线翼截断方式对大气辐射计算的影响

在大气辐射传输计算方法中,有3种基本方法,即,逐线积分方法,k-分布方法和带模式方法。其中,逐线积分方法是最精确的计算大气透过率的方法,本文根据透过率计算方式的不同,将逐线积分方法分为追线积分法和追点积分法。由于逐线积分计算需要耗费大量的计算时间,在大气遥感和大气探测业务中使用时,必须减少计算成本,提高计算速度。本文在追线积分法的基础上,给出了简化的逐线积分的基本方法,在保证同样计算精度的同时,大大提高了计算速度。对在精确的和简化的逐线积分下,不同线翼截断方式(CUTOFF)对吸收系数、大气透过率和冷却率的影响进行了更详细的探讨。通过数值试验发现,对谱线线翼的截断方式是影响辐射计算精度和计算速度的重要因子。在不同压力下,用CUTOFF=2计算的吸收系数误差最大;对CUTOFF=1,在大多数取样点上误差都小于2%;对CUTOFF=3或4,对绝大多数取样点上计算的吸收系数误差都在5%以内,但所用的计算时间却明显减少。大气低层的透过率对不同的计算方法和不同的线翼截断方式不敏感;对大气高层,无论是对精确的还是简化的逐线积分方法,当CUTOFF=2时的透过率结果与其他线翼截断方式的结果差别较大。通过比较,本文给出线翼截断的优选方案。

一种快速高效的逐线积分大气吸收计算方法

本文发展了一种新的计算大气气体吸收系数以及冷却率的快速数值方法， 并对影响逐线积分精度和计算时间的各种因子进行了详细研究。以大气主要吸收气体ＣＯ２ １５ μｍ带的５００～８００ ｃｍ － １波段为例， 将新方法计算的吸收系数、大气透过率和冷却率结果与经典的逐线积分方法进行了比较。对从地面到１００ ｋｍ 范围的整层大气， 大气透过率的误差不超过０．０００４； 对７０ ｋｍ 以下的大气， 大气冷却率的误差不超过０．００４ Ｋ／ｄ， 而计算时间却节省１～２ 个数量级左右。