适用于云微物理特性连续变化的辐射传输参数化方案研究

摘要

本文提出了适用于云微物理特性连续变化的辐射传输参数化方案（记作非均匀方案），其中包含短波参数化方案和红外参数化方案。该方案基于标准的微扰动理论，将不对称因子和单次散射反照率在垂直方向的连续变化所引起的非均匀性用微扰项表示出来，并结合二流近似辐射传输算法来求解云内非均匀辐射传输过程。本方案不仅适用于处理垂直非均匀的云内辐射传输过程，而且适用于垂直非均匀的雪内辐射传输过程。利用新发展的方案，本文详细计算不同光学特性的理想介质、云和雪内非均匀辐射传输过程，并发现该方案精度远远高于未考虑介质（理想介质、云和雪）内部光学特性非均匀变化的经典二流辐射传输方案（记作均匀方案）。主要得到以下几点结论:
　　(1)对于短波辐射，在理想介质中，均匀方案计算的反射率和吸收率的相对误差随着光学厚度的增大而增大，相对误差可以超过20％;然而，非均匀方案计算得到的相对误差随光学厚度的变化不明显，在大多数情况下其相对误差不超过4％。云个例的结果显示，在0.25-0.69μm的波带中，非均匀方案计算的吸收率相对误差为1.4％，而均匀方案的误差可达到7.4％。雪的个例显示，在0.25-0.69μm波带中，均匀方案对于吸收率的计算相对误差高达72％，而非均匀方案的相对误差则小于40％。0.94μm波长下的云和雪的个例都显示，非均匀方案反射率和吸收率的计算精度比均匀方案更高。
　　(2)对于长波辐射，在理想介质中，非均匀方案计算的比辐射率的相对误差明显小于均匀方案计算的结果。总体来讲，均匀方案计算的向上比辐射率的相对误差可以达到5％，而非均匀方案计算的向上比辐射率的相对误差基本上不超过1.4％;对于向下比辐射率，非均匀方案计算的相对误差基本上比均匀方案的计算结果小一个量级，非均匀方案计算结果的相对误差最大约为0.8％，而均匀方案计算结果的相对误差可达到7％。云的个例显示，在5-8μm波带中，非均匀方案计算的向下比辐射率相对误差最大1.8％，而均匀方案计算的相对误差高达12％;在11μm波长下，非均匀方案计算的向上比辐射率相对误差小于0.5％，而均匀方案计算的相对误差在1.7％左右;非均匀方案计算的向下比辐射率的相对误差为1.4％左右，而均匀方案计算的相对误差大于9％。在5-8μm波带和11μm波长下的雪的个例都表明，非均匀方案计算结果的精度比均匀方案更高。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 国内外研究进展

1．3 问题的提出

1．4 研究内容

第二章 短波辐射传输参数化方案

2．1 爱丁顿近似简介

2．2 爱丁顿近似辐射传输方程参数化

2．3 结果比较和讨论

2．3．1 理想介质

2．3．2 云

2．3．3 雪

2．4 小结

第三章 长波辐射传输参数化方案

3．1 二流近似简介

3．2 二流红外辐射传输方程参数化

3．3 结果比较和讨论

3．3．1 理想介质

3．3．2 云

3．3．3 雪

3．4 小结

第四章 总结与讨论

4．1 主要结论

4．2 本文特点和创新之处

4．3 存在问题及研究展望

参考文献

致谢

个人简介