两种逐线积分辐射模式大气吸收的比较研究

由于缺乏完整的和精确的实验室测量结果,目前无法判断各种逐线积分方案的最终精度。因此,逐线积分模式精度的比较基本上只能在模式之间进行。比较了作者研制的快速高效逐线积分大气吸收计算方法(简记为ZS2000),与国际上用得较多的LBLRTM(LineByLineRadiativeTransferModel)。得出:二者在长波区间向上和向下辐射通量的相对差别对整层大气均小于3.1%,大气冷却率的绝对差别对整层大气均小于0.13K·d-1,处于ICRCCM(IntercomparisonofRadiationCodesUsedinClimateModels)所得到的差别范围之内。经分析发现,这些差别主要是由于ZS2000在10～530cm-1区间计算的水汽吸收系数与LBLRTM的不同造成的。ZS2000和LBLRTM在近红外区间计算上的一致性较高,二者净辐射通量和大气加热率的最大相对差别均小于2%。由此,可以得出:逐线积分模式ZS2000在长波和近红外区间可以满足各种较为精确的辐射传输计算的需要。

基于辐射传输模式的中国典型区域大气样本库特征分析

在对中国区域北京、哈尔滨、杭州、昆明、拉萨、三亚、西宁7个代表站逐日探空资料进行质量检验的基础上,对其中1、4、7、10四个月(分别代表4个季节)的探空资料进行了大气温湿廓线的特征分析,同时又与目前国际上用于辐射传输计算的43条温湿廓线进行了简单的对比。结果表明,中国区域的大气廓线有明显的时间、空间分布特征,与海拔高度之间联系不大;仅用国际通用的温湿廓线进行我国区域的卫星正演、反演计算有其缺陷性,必须将具有我国天气、气候特征的大气样本补充进去。所收集样本可用于计算大气透射率、反演的初估场及反演结果的真实性检验等。

中国东部大气温湿廓线特征及其对辐射收支计算影响的分析

辐射平衡是气候决定性因素之一,温湿廓线对辐射计算有重要影响。利用中国东部地区1960—2008年74个探空站资料,将SBDART(Santa Barbara DISORT Atmospheric Radiative Transfer)辐射传输模式自带的大气温湿廓线和探空测得的实际大气温湿廓线进行对比,并代入SBDART模式中,分别计算晴空条件下不同温湿廓线对辐射通量的影响。结果表明:(1)中国东部地区的大气温湿廓线有明显的区域和季节特点;(2)模式地面向下辐射通量与实际相比有较明显差异,尤其是在东北地区的冬季、中东部地区的夏季和华南地区的冬季,差值达20—35 W/m^2,相对误差达2.01%—3.18%;(3)在东北地区的冬季、中东部地区的冬季以及华南地区的夏、冬季,模式计算的大气顶向上辐射通量与实际相比差值达10—22 W/m^2,相对误差可达3.67%—8.94%;(4)模式与实际辐射加热率的差值在0.03—0.29 K/d。研究表明,模式自带的大气温湿廓线区域和季节划分并不够细致,不足以代表中国东部地区各个区域及季节的温湿特点。建立一套中国东部地区的大气标准廓线可以为辐射模拟提供更准确的输入量。

氧气A带红外辐射不同路径透过率的仿真分析

红外被动测距的核心就是大气透过率的计算,其精度决定最终测距精度。本文选取氧气A带作为研究对象,采用逐线积分算法,计算水平路径标况下的氧气A带的带平均透过率;通过简易算法对散射造成的衰减进行了研究;采用高空红外辐射透射比的方法,计算某一海拔处的透过率;对于斜程路径,采用等效路径的方法,实现斜程透过率的计算;分析了随着倾角的变化,透过率的变化趋势。在一般的工程应用中,其精度是可以基本满足的,有比较好的使用价值,该方法为精确测距提供了一种参考。

温室气体吸收带重叠对CO_2红外辐射效应的影响

利用精确的逐线积分模式,研究了大气主要温室气体H2O、CO2、O3、N2O和CH4吸收带重叠对红外冷却率的影响。同时,通过CO2浓度加倍的敏感性试验,详细讨论了重叠效应对CO2辐射效应的影响。结果表明:气体吸收带重叠对大气红外辐射计算具有重要的影响。在这5种大气主要的吸收气体中,N2O和CH4的重叠效应对总冷却率影响很小,在实际应用中可以忽略两者的重叠作用,采用近似方法处理其贡献。重叠效应对CO2辐射效应影响的总趋势是减弱由于其浓度增加而导致的温室效应的增强,主要贡献来自于CO215μm带的两翼,以及以960 cm-1和1064 cm-1为中心的次级弱吸收区。在垂直方向上,重叠效应主要表现在减弱了地表大气的增温强度,并使对流层大气由原来的冷却作用转变为增暖作用,而对平流层大气的影响很小。此外,由于大气H2O含量的变化,重叠效应还表现出明显的季节性和纬度变率。

行星大气1～3000GHz微波-亚毫米波辐射模拟

为模拟行星大气在微波-亚毫米波波段的辐射传输特性,利用逐线积分方法计算行星大气中各气体成分在1~3000 GHz的吸收系数.基于HITRAN数据库中各气体分子的跃迁频率及线强等参数,有效模拟了各气体分子在此频段内的吸收特征,并与常用的微波-亚毫米波大气辐射传输模式进行对比.分析地球大气的组成及特性,利用辐射传输方程模拟临边探测方式下不同频段的大气辐射亮温.研究结果可为后续地球乃至行星大气成分探测模拟、频带选择以及大气成分廓线反演提供模型及理论依据.

典型光谱吸收模型对静止轨道毫米波辐射分析

为分析我国未来拟发展的高轨静止卫星毫米波大气辐射特征,选择最佳模拟其毫米波辐射的光谱吸收线库方案,选取了三种基于典型光谱吸收线库逐线吸收模型(毫米波传播模型(MPM)、罗氏模型(ROS)和高分辨率分子吸收传输模型(HITRAN)),针对拟新增的静止轨道毫米波探测频率424 GHz,分析了三种大气吸收模型模拟该频率大气吸收系数随大气温度、大气压强和大气湿度的变化差异。构建了一种多层毫米波辐射传输模型,利用上海探空站加密观测数据,模拟风云三号B星微波湿度探测仪(FY3B/MWHS)183.31 GHz三个毫米波通道辐射值,并与真实观测值对比,分析三种光谱吸收线库在模拟海陆边界地区毫米波辐射时的性能差异。分析结果表明,对于424 GHz通道三种大气吸收模型对大气温度、大气压强和大气湿度的敏感变化趋势一致,数值上MPM模型与ROS模型更接近,HITRAN模型要显著低于其他模型。对于183.31 GHz,在海陆交界地区MPM模型模拟误差相比ROS和HITRAN模型最小,所有模型的第五通道模拟误差比第三通道和第四通道要小。

四波段飞机尾焰红外辐射的数值计算与图像仿真

通过对喷气式飞机尾焰流场特点的深入分析,绘制了尾焰的等温线图和各组分分压图。在深入对比和分析几种红外辐射计算方法后,确定选择精度较高的模型逐线积分算法。同时对HITRAN数据库提供的光谱谱线参数进行外推,得到在尾焰物理参数下的辐射计算数据,进而得到尾焰气体的吸收参数和辐射参数。综合得到的辐射参数,求解C-G谱带模型所给出辐射传输方程。最终,计算得到某喷气式飞机在非加力状态下,1. 8～2. 6μm,3. 0～4. 1μm,4. 1～5. 0μm,7. 7～9. 5μm波段内,沿特定视线方向上的尾焰红外辐射。根据计算得到的辐射结果,利用图形引擎OGRE仿真四波段的红外图像及添加大气效应后的变化。

FY-3D星红外高光谱大气探测仪的在轨光谱精度评估

风云三号D星(FY-3D)于2017年11月15日成功发射,搭载了国内第一颗自主研制的极轨红外高光谱大气探测仪(High-spectral Resolution Infrared Atmospheric Sounder,HIRAS),数据将在数值天气预报、大气温/湿廓线反演、大气成分探测等方面得到广泛应用。为满足高精度的探测能力需求,HIRAS的光谱分辨率达到0.625 cm^-1,辐射定标精度要求达到1.0 K,光谱定标精度要求达到10×10^-6,均为目前国内星载红外仪器最高精度指标。由于光谱频率的精确性会直接影响辐射精度,红外干涉仪器在数据应用之前必须进行光谱定标精度的精确评估和监测。以晴空视场下的高精度逐线辐射传输模拟光谱作为参考基准,利用互相关法计算光谱频率偏差,对发射后的HIRAS在轨数据的光谱定标精度进行了全面评估和验证研究。HIRAS在长波、中波1和中波2的光谱精度达到3×10^-6,其中长波和中波1光谱偏差标准差小于2×10^-6,远优于仪器设计指标要求;长期的光谱精度稳定性显示HIRAS中波1和中波2的光谱定标精度较稳定,在半年时间内频率变化小于5×10^-6,长波波段在半年的时间内有往负频率偏差变化的趋势,变化量约为7×10^-6,需要进行持续监测。HIRAS在轨光谱精度可满足后端产品反演和同化用户的使用需求。

论大气二氧化碳温室效应的饱和度

利用最新版本的大气分子吸收光谱资料HITRAN 2 0 0 0 ,用精确的逐线积分算法 ,计算了大气CO2 浓度变化后产生的辐射强迫。在此基础上 ,研究了CO2 温室效应的饱和度以及影响CO2 辐射强迫的各种因子。主要结论如下 :地面温度愈高 ,一般辐射强迫也愈大 ,但辐射强迫并不完全取决于地面温度 ,它还受大气温度廓线的强烈影响 ;研究的 6种模式大气中 ,吸收带重叠对热带大气的CO2 辐射强迫影响最大 ,对亚极冬季大气的影响最小 ;与长波辐射强迫相比 ,短波辐射强迫的贡献很小 ;CO2 的温室效应在 15 μm带中心等波段确实已经达到饱和 ,但在其它 (15 μm带两翼 ,10μm ,5 .2 μm带等 )波段远未达到饱和 。

第一次GEWEX温/湿反演研讨会简介

全球能量和水循环试验(GEWEX)是世界气候研究计划(WCRP)发起的。第一次GEWEX温/湿反演研讨会于1990年10月23—26日在美国马里兰州GreenbeltNASA哥达德空间飞行中心召开。来自美国、法国、英国、澳大利亚等国家的五十余名科学家出席了会议,其中包括从事数值模拟、水分循环过程、光谱学、大气、云和地面辐射传输以及卫星遥感的专家。 1.研讨会的目的研讨会致力于评价由卫星推导的大气温度和湿度廓线在气候模式中的应用,主要是有关全球能量和水循坏试验的研究中的精度问题。实际上。

利用走航式数据对南大洋大气CO_2廓线遥感反演

利用中国第24次南极考察期间获取的南大洋上空走航式大气CO2数据和大气红外探测器(AIRS)探测的辐射率,进行基于纬度分类下的统计回归,其结果作为物理反演的初始猜测场。通过逐线积分辐射传输模式,利用AMSU大气温度廓线和AIRS中13个通道的辐射测值反演南大洋上空的大气CO2浓度廓线,与WDCGG提供的固定站点下的大气CO2浓度进行比较,反演精度随纬度的变化而变化,从低纬到高纬相对误差分别为0.31%、1.17%、2.63%。与同期国外卫星产品CO2/AIRS比较,相对误差为1.11%、1.07%。

昆明冬季生物地面有效紫外辐照度的理论与实测研究(Ⅱ)

讨论了散射光的后向与前向散射率R与T的变化规律 ,以及利用已建立的辐射传输模式 ,计算出了冬季昆明地面各波长的紫外辐照度和紫外积分辐照度 ,此外结合实测的地面紫外辐照度对紫外传输规律及计算模式进行了比较分析 .分析结果显示 :散射辐射的反向散射率随高度和波长的变化趋势与对直接辐射的大致相同 ,波长较短紫外辐射的单次散射反照率对高度的变化敏感 ,另外模式的计算结果基本能够反映辐射传输的实际状况 .