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气候模式中地表辐射平衡参数化

李云艳  
【摘要】:研究太阳总辐射的参数化方法,对于改进地表辐射平衡的计算精度具有重要意义。以往地表辐射平衡研究都是以旬月平均为基础,利用日射站辐射平衡资料分析并建立辐射平衡旬月平均的气候计算方法。本文的着眼点是研究计算辐射平衡的瞬时值,并将其用于大尺度气候数值模式中的辐射平衡计算。 辐射过程是数值模式中必须考虑的重要物理过程。但是,由于辐射计算即复杂又费时,必须采用参数化方法,简化其复杂的计算过程。然而即便采用参数化格式来计算辐射过程,其所占用的计算量也名列所有物理过程之首。为减少计算机时,满足预报时效要求,大尺度数值预报模式或气候模式中的辐射计算时间步长都远大于模式的时间积分步长。这样虽然有效的减少了计算机时,但对辐射日变化的模拟会产生一定的影响,并进一步影响对流和降水的模拟。本文研究辐射平衡的瞬时值的计算方法,目的就是要使:数值模式中地表辐射平衡计算能与模式积分同步进行,从而提高模式地表过程的模拟精度,改进对流和降水日变化的模拟。 本文首先利用大气辐射传输模式和中纬度夏季(MLS)标准大气廓线,分谱带计算晴天各种大气条件下、地表反射率取定值时的地表太阳总辐射,并把所得的结果作为标准资料,提出参数化方案。然后将地表反射率的影响作为误差项进行订正,从而得到各种地表反射率条件下的晴天地表太阳净辐射的计算方法。 在晴天地表总辐射参数化的基础上,对全阴天(云量为10)条件下地表太阳总辐射关于光学厚度、云层气压进行参数化,得到一套参数化公式,然后把云量作订正项引入公式,得到云天(冰云、水云、混合云)条件下地表太阳净辐射的参数化方法。 所得到的参数化方法具有简单,实用和计算精度较高等特点。晴天总辐射和净辐射的平均相对误差分别为0.31%和0.30%。云天时总辐射的平均相对误差为0.5%。计算所需要的输入变量有:大气可降水量,二氧化碳含量,臭氧总量,云量,云的光学厚度,太阳天顶角,地表反射率。其中,云的光学厚度可通过云水含量和云粒子平均有效半径确定。上述变量都是数值预报或气候模式所能提供的变量。因此可方便的用于任一模式。


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