基于SBDART辐射传输模式的晴天地面总辐射模拟误差分析

基于SBDART辐射传输模式,利用POM-02型天空辐射计观测和反演获得的气溶胶光学参数计算地面总辐射,并与CM21辐射表的观测结果对比以探讨晴天地面总辐射模拟的误差来源。结果表明:地面总辐射对气溶胶单次散射比和水汽柱含量的敏感性较强,模拟中对这2个因子减少50%会分别造成地面总辐射量增加56.99W/m2和减少25.45W/m2。在准确输入水汽柱含量基础上变换大气廓线对地面总辐射计算结果影响甚微。相关性及多元线性回归分析表明,天顶角、气溶胶单次散射比和光学厚度是地面总辐射相对误差的主要来源。利用上述3个因子建立回归方程,回归结果与地面总辐射相对误差的相关系数为0.486(通过了置信度0.01的显著性检验),说明回归方程能够准确的计算相对误差,利用该方法可以对本站模式计算结果进行修订。

SBDART辐射传输模式及其在飞机潜在积冰区反演中的应用

SBDART(平面平行辐射传输模式 )是近年来国际上比较流行的一种计算辐射传输的模式 ,该模式旨在解决在卫星遥感和大气辐射能量平衡研究中遇到的各种辐射传输问题。它是基于大量经过仔细筛选的物理模式而建立起来的辐射传输模式 ,并且在实践中发展完善。文章详细介绍了SBDART模式的功能和结构 ,并利用SBDART模式结合卫星资料反演出云的光学厚度、有效粒子半径及消光系数 。

libRadtran的云辐射传输模式及其与SBDART的比较

介绍了libRadtran辐射传输模式中对水云和冰云辐射特征(单次散射反照率、体消光系数和不对称因子)的参数化方案,利用该模式对水云和冰云在0.65μm、1.64μm和2.13μm的反射率进行了模拟计算,并将计算结果与SBDART的模拟结果进行了比较。结果表明,在相同条件下,水云的libRadtran的参数化计算结果要比SBDART米散射的计算结果要小,二者在可见光区域符合的较好,在近红外区域相差较大;不同形状冰晶的参数化模拟计算结果要比SBDART球形米散射的计算结果更为详细和准确,libRadtran在考虑冰晶形状时的辐射传输计算要比SBDART有优势。在云微物理参数反演需要预先计算的冰云辐射查找表可以用libRadtran代替目前广泛使用的SBDART辐射传输模式。

基于SBDART辐射传输模型的夜间辐射雾自动检测及时间序列分析

如何确定合适的阈值来区分夜间辐射雾、晴空地表和中高云一直是雾检测研究的重点。圣巴巴拉DISORT大气辐射传输模型(Santa Barbara DISORT atmospheric radiative transfer,SBDART)可模拟雾顶亮度温度。基于该模型获取MODIS B20与B31波段的亮温差(brightness temperature difference,BTD),将其用于夜间辐射雾检测。以MODIS卫星数据为可行性试验数据,用国家卫星气象中心提供的地面验证数据进行验证,结果表明,使用该模型监测夜间雾的准确率达78.3%,误判率为21.7%,可靠性指标为0.643,Kappa系数为0.730。为进一步验证方法的稳定性,选取8景卫星序列图像进行时间序列分析,结果显示Kappa系数均值为0.744,说明应用当前阈值方法对MODIS夜间雾检测具有可适用性。该方法为夜间雾预报和夜间雾参数反演提供了有效的参考。

紫外辐射传输模式计算与实际测量的比较

利用改进的离散坐标法紫外辐射传输模式，应用各种可测得的实际大气物理参数，模拟了１９９３年７月２４日德国加尔米希一帕特科琛（Ｇａｒｍｉｓｃｈ—Ｐａｒｔｅｎｋiｒｃｈｅｎ，４７．４７°Ｎ，１１０７°Ｅ）地面紫外辐射的全天分布，并与１９９３年秋天第三次欧洲紫外辐射光谱仪比对活动期间通过了严格绝对标定的奥地利莫斯布鲁克（Ｉｎｎｓｂｒｕｃｋ）大学的紫外光谱仪的实际观测资料进行了比较，进行了余弦响应订正后，计算与测量的绝对值差别很小，最大误差对地面ＵＶＢ通量（２８０～３２０ｎｍ）是０．０７Ｗ／ｍ２（正午的通量为３、２Ｗ／ｍ２）。对ＵＶＡ（３２０～４００ｎｍ）最大误差是２６Ｗ／ｍ２（正午通量为５４Ｗ／ｍ２）计算与测量的平均偏差为５％～１３％，这表明，地面紫外辐射水平也可以利用其他大气观测资料通过模式计算间接得到。

利用RTTOV7快速辐射传输模式模拟风云二号红外和水汽成像通道辐射率的研究

为使RTTOV7能模拟FY2B红外、水汽通道辐射率,综合GENLN2计算的6个卫星天顶角的600-3000 cm-1的精确大气透过率,以及这两个通道的光谱响应函数,采用多元线性回归方法计算出适当的透过率系数.利用新的透过率参数,以相同的大气廓线作输入参量,对FY2B和GMS5的模拟分析表明,RTTOV7能得到相似的模拟亮温.利用ECMWF预报廓线以及新的透过率参数模拟FY2B水汽和红外亮温与实际观测的误差对比分析表明该模式能在短时间内以较高的精度模拟该卫星通道的辐射观测.

海洋-大气耦合辐射传输模式

本文在已有的ＤＩＳＯＲＴ大气辐射传输模式基础上，耦合进一个海洋反射模式，在海洋反射模式部分，考虑了风生海表毛细波对海表双向反射的作用以及海洋中叶绿素、悬浮物、溶解有机物对海洋反射光谱的影响，同时，为应用方便，为此模式配套了完整的大气温、压、湿、微量气体、气溶胶及太阳地外谱数据集；此海洋反射模式和海洋－大气耦合辐射传输模式已与１９９５年９月５日黄海海面反射光谱的实测资料和飞行实验中的光谱仪测量数据进行了对比验证，模拟结果与实测数据基本上符合。

辐射特性测量大气传输修正研究:大气辐射传输模式和关键大气参数分析

工作于大气中的光电测量(或遥感)设备接收的目标辐射信号受大气衰减和大气背景辐射影响。大气传输修正是目标辐射特性测量的一个重要环节。介绍了目前国际上实用的大气辐射传输计算模式及影响大气传输的重要大气光学参数的探测方法。对影响红外波段大气传输的重要大气光学参数作了分析,论证了辐射测量大气传输修正系统必须测量的大气参数。

陆面过程中冠层四流辐射传输模式的模拟性能检验

利用实际观测资料检验新发展的植被冠层四流辐射传输模式的模拟性能。将浙江大学田间观测数据用于模式试验,其结果表明:在可见光波段,因叶片散射率值较小,四流模式和二流模式模拟结果差别不大,模拟的冠层反照率都接近观测值。这表明在可见光波段,二流模式已经能够较好模拟冠层反照率,四流模式能够提高的精度范围有限;在近红外波段,因叶片散射率值较大,两个模式模拟结果差别较明显,四流模式模拟的冠层反照率相对二流模式的模拟结果更接近观测值。利用第2次雪模式比较计划SNOWMIP资料和改进的10层陆面模式BATS进行耦合试验,将四流模式以及二流模式均耦合到该陆面模式中,其目的是为考察四流模式对陆面模式模拟地表反射太阳短波辐射通量的影响。耦合后得到的结果与SNOWMIP中加拿大BERMS草地站和森林站的观测资料进行了对比。对比结果表明,采用四流模式、二流模式、BATS原辐射传输模式后,耦合四流模式的陆面模式模拟地表反射太阳短波辐射通量最接近观测值。说明采用四流模式能够改善陆面模式对地表反射太阳短波辐射通量的模拟。

三维辐射传输模式分析非均匀云对天空辐射场影响

为了解非均匀分立云体分布状况下的天空辐射场与无云晴空辐射场的差异,本文借助一个三维辐射传输数值模式SHDOM模拟了离散云块分布条件下的天空辐射场分布,重点分析不同云况分布情况下"非云"大气的辐射分布特征,并将该区域与无云晴空大气辐射场的相同区域进行了比对。工作主要从辐亮度以及450 nm/650 nm的辐射比两参数入手进行讨论。研究发现,相对无云晴空大气,云的存在会对周围"非云"大气散射辐射产生影响,影响程度与云量、云及气溶胶光学厚度等参数相关。数值模拟结果表明,在云量不太大的条件下,无云视场空间的大部分辐射值与无云晴空相比变化很小,集中在±2%之间。这一结果表明,已有的一维均匀大气辐射传输模式运算结果所得云与非云相元的判据基本适用于非均匀分布的有云大气。另一方面,模拟结果表明我们也完全可以利用非均匀有云大气中的无云视场观测结果进行大气气溶胶等晴空大气光学特征的探测研究。

一个三维Monte-Carlo地气耦合辐射传输模式

建立了一个可靠和较高计算效率的三维Monte Carlo地气耦合辐射传输模式( 3DMC)。该模式在光子释放和定位、地气耦合。

辐射传输模式中地表参数对大气长波辐射的影响

本文利用Ｌｉｏｕ－Ｏｕ一维宽带辐射传输模式，对地表热力参数取值部分作了改进，使用模式大气和青藏高原实测资料对下垫面温度与地表空气温度两者不能合二为一的问题进行了分析，同时还讨论了下垫面温度的日变化对大气长波辐射通量日变化的影响及地表比辐射率的变化对大气长波辐射通量计算结果的修正作用。

应用Hydrolight模式研究含油水体辐射传输特性的关键技术

辐射传输模式Hydrolight在国际水色遥感研究领域已被广泛用于解决水体光学的各种问题,也是进行石油类污染水体辐射传输特性研究的有效模型.结合Hydrolight模式的机理、应用现状及含油水体的特点,提出了将该模式应用于光学特性复杂的石油污染水体辐射传输特性研究时需要解决的关键技术,包括测定石油污染水体吸收系数和散射系数、建立石油污染吸收和散射特性随波长和深度变化的参数化模型、确定油物质的吸附后悬浮颗粒物体散射函数模型等方面.依据2018年8月和2016年8月分别在辽宁大连港和辽宁盘锦辽河油田等区域测定的含油水体数据,讨论了这些关键技术的解决方案.

陆面过程模式中植被冠层短波辐射传输参数化方案研究进展

阐述植被冠层内短波辐射传输模式研究在陆面过程及陆气相互研究中的重要性,全面地回顾有关冠层短波辐射传输模式的研究进展,结合目前在陆面过程领域具有代表性的冠层短波辐射传输模式,指出当前在这一领域研究中存在并有待于解决的问题,探讨了未来的发展趋势。

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。

用于空间对地遥感的一个参数化辐射传输计算模式

一个足够精度的参数化向上亮度模式对空间对地遥感的大气订正应用是很有意义的。依据向上天空亮度对大气散射相函数、光学厚度、太阳天顶角、空间方位和天顶角等有关参数的依赖特性，基于大量的天空亮度数值模拟计算资料，本文发展了一个关于向上天空亮度的参数化模式。３９４４０组的数值模拟对比资料表明，在气溶胶光学厚度τｔ≤１，太阳天顶角小于７２ｏ，μ≤０．４３２（天顶角小于６５ｏ）以及无云的条件下，由现在的参数化的模式所计算的向上亮度的误差一般小于６％。地表反射率越大，参数化模式的精度越高。参数化模式的精度一般随着光学厚度和太阳天顶角的增大而变差。

不同辐射传输方案对P-σ RCM9区域气候模式性能的影响

将NCARCCM3辐射传输方案CRM（Column Radiation Model）引入到P-σ RCM9区域气候模式中，并对两组辐射传输方案下P-σ RCM9区域气候模式模拟的东亚冬、夏季气候特征差异进行对比分析，发现采用CRM辐射传输方案能够改善P-σ RCM9区域气候模式对中国区域冬、夏季地面温度的模拟，且在夏季的改善比冬季更明显，还改善了P-σ RCM9区域气候模式对对流层高层（200-100hPa）短波辐射加热率和长波辐射加热率的计算，然后改进了模式对200-300hPa垂直平均经向温度梯度的模拟，进而使得模拟的冬、夏季东亚高空西风急流比采用KQ辐射传输方案的模拟结果更加接近NCEP/NCAR再分析资料。同时还发现，采用CRM辐射传输方案后，P-σ RCM9气候模式模拟的中国地区冬、夏季的降水率在强度和分布形势上均比采用KQ辐射传输方案的模拟结果更接近观测，CRM辐射传输方案能够较明显地提高P-σ RCM9气候模式对中国地区冬、夏季降水的模拟能力。

基于星地测量和辐射传输模式的特定地域大气中分辨力光谱辐射特征

利用中分辨力成像光谱仪数据,采用星地测量并结合中分辨力辐射传输模式,以巢湖流域及周边为实验区,计算得到该地区夏季实际大气层结下沿观测路径整层大气透过率、大气辐射、大气热辐射和大气散射的太阳辐射在中分辨力光谱上的特征,以及整层大气廓线。研究结果表明:受能见度影响,实验区两地点水体像元处的整层大气透过率数值略高于植被像元处;两地卫星入瞳处的程辐射和卫星探测器探测到的程辐射谱分布相似;在可见至近红外波段,大气程辐射和散射的太阳辐射谱分布相似性较强,且随着波长增加而数值均逐渐减小,而大气热辐射数值很小;两个地点在短波范围内路径热辐射很低且接近,随着波长的增加,热辐射明显增强,波长越长,两地点热辐射差别越明显;当日天气晴好,气溶胶含量较低,而且两地距离很近,因此两地的大气廓线数据基本相似。

应用SVM技术模拟前向辐射传输模式

提出了一种利用支持向量机(SVM)模拟前向辐射传输模式的方法。利用欧洲中期天气预报中心(ECMWF)的RTTOV_8_7前向辐射传输模式和60L-SD廓线集生成了AMSU-A模拟亮温资料,用模拟亮温和相应的廓线集资料组成训练样本和检验样本,采用SVM方法进行训练。对检验样本的模拟显示,SVM可以用于描写前向辐射传输模式中的非线性映射关系,较好地由大气廓线集资料模拟出与其相关的AMSU-A仪器5—14通道亮温,其中通道6—14的均方根误差在0.1K以内,平均误差算术平均值在0.01K以内。通过多元线性回归方法对温度廓线进行反演试验,发现用SVM模拟的亮温可以用于温度廓线反演,其反演精度可以达到甚至高于RTTOV_8_7计算的亮温。

用云和辐射传输模式研究对流性降水云微物理及辐射特性

利用中国气象科学研究院的三维对流云模式模拟了 1 998年发生在我国武汉地区的特大暴雨过程中的对流云。在模拟云的成熟阶段 ,模拟结果和地面最大降水量实况及热带测雨卫星TRMM (TropicalRainfallMeasureMission)的降水雷达PR(Pre cipitationRadar)的零度层高度和降水粒子达到的高度较接近。将该云物理模式的输出结果输入到Liu的三维辐射模式的输入场 ,模拟了以TRMM的微波成像仪TMI(TRMMMicrowaveImager)的扫描角为入射角 ,频率为 85 5GHz和 37 0GHz的星载微波辐射仪接受到的亮温 ,模拟的结果表明云中各微物理量的分布对上行微波辐射的影响较大。