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Accurate Shortwave Radiation Simulation with a Two-Layer Aerosol Model in Xinjiang Region
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作者 Guan HUANG Yonghang CHEN +6 位作者 Qiong LIU Pengtao WANG Qianshan HE Qing HE Shuai LI Weiling SHAO Ting FAN 《Journal of Meteorological Research》 SCIE CSCD 2024年第1期69-87,共19页
To harness the rich solar energy resources in Xinjiang Region of Northwest China,this study tries to address the issue of lack of downward surface shortwave radiation(DSSR)observations and the need to improve the accu... To harness the rich solar energy resources in Xinjiang Region of Northwest China,this study tries to address the issue of lack of downward surface shortwave radiation(DSSR)observations and the need to improve the accuracy of satellite retrieval and numerical simulation of DSSR under varied sky and meteorological conditions.(1)A two-layer aerosol model specific to Xinjiang was developed to capture the vertical distributions of aerosols based on multiple data sources including lidar,GPS sounding,ground meteorological observations,and profiles from the ECMWF reanalysis version 5(ERA5)data.The results show that the ERA5/PBLH(planetary boundary layer height)and ERA5/ALH(aerosol layer height)could be used to establish the two-layer aerosol model and characterize the vertical distribution of aerosols in Xinjiang Region.(2)Using the Santa Barbara Discrete Atmospheric Radiative Transfer(SBDART)model,a localized inverse model of clear-sky DSSR was established.After parameter adjustment and using the optimal combination of input parameters for DSSR simulation together with the two-layer aerosol model,the model-simulated DSSR(DSSRSBD)under clear-sky conditions improved significantly compared to the initial results,with all fitting indices greatly improved.(3)In addition,the study demonstrated that the impact of the two-layer aerosol model on DSSR was more pronounced under dust conditions than clear-sky conditions.(4)Using the localized clear-sky DSSR inversion model and its required parameters,simulations were also conducted to capture the spatiotemporal distribution of DSSR under clear-sky conditions in Xinjiang from 2017 to 2019.The annual average DSSR_(SBD)under clear-sky conditions in Xinjiang during 2017–2019 was 606.78 W m^(-2),while DSSR from CERES(DSSR_(CER))under the same conditions was generally higher(703.95 W m^(-2)).(5)It is found that satellite remote sensing products experienced data loss in high-altitude snow areas,where numerical simulation technology could serve as a valuable complement. 展开更多
关键词 downward surface shortwave radiation(DSSR) aerosol vertical distribution Clouds and the Earth’s Radiant Energy System(CERES) Santa Barbara Discrete atmospheric radiative Transfer(SBDART) Xinjiang
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临安与龙凤山辐射数据质量及初步结果比较 被引量:10
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作者 宋建洋 郑向东 +4 位作者 程兴宏 马千里 俞向明 代鑫 于大江 《应用气象学报》 CSCD 北大核心 2013年第1期65-74,共10页
采用国际通用的辐射数据质量评估方法对2005—2011年浙江临安、黑龙江龙凤山两个区域大气本底站辐射观测资料进行质量评估与比较分析。结果表明:两站辐射数据通过物理可能限制检验与极端罕见限制检验的百分比均超过99.5%,但通过相关要... 采用国际通用的辐射数据质量评估方法对2005—2011年浙江临安、黑龙江龙凤山两个区域大气本底站辐射观测资料进行质量评估与比较分析。结果表明:两站辐射数据通过物理可能限制检验与极端罕见限制检验的百分比均超过99.5%,但通过相关要素比较限制检验的百分比上,临安与龙凤山站分别降至97.9%与95.9%;双轴定位追踪太阳出现偏差是造成直接辐射与散射辐射数据精度降低的主要原因。CM21表的热偏移在-5W·m^(-2)以内,而其进行热偏移订正可以显著提高数据的通过率。对应同一太阳天顶角,临安站晴空总辐射与直接辐射均低于龙凤山站,散射辐射则相反,其原因是临安的大气透明系数较低,大气浑浊度较高。2006—2011年,临安站的大气向下长波辐射呈下降趋势,达到了0.01的显著性水平,且其多年平均值(363.7±59.3W·m^(-2))显著高于龙凤山站(274.9±77.6W·m^(-2));龙凤山站晴空太阳总辐射呈增加趋势,达到了0.1的显著性水平。 展开更多
关键词 太阳辐射 大气向下长波辐射 质量评估
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定量遥感地表净辐射通量所需大气下行长波辐射估算模型改进 被引量:18
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作者 黄妙芬 邢旭峰 +1 位作者 朱启疆 刘素红 《地理研究》 CSCD 北大核心 2005年第5期757-766,共10页
利用半湿润季风气候类型夏季近地层气象观测资料,对得到广泛应用的十种晴天大气下行辐射估算模型和两种昙天大气下行辐射估算模型进行检验。指出其中Iziomon(2003)晴天大气下行辐射估算模型是半湿润季风气候类型夏季较适用的估算模型。... 利用半湿润季风气候类型夏季近地层气象观测资料,对得到广泛应用的十种晴天大气下行辐射估算模型和两种昙天大气下行辐射估算模型进行检验。指出其中Iziomon(2003)晴天大气下行辐射估算模型是半湿润季风气候类型夏季较适用的估算模型。然而,在有云天空,Iziomon(2003)昙天估算模型误差比较大。本文依据实测资料,对Iziomon(2003)昙天大气下行辐射估算模型进行修正,修正后的模型估算值与实测值非常接近。由于应用常规气象站的大气温湿度来估算大气下行辐射仅代表近地层大气对其的贡献,不能反映整层大气的贡献,尤其在近地层与高空大气的水汽状况不一致时,上述模型将有较大的误差。为此本文结合Iziomon(2003)晴天模型中大气比辐射率的表达式,提出了运用红外辐射计以37°高度角对天空的观测值,来推算大气下行辐射的新方法。小汤山的试验数据表明,新模型的反演精度优于上述传统模型。 展开更多
关键词 近地层大气温湿度 红外辐射计 37°高度角 大气下行长波辐射 估算模型 近地层大气 辐射估算 模型改进 净辐射通量 定量遥感
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运用热惯量估算大气下行长波辐射的遥感方法——以Landsat/TM为例 被引量:6
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作者 黄妙芬 邢旭峰 +2 位作者 刘素红 于凯 程灿 《资源科学》 CSSCI CSCD 北大核心 2006年第3期37-43,共7页
利用2004年北京小汤山精准农业示范基地星地同步试验中获取的自动气象站和红外辐射计观测资料,建立Landsat卫星过境时刻地表辐射温度T和空气温度T0的关系式,利用北京21个常规气象站观测资料,以及2004年5景TM图像,建立热惯量与大气水汽... 利用2004年北京小汤山精准农业示范基地星地同步试验中获取的自动气象站和红外辐射计观测资料,建立Landsat卫星过境时刻地表辐射温度T和空气温度T0的关系式,利用北京21个常规气象站观测资料,以及2004年5景TM图像,建立热惯量与大气水汽压的经验关系式,将获取的两个关系式代入得到广泛引用的Izionmon(2003)晴天大气下行辐射估算模型中,率先提出了根据像元的热惯量、地表辐射温度等遥感参数反演像元大气下行辐射的空间估算模型。通过利用实际测量值,对一个点的大气下行辐射估算值反演的地表净辐射通量和利用逐个像元估算的大气下行辐射估算值反演结果精度验证表明:利用逐个像元的大气下行辐射值估算地表净辐射通量,比利用单一大气下行辐射值来估算,精度提高了9.5%。这表明利用热惯量和地表辐射温度等遥感参数来估算非遥感参数大气下行辐射的思路是可行的,而且有应用前景。 展开更多
关键词 Landsat/TM 热惯量 大气下行长波辐射 地表净辐射通量
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反演地表温度三要素获取途径研究及其应用价值 被引量:11
5
作者 黄妙芬 邢旭峰 +1 位作者 刘素红 刘绍民 《干旱区地理》 CSCD 北大核心 2005年第4期541-547,共7页
根据2002年和2004试验中,利用红外辐射计获取的地表辐射温度、方向比辐射率仪获取的地表比辐射率和长波辐射计秋取的大气下行辐射等试验数据,探讨了反演地表温度所需三要素的获取途径;对地表辐射温度的热方向性进行研究,分别建立30°... 根据2002年和2004试验中,利用红外辐射计获取的地表辐射温度、方向比辐射率仪获取的地表比辐射率和长波辐射计秋取的大气下行辐射等试验数据,探讨了反演地表温度所需三要素的获取途径;对地表辐射温度的热方向性进行研究,分别建立30°、60°和90°高度角辐射温度观测值与半球积分值的回归方程;在给出几种温度的详细定义之后,计算了考虑及不考虑大气下行辐射和地表比辐射率影响所对应的温度,比较了它们之间的差值,并从理论上分析了造成差值的原因;进一步讨论大气下行辐射、地表比辐射率对地表温度反演结果的影响。 展开更多
关键词 地表辐射温度 热效应 地表比辐射率 大气下行辐射 地表温度
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中国大气向下辐射的气候学研究 被引量:11
6
作者 翁笃鸣 孙治安 温珍治 《南京气象学院学报》 CSCD 1993年第1期1-6,共6页
通过多种方案试验,得出适用于各种云量下各大气等压面高度大气向下辐射的计算式为G_p=σT^4[0.536+0.128In(1+e)]云的影响主要通过各层气温和水汽压的相应变化体现。经检验该式的相对拟合误差为6.3%。据此计算并讨论了全国104个探空站50... 通过多种方案试验,得出适用于各种云量下各大气等压面高度大气向下辐射的计算式为G_p=σT^4[0.536+0.128In(1+e)]云的影响主要通过各层气温和水汽压的相应变化体现。经检验该式的相对拟合误差为6.3%。据此计算并讨论了全国104个探空站500hPa等压面高度及对流层下层(地面—500hPa)大气向下辐射的时空分布特征。. 展开更多
关键词 大气 辐射 气候学
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新疆博湖地区大气向下红外辐射特性及其对云识别应用的研究 被引量:3
7
作者 陈磊 石鹏飞 +1 位作者 韩燕 胡渝宁 《沙漠与绿洲气象》 2014年第1期39-44,共6页
为加强新疆戈壁地区云的自动观测,利用辐射传输模式SBDART和新疆博湖地区历史气候资料,分析了当地大气向下红外辐射对大气影响因子的敏感性和利用全天空红外辐射进行云识别分类的可行性,并提出了一种基于典型云族红外阈值的云分类方... 为加强新疆戈壁地区云的自动观测,利用辐射传输模式SBDART和新疆博湖地区历史气候资料,分析了当地大气向下红外辐射对大气影响因子的敏感性和利用全天空红外辐射进行云识别分类的可行性,并提出了一种基于典型云族红外阈值的云分类方法。结果表明:(1)水汽、云、天顶角、能见度等对中红外波段向下红外辐射值都有较大影响;(2)当能见度较差时,气溶胶对向下红外辐射的贡献不可忽略,并由于局地气溶胶辐射特性难以确定,因此是利用天空向下红外辐射进行云识别时的一个不确定因素;(3)根据8~14μm波段不同云族的辐射特性差异分析,阈值法是进行云识别和云族区分的有效方法。但该方法应用效果的好坏依赖于实测探空数据和历史气候数据的有效性及准确性。 展开更多
关键词 大气向下红外辐射 敏感性分析 SBDART 云识别
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中国大气逆辐射的气候计算及其分布特征 被引量:11
8
作者 翁笃鸣 陈媛 《南京气象学院学报》 CSCD 1992年第1期1-9,共9页
本文根据1979年5—8月季风试验(MONEX)期间印度8个辐射探空站资料,以及同期青藏高原气象科学实验和1982年8月至1983年7月青藏高原辐射观测资料,详细地讨论并提出了大气逆辐射的气候计算式。该式具有物理意义清晰、拟合精度较高及普适性... 本文根据1979年5—8月季风试验(MONEX)期间印度8个辐射探空站资料,以及同期青藏高原气象科学实验和1982年8月至1983年7月青藏高原辐射观测资料,详细地讨论并提出了大气逆辐射的气候计算式。该式具有物理意义清晰、拟合精度较高及普适性较好的优点。首次计算了全国218站的大气逆辐射,并就其在全国的地理分布及其随纬度、拔海高度季节变化进行了分析,得到一些有意义的结果。 展开更多
关键词 中国 大气 逆辐射 气候 计算 分布
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海洋表面大气下行辐射遥感估算 被引量:3
9
作者 王春磊 唐伯惠 《海洋通报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第2期219-224,共6页
在海-气相互作用研究中,大气下行辐射的准确估算具有重要意义。在气象站点分布密集的地区,大气下行辐射可通过常规的仪器测量获取。但海洋表面布点成本高,维护比较困难,严重影响我们对海区辐射特征的认识和了解。遥感可提供良好的时空... 在海-气相互作用研究中,大气下行辐射的准确估算具有重要意义。在气象站点分布密集的地区,大气下行辐射可通过常规的仪器测量获取。但海洋表面布点成本高,维护比较困难,严重影响我们对海区辐射特征的认识和了解。遥感可提供良好的时空连续性和多层次数据,是研究大气下行辐射的有效手段。本文模拟了不同大气条件下海表的长波下行辐射,考虑到大气下行辐射不仅与所在层的大气有关,还受临近大气层的影响,我们通过增加大气水汽含量重新参数化大气比辐射率,改进Brutsaert模型,建立基于MODIS数据遥感估算海洋表面大气下行辐射的模型,并利用"中国近海海洋综合调查与评价"项目中黄海区观测的海-气通量观测资料对所提出的模型进行检验。结果表明,本文所改进的参数化模型在模拟数据中的均方误差(RMSE)为11.2 W/m^2;在实际数据验证中,RMSE为20.9 W/m^2;模型的精度基本达到了海-气作用研究中对瞬时大气下行辐射的精度要求。 展开更多
关键词 大气下行辐射 水汽含量 大气比辐射率
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青海湖北岸大气向下长波辐射特征及云的影响 被引量:3
10
作者 谢婷 马育军 张午朝 《干旱气象》 2021年第2期288-295,共8页
大气向下长波辐射对地表能量平衡、水循环等有重要影响。基于青海湖北岸2018年9月至2019年8月辐射观测资料,分析不同时间尺度的辐射通量变化特征,对比晴天条件下10个大气比辐射率参数化公式在该地区的适用性,在此基础上定量评估了云对... 大气向下长波辐射对地表能量平衡、水循环等有重要影响。基于青海湖北岸2018年9月至2019年8月辐射观测资料,分析不同时间尺度的辐射通量变化特征,对比晴天条件下10个大气比辐射率参数化公式在该地区的适用性,在此基础上定量评估了云对大气向下长波辐射的影响。结果显示:青海湖北岸地区各辐射分量均呈现相似的“单峰型”日变化特征,辐射量白天较高、夜间较低;一年中,除向上短波辐射(主要受地表反照率影响)外,其余辐射分量均随气温而变化。晴天条件下大气比辐射率参数化Brutsaert公式在青海湖北岸地区的适用性最高。随着云份额数(C_(f))的增大,青海湖北岸大气向下长波辐射逐渐增强,在C_(f)<10%时,云增强效应低于10 W·m^(-2);当C_(f)>75%时,云增强效应超过60 W·m^(-2)。云天大气向下长波辐射观测值与晴天计算值的比值r随着C_(f)的增大而增大,两者存在极显著的二次函数关系,当C_(f)<10%时,r平均为1.04;当C_(f)>75%时,r>1.25,该统计关系能够较好地揭示青海湖北岸地区云对大气向下长波辐射的影响。 展开更多
关键词 大气向下长波辐射 云份额数 大气比辐射率 青海湖
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合肥大气下行长波辐射估算模型研究与改进
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作者 张允祥 李新 +1 位作者 韦玮 黄冬 《大气与环境光学学报》 CAS CSCD 2022年第4期383-392,共10页
大气下行辐射是地表辐射和能量平衡中的一个关键参数,在反演地表温度和发射率、开展气候变化研究中起着关键作用。基于现有的大气下行辐射测量方法的分析比较,开展了合肥大气下行长波辐射的研究。利用MODTRAN辐射传输模型模拟计算了合... 大气下行辐射是地表辐射和能量平衡中的一个关键参数,在反演地表温度和发射率、开展气候变化研究中起着关键作用。基于现有的大气下行辐射测量方法的分析比较,开展了合肥大气下行长波辐射的研究。利用MODTRAN辐射传输模型模拟计算了合肥大气下行辐射通量,并以该方法获取的大气下行辐射通量为基准,对广泛应用的晴天经验模型进行性能评价,验证了Idso模型和Ångstrom模型对于合肥大气条件的适用性。进而利用MODTRAN辐射传输模型模拟数据对Idso模型中的参数进行修正,提高了该模型的模拟精度。该研究为方便快捷准确地获取合肥大气下行辐射通量提供了可靠方法。 展开更多
关键词 大气下行长波辐射 经验模型 参数修正 大气辐射传输模型
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可见光-近红外波段大气上行与下行辐射分量参数化方法 被引量:3
12
作者 杨贵军 高中灵 +3 位作者 黄文江 刘强 王纪华 张明月 《遥感学报》 EI CSCD 北大核心 2010年第4期637-662,共26页
可见光-近红外波段大气上行、下行辐射是辐射传输建模、成像模拟及大气校正关键的输入参数,根据四流辐射传输理论给出了与二者相关大气参量的数值模型及计算方法,针对Landsat 5 TM 6个波段建立了大气参量与水汽含量、能见度距离和太阳... 可见光-近红外波段大气上行、下行辐射是辐射传输建模、成像模拟及大气校正关键的输入参数,根据四流辐射传输理论给出了与二者相关大气参量的数值模型及计算方法,针对Landsat 5 TM 6个波段建立了大气参量与水汽含量、能见度距离和太阳入射天顶角间的参数化模型,在此基础上对各参量间敏感性进行了分析,结果表明参数化模型具备较高精度。同时,计算了各波段大气上行、下行漫射辐射值,对二者在植被和裸土覆盖条件下的差异进行了定量分析。 展开更多
关键词 大气上行、下行辐射 辐射传输 大气校正 参数化模型
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中国大陆地区ERA5下行短波辐射数据适用性评估与对比 被引量:6
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作者 张俊兵 沈润平 +3 位作者 师春香 白磊 刘军建 孙帅 《地球信息科学学报》 CSCD 北大核心 2021年第12期2261-2274,共14页
ERA5地表下行太阳短波辐射数据是欧洲中期天气预报中心(ECMWF)最新的,具有高时空分辨率的再分析产品,该短波辐射产品可作为陆面模式大气强迫数据之一,并在区域气候评估、农业以及太阳能资源等方面具有重要应用。本文利用中国区域2011—2... ERA5地表下行太阳短波辐射数据是欧洲中期天气预报中心(ECMWF)最新的,具有高时空分辨率的再分析产品,该短波辐射产品可作为陆面模式大气强迫数据之一,并在区域气候评估、农业以及太阳能资源等方面具有重要应用。本文利用中国区域2011—2018年经过质控的91个国家级地面辐射站点观测数据,对其在中国大陆地区的适用性进行多时空尺度的评估,并与ERA-Interim、CFSR、MERRA2共3套全球大气再分析产品和1套CERES卫星反演SYN1deg的产品进行了比较。结果表明:①在月均值尺度上,与其他再分析产品比较,ERA5产品与站点数据的Corr最高(0.939),RMSE最小(28.309 W/m^(2)),Bias(15.4 W/m^(2))略大于ERA-Interim产品(13.2 W/m^(2));CERES卫星反演产品与站点数据的Corr为0.955,RMSE为20.042 W/m^(2),Bias为5.3 W/m^(2);②5套产品的辐射值均高于地面观测数据,存在高估现象,总体上,ERA5产品在中国大陆地区的整体精度高于其他再分析产品,但与CERES卫星反演产品还存在一定差距,日均值比较结论亦具有相似规律。③分区评估结果表明在再分析产品中,ERA5产品在4个区域与观测数据都有更好的一致性,但5套产品均在南部区域表现不佳。并且与东北和北部区域相比,ERA5产品和CERES卫星反演产品在西部区域和观测数据相比的RMSE和Bias也相对偏大。 展开更多
关键词 ERA5 地表下行短波辐射 陆面模式 站点观测 中国大陆 评估 全球大气再分析 卫星反演
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