热（冷却）率的影响与云的高度和厚度有关。低云能够加热沙漠和海洋上空的沙尘大气,冷却地面和洋面。中、高云冷却沙漠上空的沙尘层。在海洋上空,中云对云层以上的沙尘层有加热作用,对云层以下的沙尘层有冷却作用。高云对海洋上空沙尘层的辐射加热（冷却）率的影响比较小,加热还是冷却,取决于云的厚度,当云层较薄时,加热沙尘层,而当云层较厚的时候,有可能冷却沙尘层。     

云对云中大气臭氧影响因子的分析

应用一个较详细的气相光化学和液相化学耦合的箱体模式, 研究了云层对云中大气臭氧的影响过程。这一过程可分解为三个因子来考虑： 因子Ａ （云的辐射效应）, 由于云的存在改变太阳光辐射通量, 使得对流层光化学反应减弱或增强, 从而降低或增加臭氧浓度; 因子Ｂ（云的吸收效应）, 云层中液态水对大气臭氧及其前体物 （ＮＯｘ、ＮＭＨＣ、自由基等） 的直接吸收作用; 因子Ｃ（云的液相化学效应）, 吸收进入云中的物质发生液相化学反应从而改变大气臭氧浓度。数值研究结果表明： 上述三因子对云中臭氧浓度影响的程度差别很大, 并且与云层的物理结构有密切关系。讨论了云的吸收及液相化学效应影响臭氧浓度的主要原因     

晴空与有云大气辐射分布的数值模拟及其对全天空图像云识别的应用

全天空图像自动云识别的研究相对来说是一项较新的研究领域。当前国际上较为通用的全天空图像云识别方法主要依靠图像蓝红灰度值对比的阈值方法进行判断。然而非洁净大气中气溶胶的增多给云识别增加了难度,同时太阳高度角不同天空色度分布情况也不同。文中利用Libradtran辐射传输模式,计算了不同能见度不同太阳高度角情况下3个典型波长(450,550,650nm;蓝/绿/红)无云及有云大气的天空辐亮度分布情况,并进行了比较分析。结果表明,相同太阳高度角情况下,无云及有云大气中蓝红比值随能见度的下降呈单调下降趋势。在特定的云光学厚度和能见度情况下,天空色度彼此呈现出类似的分布状况。全天空图像阈值判断云识别自适应算法的建立需要与太阳高度角、地面能见度联系起来。当前尚无法建立一个判断阈值随太阳高度角以及能见度变化的函数关系式。较为可行的办法是建立典型能见度、典型太阳高度角情况下的辐射信息库,在具体云识别时,首先确定太阳高度角,而后根据天空辐射比情况确定天空能见度,并利用辐射信息标准库做云或非云判别。该工作为全天空云识别算法提供判别依据,同时建立云识别随能见度和太阳高度角变化的判别信息库。     

复杂地形对计算地表太阳短波辐射的影响

首先利用数字高程数据(DEM)、大气辐射传输模式6S以及野外观测资料计算了复杂地形(青藏高原)上地表入射太阳辐射,然后计算不考虑地形产生的地表辐射的计算误差,对误差进行归一化后得到相对辐射误差.结果显示,相对辐射误差的标准差(即相对地表辐射计算误差绝对值的统计平均值) Se随太阳天顶角的增加呈指数增长,随高度标准差的增加几乎呈线性增长,随数字高程数据的分辨率(或卫星资料的分辨率)降低而降低.利用分步拟合方法拟合了Se随太阳天顶角、高度标准差和数字高程分辨率的变化.利用拟合方程可以计算任意地形条件下,不同分辨率的卫星(或数字高程)资料在不同太阳天顶角情况下,不考虑地形复杂性产生的平均地表入射太阳辐射的计算误差,结果表明,使用中分辨率的卫星(如MODIS)资料计算地表太阳净辐射时,需要考虑地形复杂性.     

地基双波段测云系统及其对比试验

针对地基测云系统中云在可见光波段与红外波段中表现出的不同特性,用双站数字式云高仪所测云高进行标校,结合地面实时观测天顶红外辐射亮温及地面环境参数,分析地面到云层底大气对红外辐射亮温的影响,从中发现利用天空红外辐射亮温来遥感云底高度的可行性,研发地基双波段测云系统。该系统以对流层大气的垂直温度递减率为理论基础,建立云层底到地面的温度递减梯度参数K,根据递减梯度参数反演天顶方向的云高。该算法不依赖于探空数据,通过实时定标形式得出符合仪器所在地的云底高反演公式。通过与维萨拉激光云高仪CL31进行数据对比分析得出,地基双波段测云系统反演结果具有较高的准确性。     

大气红外窗区(10.5-11.5μm和11.5-12.5μm)辐射传输的敏感性试验

大气窗区卫星红外遥感的辐射资料可应用于地表温度的确定,但必须考虑大气影响。为此,本文利用辐射传输模式和中纬度及青藏高原模式大气,用数值模拟的方法研究了大气和地表状态(大气温、湿廓线、地表温度与高度)的改变对大气顶红外窗区射出辐射的影响以及射出辐射对发射方向(天顶角)依赖关系。主要结论见正文小结。     

青藏高原那曲夏季云中水成物分布特征的毫米波雷达观测

结合2014年7—8月第三次青藏高原大气科学试验获得的毫米波雷达资料与探空温度资料,利用模糊逻辑法反演了西藏那曲地区夏季云中水成物的相态并对其分布特征开展了研究。首先,分析了层积云、雨层云以及深对流云的典型个例,发现三类云反射率因子、多普勒速度、速度谱宽以及退偏振因子垂直分布均有较大差别,相应的云中水凝物的回波特征与相态分布差别也较大。其次,研究了液相、混合相和冰相云层的云雷达探测特征,发现液相云层在0℃层以下的暖云层和0℃层以上的过冷水云层均具有反射率因子高值中心,混合云层的反射率因子高值中心随高度上升变化不大,冰云层的反射率因子高值主要集中在6 km以上,且随高度上升而趋于集中;三种相态云层出现频率高值分别集中在地面以上1、2～3、3～4 km高度层;液相云层在上午出现频率最高,混合相云层高频率发生在下午,冰相云层在晚上的出现频率最高。三种相态云层出现在上午的高度与下午和晚上相比较低,出现在晚上的高度范围最大;液相云层厚度一般小于0.3 km,冰相云层云顶位于9 km左右高度层时平均厚度最大,中云内的混合相和冰相厚度变化较小。     

有云大气中太阳辐射传输的数值试验研究

本文应用Hense等的二流近似辐射模式,分析了云对地气系统太阳辐射能收支与大气加热率的影响,讨论了不同光学厚度的云的反射率与吸收率,并把模式应用于高原模式大气,分析了高原地区云对太阳辐射收支的影响。计算中包括云滴与气溶胶的吸收作用。气溶胶衰减系数的垂直分布取了两种类型,分别对应于能见度为23km与8km。结果表明,光学厚度为10—100的云层的加热率可达7—8℃/天,云滴和气溶胶的吸收作用是增加云层加热率的一个重要机制。云层的复盖对近地层加热率的影响极大。不同光学厚度的云的反射率的变化范围为0.24—0.90,与一些作者给出的观测结果比较符合。云的吸收率变化范围为0.07—0.25,飞机观测表明云的吸收率可达0.30—0.40。云有如此大的吸收率的原因尚需进一步深入研究。云天地面总辐射与晴天(可能)地面总辐射的比值(Q_c/Q_o)主要决定于云的光学厚度(对应于云的光学厚度从1增加到100,比值Q_c/Q_o则从80％降到10％),其次是太阳天顶角。比值Q_c/Q_o受气溶胶、海拔高度、云的高度的影响很小,可作为表示云对地面总辐射影响的一个参数。     

利用MODTRAN 3计算我国太阳直接辐射和散射辐射

根据光的多次散射理论——离散纵标法,利用我国国家一级辐射测站的大气廓线,计算出晴空大气观测波段不同高度上的太阳直接辐射和向下散射辐射。将模式输出的地面辐射值与地面辐射观测资料进行比较,对不同高度的太阳直接辐射和向下散射辐射以及日变化进行了讨论。最终目的是直接由MODTRAN3计算我国辐射空白站的地面辐射值,以弥补我国辐射站稀少,时空分布短缺的不足。     

应用CloudSat和Aqua卫星监测的暴雪过程中云的宏微观物理属性

采用CloudSat卫星资料2B-CLDCLASS及2B-CWC-RVOD数据集和Aqua卫星资料的CERES Aqua MODIS Edition 3A数据集,针对2010年12月2-4日北疆地区一次暴雪过程分析了云的类型分布、冰粒子等效半径、低层云等效高度等宏微观物理属性的垂直分布及空间分布情况。结果表明,此次暴雪过程中,云层分布在12km以下,云中冰粒子等效半径和冰水含量均随云层高度增加而减少,冰粒子数浓度在垂直高度上呈单峰分布,高值分布在云层中部5.5km处。北疆地区暴雪前和暴雪后基本为低层云云量小于40%的低值区,暴雪时则为大于60%的高值区,云等效高度暴雪前和暴雪后大多为小于6km值域区,暴雪时为大于6km的高值区。     

中国地区云对地气系统净辐射强迫的气候研究

本文利用地球辐射平衡试验（ERBE）和国际卫星云气候计划（ISCCP）提供的地气系统行星反射率，长波射出辐射（OLR）和云量资料，计算出中国地区年、月总云量对地气系统净辐射的强迫，分别讨论了其与总云量及地气系统晴天净辐射的关系。结果表明：地气系统净辐射云强迫与总云量有较好的抛线物关系，各月净辐射云强迫与地气系统晴天净辐射的曲线相关也很明显，如以曲线上净辐射云强迫为零时的晴天净辐射值代表各月曲线位置，则该值随天文辐射作规律性季节变化。地气系统净辐射云强迫的地理分布与总云量及地气晴天净辐射分布有关，其在各地的年变化则主要由天文因素及雨季进行退决定。     

青藏高原地区云对地表净辐射的影响

利用１９８２年８月－１９８３年７月青藏高原地面热源观测实验资料，分析了云量，云状对地表净辐射的影响，计算了与云对地表净辐射强迫作用有关的参数。研究表明：地表净辐射是云量的线性函罢 ２对地表净辐射的影响有明显的季节性差异，在春季和夏季，云对地表净辐射的影响非常强烈，并且地表净辐射随云量的增多而减小，在秋季和冬季，云对地表净辐的影响较小，并且地表净辐射随云量的增多百增大。     

河西地区的太阳直接辐射和大气透明度

利用河西地区的民勤和敦煌两个日射站的三年（１９８１—１９８３年）资料，计算了太阳直接辐射在传输过程中的各种衰减。该地区有干燥、荒漠和狭管地形等三大特点，环境对直接辐射的影响表现为气溶胶衰减的重要作用。     

太阳散射辐射的分光测量及其能量分配

近十余年来，国内外不少学者先后研究了散射辐射与总辐射的关系［１－６］，建立了各种计算散射辐射的经验公式，但有关分光散射辐射分量的测量和研究为数甚少。为此，我们于１９８９－１９９０年在北京对３００－２８００ｎｍ光谱范围内的７个波段的散射分量进行测量，并研究了各分量与全谱段散射总量间的定量关系。     

CLIMATIC CHARACTERISTICS OF NET RADIATION IN THE EARTH-ATMOSPHERE SYSTEM OVER CHINA

Investigated are effects of the total cloudiness and other factors on earth-atmosphere net radia-tion(EANR)and analyzed is its relation to other components and ground surface net radiation inthe context of ERBE and ISCCP.Evidence suggests that planetary scale albedo and earth-atmo-sphere short wave absorption radiation have maximum effect on the net radiation under study,withthe influence of cloud and latitude displayed predominantly through the two factors;OLR has rela-tively weak effect;the earth-atmosphere net radiation is well correlated with surface net radiation.Analysis is also performed of the geographic distribution of the earth-atmosphere net radiationthroughout China,and the annual curve of the net radiation on a local basis is marked by high(low)value in summer(winter)with the impact of factors.including total cloudiness responsiblelargely for the shift of the months with maximum.     

中国地－气系统净辐射的气候特征

根据ＥＲＢＥ和ＩＳＣＣＰ资料讨论了总云量等因子对地－气系统净辐射的影响，分析了地－气系统净辐射与其各分量及地表净辐射的相关联系。发现行星反射率和地气短波吸收辐射对地－气净辐射的影响最大，而云和纬度的作用主要通过该两因子变化表现出来，ＯＬＲ的作用则相对较弱。地－气净辐射与地表净辐射的相关性也较明显。文中还就地－气净辐射在全国的地理分布作了分析。各地区地－气净辐射的年变曲线均为简单的夏大冬小型，云等因素的影响主要造成最大值出现月份的推移。     

CLIMATIC CHARACTERISTICS OF NET RADIATION IN THE EARTH-ATMOSPHERE SYSTEM OVER CHINA*

Investigated are effects of the total cloudiness and other factors on earth-atmosphere net radiation(EANR) and analyzed is its relation to other components and ground surface net radiation in the context of ERBE and ISCCP.Evidence suggests that planetary scale albedo and earth-atmosphere short wave absorption radiation have maximum effect on the net radiation under study,with the influence of cloud and latitude displayed predominantly through the two factors;OLR has relatively weak effect;the earth-atmosphere net radiation is well correlated with surface net radiation.Analysis is also performed of the geographic distribution of the earth-atmosphere net radiation throughout China,and the annual curve of the net radiation on a local basis is marked by high(low) value in summer(winter) with the impact of factors.including total cloudiness responsible largely for the shift of the months with maximum.     

PRELIMINARY ANALYSIS OF THE ATMOSPHERIC RADIATIVE HEATING FIELDS IN AUTUMN IN THE MID LATITUDE ARID AREAS OF CHINA

A parameterized radiation and cloud model developed at the University of Utah,U.S.A.has been used to computethe atmospheric radiative properties in Zhangye area during the pilot experiment of HEIFE in September of 1988.Somecharacteristics of atmospheric radiative heating fields during the autumn in Zhangye area have been analysed,and somequestions that merit attention in the future observation are also discussed in this paper.     

云滴谱的不确定性对中尺度降水的影响

云滴的谱分布通过改变云滴的有效半径影响辐射传输过程,改变大气的热力、动力状况,进而影响云的发展,因此云滴谱将影响云和辐射的相互作用,从而改变地面降水。利用包含详细云微物理方案的MM5V3中尺度模式对1998年6月8日华南暴雨和2002年7月22日长江暴雨进行了数值模拟,研究了中尺度模式中云滴谱的不确定性对地面降水的影响。模拟结果表明,云滴谱在中尺度地面降水中起着重要的作用,其不确定性对地面降水的范围影响很小,却能明显地改变降水强度,能显著地改变地面降水中心的降水量和中心位置,还可能改变降水的起止时间;云滴谱的不确定性能够引起最大超过10％的平均降水强度的改变,而且其差异在白天比夜间更明显。     

乌鲁木齐市近30a太阳辐射变化及其成因初探

利用乌鲁木齐市气象站1976—2005年太阳辐射和气象观测资料,分析乌鲁木齐市太阳辐射的变化及其成因。结果是:1990年以前总辐射、直接辐射是减少的,以后是增加的;而散射辐射在1986年之前递增、之后递减。初步认定总云量的减少、低云量的增加以及相对湿度的缓慢下降对太阳辐射变化有重要影响;从太阳辐射变化间接得出:近30a乌鲁木齐市空气污染总体有所减轻。