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利用卫星资料研究云对地面净辐射的影响

宋庆利  
【摘要】: 本文采用了2002年1月、2月、7月、8月每日8时至16时(北京时间)的GMS-5卫星云图资料以及相同时次的漠河和郑州两个辐射站的地面净辐射资料。通过读取红外1、红外2、水汽和可见光云图上的卫星计数值,并将卫星计数值按照GMS-5定标表转换成亮度温度和反照率,最终形成一套利用卫星资料研究云对地面净辐射影响的数据集。 本文从大气中太阳辐射传输的一般性方程入手,引入边界条件及简化条件,推导出红外波段和可见光波段的大气辐射传输方程,由此建立起卫星观测辐射与地面净辐射的关系,文章还就卫星观测到的辐射与云量、云高、云的光学厚度、云及地面反照率等之间的关系进行了理论分析,可以帮助更好地理解云对地面净辐射的影响。 通过理论部分推导出的关系可以看出:地面净辐射与太阳天顶角、地面及云面反照率等因子有关。接下来,本文采用统计的方法将地面净辐射与影响地面净辐射的各因子:太阳天顶角、地面及云面反照率等有关因子进行拟合,发现地面净辐射与这些因子之间有很好的相关性,特别在引入卫星红外通道亮温值减水汽通道亮温值这一因子后,在有云状况下,拟合的相关系数有较明显的提高,原因可能是这一因子包含了云分类的信息,这一方法的提出为利用卫星资料研究云对地面净辐射的影响提出了一个新的思路。 为了充分表达云对太阳辐射、地球大气辐射的控制作用,本文还引入了云辐射控制指数(Cloud Radiation Control Index,CRCI),CRCI可以反映出不同的云量、云的光学特性等因素对云反射太阳辐射、云自身发射的红外辐射、地球大气辐射和地面辐射收支间的关系。 另外,本文采用的原理和方法不仅适用于GMS-5卫星,同样也适用于风云2号卫星,可以应用到我国的气象业务中去。


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