NCC/IAP T63海气耦合模式云辐射参数化方案的改进及其在气候模拟中的应用
发布时间：2021-04-24 18:52
本文利用NCC/IAP T63海气耦合模式进行了较长时间的积分,详细分析了其对云辐射过程的模拟能力,发现原模式对云量的模拟存在较大的缺陷,在大洋东岸、夏半球副热带到中纬度海洋上空低云的模拟出现了明显偏低的现象,这导致大气对短波辐射的吸收和反射过弱,大气顶射出长波辐射过多。为此首先对云量参数化方案进行了改进;考虑到原辐射方案对云量在辐射计算中所起的作用考虑得比较简单,同时原辐射方案在辐射波段的划分上较为粗糙,特引入FuLiou辐射参数化方案;其次针对原模式对云水含量模拟的不足,引入了一种新的诊断云水方案,以改善对云辐射性质的模拟;最后,考虑到冰云在辐射传播中的重要作用,利用温度方法对云中冰水和液水进行了区分,同时还研究了模式对云粒子有效半径的敏感性。通过上述改进,使NCC/IAP T63模式中的云辐射参数化方案更为合理,明显改进了云辐射过程的模拟,同时气候模拟的结果在许多方面得到了改进和提高,得到的主要结论如下: （1） 模式原方案对总云量的分布具有一定的模拟能力,但在大洋东岸、夏半球副热带到中纬度海洋上空（纬度30到60度之间）低云的模拟出现了明显偏低的现...
【文章来源】：中国气象科学研究院北京市
【文章页数】：197 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 选题的目的和意义
1.2 云辐射参数化发展综述
1.2.1 云方案
1.2.2 辐射参数化
1.3 气候模式中云辐射反馈机理的评述
1.3.1 云和辐射间的主要反馈机制
1.3.1.1 云量和云高
1.3.1.2 云量的垂直重叠
1.3.1.3 云水含量
1.3.1.4 云的光学厚度
1.3.1.5 云粒子大小
1.3.2 模式对云辐射参数化的敏感性研究
1.3.3 云辐射过程和大尺度天气气候背景的关系
1.3.4 东亚及中国地区云辐射反馈过程的研究
1.4 研究中存在的主要问题
1.5 本文所要解决的问题和主要研究内容
第二章 NCC／IAPT63海气耦合模式介绍及试验方案
2.1 海气耦合模式简介
2.1.1 大气模式
2.1.1.1 动力框架
2.1.1.2 物理过程参数化
2.1.2 海洋模式
2.1.2.1 基本方程组
2.1.2.2 正斜压分解—耦合算法
2.1.2.3 海水状态方程
2.1.2.4 数值方法
2.1.2.5 物理过程的参数化
2.1.3 大气模式和海洋模式的耦合
2.2 试验方案及资料
2.2.1 方案设计
2.2.2 验证资料
第三章 模式对云辐射过程的模拟及其对云量方案的改进
3.1 引言
3.2 云量参数化方案及其改进
3.3 气候漂移和通量调整
3.4 对云和辐射的模拟
3.4.1 云量的模拟
3.4.1.1 总云量
3.4.1.2 总云量的全球分布
3.4.1.3 云量的垂直结构
3.4.2 辐射的模拟
3.4.2.1 短波辐射
3.4.2.2 长波辐射
3.4.2.3 净辐射
3.5 云对辐射加热率的影响
3.6 云量的改进对模拟的影响
3.6.1 对大气基本要素场模拟的影响
3.6.1.1 气温
3.6.1.2 位势高度场
3.6.1.3 比湿
3.6.1.4 纬向平均风场和垂直速度
3.6.1.5 降水
3.6.2 对海洋模拟的影响
3.6.2.1 海温
3.6.2.2 热带海温的季节循环
3.6.2.3 表层洋流
3.7 本章小结
第四章 两种辐射参数化方案对模拟影响的比较
4.1 引言
4.2 辐射参数化方案介绍及试验设计
4.2.1 两种辐射参数化方案的主要差别
4.2.2 试验设计
4.3 结果分析
4.3.1 大气顶入射短波辐射
4.3.2 云量
4.3.3 辐射
4.3.3.1 两种方案短波辐射吸收能力的比较
4.3.3.2 大气长波辐射
4.3.3.3 行星反照率
4.3.3.4 大气顶和地表的辐射通量
4.3.3.5 辐射加热率的变化
4.3.4 对大气和海洋平均状态模拟的影响
4.3.4.1 温度
4.3.4.2 位势高度
4.3.4.3 水汽
4.3.4.4 降水
4.3.4.5 潜热和感热
4.4 本章小结
第五章 一种新的诊断云水含量方案的应用
5.1 引言
5.2 一种新的诊断云水方案的引入
5.3 模拟结果分析
5.3.1 云量
5.3.2 云水含量
5.3.3 有关辐射的模拟
5.3.3.1 云的短波吸收和行星反照率
5.3.3.2 云辐射强迫
5.3.3.3 辐射通量
5.3.4 对大气模拟的影响
5.3.4.1 气温
5.3.4.2 位势高度
5.3.4.3 水汽含量
5.3.4.4 潜热和感热
5.4 本章小结
第六章 冰云和水云的区分以及模拟对云滴有效半径的敏感性
6.1 引言
第一部分 冰云和水云的区分
6.2 冰云和水云的区分
6.3 冰云光学性质的处理
6.4 云水含量和消光光学厚度
6.5 对辐射的模拟
6.5.1 大气和云对短波辐射的吸收
6.5.2 行星反照率
6.5.3 云辐射强迫
6.5.3.1 短波云辐射强迫
6.5.3.2 长波云辐射强迫
6.5.4 大气顶辐射通量
6.6 有关大气气候场的模拟
6.6.1 气温
6.6.2 位势高度
6.6.3 水汽含量
第二部分 模式对云滴有效半径的敏感性
6.7 云滴有效半径
6.8 光学厚度的变化
6.9 与辐射有关量的模拟
6.9.1 云对短波辐射的吸收和行星反照率
6.9.2 云辐射强迫
6.9.2.1 地理分布
6.9.2.2 季节变化
6.10 有关大气气候场的模拟
6.10.1 气温
6.10.2 位势高度
6.10.3 水汽
6.10.4 感热和潜热通量
6.11 本章小结
第七章 结论和讨论
参考文献
致谢
个人简历
【参考文献】：
期刊论文
[1]气候模式中云辐射反馈过程机理的评述[J]. 汪方,丁一汇. 地球科学进展. 2005(02)
[2]中国南方地区层状云的形成和日变化特征分析[J]. 李昀英,宇如聪,徐幼平,张学洪. 气象学报. 2003(06)
[3]中国地区云的气候特征分析[J]. 刘洪利,朱文琴,宜树华,李维亮,陈隆勋,白立杰. 气象学报. 2003(04)
[4]利用ERBE资料分析中国地区云辐射强迫的时空变化[J]. 马晓燕,季国良. 高原气象. 2000(02)
[5]卷云与水云的短波透射与反射特性[J]. 佟彦超,刘长盛. 大气科学. 1998(01)
[6]NCAR RegCM2对东亚区域气候的模拟试验[J]. 罗勇,赵宗慈. 应用气象学报. 1997(S1)
[7]冰云短波辐射特性参数化[J]. 张国栋. 应用气象学报. 1997(03)
[8]混合云在GCM气候模拟中的重要性[J]. 孙治安. 应用气象学报. 1996(04)
[9]本世纪海洋云量变化与全球增暖问题[J]. 曾昭美,章名立. 大气科学. 1996(02)
[10]云和辐射──（I）云气侯学和云的辐射作用[J]. 汪宏七,赵高祥. 大气科学. 1994(S1)
本文编号：3157887
【文章来源】：中国气象科学研究院北京市
【文章页数】：197 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 选题的目的和意义
1.2 云辐射参数化发展综述
1.2.1 云方案
1.2.2 辐射参数化
1.3 气候模式中云辐射反馈机理的评述
1.3.1 云和辐射间的主要反馈机制
1.3.1.1 云量和云高
1.3.1.2 云量的垂直重叠
1.3.1.3 云水含量
1.3.1.4 云的光学厚度
1.3.1.5 云粒子大小
1.3.2 模式对云辐射参数化的敏感性研究
1.3.3 云辐射过程和大尺度天气气候背景的关系
1.3.4 东亚及中国地区云辐射反馈过程的研究
1.4 研究中存在的主要问题
1.5 本文所要解决的问题和主要研究内容
第二章 NCC／IAPT63海气耦合模式介绍及试验方案
2.1 海气耦合模式简介
2.1.1 大气模式
2.1.1.1 动力框架
2.1.1.2 物理过程参数化
2.1.2 海洋模式
2.1.2.1 基本方程组
2.1.2.2 正斜压分解—耦合算法
2.1.2.3 海水状态方程
2.1.2.4 数值方法
2.1.2.5 物理过程的参数化
2.1.3 大气模式和海洋模式的耦合
2.2 试验方案及资料
2.2.1 方案设计
2.2.2 验证资料
第三章 模式对云辐射过程的模拟及其对云量方案的改进
3.1 引言
3.2 云量参数化方案及其改进
3.3 气候漂移和通量调整
3.4 对云和辐射的模拟
3.4.1 云量的模拟
3.4.1.1 总云量
3.4.1.2 总云量的全球分布
3.4.1.3 云量的垂直结构
3.4.2 辐射的模拟
3.4.2.1 短波辐射
3.4.2.2 长波辐射
3.4.2.3 净辐射
3.5 云对辐射加热率的影响
3.6 云量的改进对模拟的影响
3.6.1 对大气基本要素场模拟的影响
3.6.1.1 气温
3.6.1.2 位势高度场
3.6.1.3 比湿
3.6.1.4 纬向平均风场和垂直速度
3.6.1.5 降水
3.6.2 对海洋模拟的影响
3.6.2.1 海温
3.6.2.2 热带海温的季节循环
3.6.2.3 表层洋流
3.7 本章小结
第四章 两种辐射参数化方案对模拟影响的比较
4.1 引言
4.2 辐射参数化方案介绍及试验设计
4.2.1 两种辐射参数化方案的主要差别
4.2.2 试验设计
4.3 结果分析
4.3.1 大气顶入射短波辐射
4.3.2 云量
4.3.3 辐射
4.3.3.1 两种方案短波辐射吸收能力的比较
4.3.3.2 大气长波辐射
4.3.3.3 行星反照率
4.3.3.4 大气顶和地表的辐射通量
4.3.3.5 辐射加热率的变化
4.3.4 对大气和海洋平均状态模拟的影响
4.3.4.1 温度
4.3.4.2 位势高度
4.3.4.3 水汽
4.3.4.4 降水
4.3.4.5 潜热和感热
4.4 本章小结
第五章 一种新的诊断云水含量方案的应用
5.1 引言
5.2 一种新的诊断云水方案的引入
5.3 模拟结果分析
5.3.1 云量
5.3.2 云水含量
5.3.3 有关辐射的模拟
5.3.3.1 云的短波吸收和行星反照率
5.3.3.2 云辐射强迫
5.3.3.3 辐射通量
5.3.4 对大气模拟的影响
5.3.4.1 气温
5.3.4.2 位势高度
5.3.4.3 水汽含量
5.3.4.4 潜热和感热
5.4 本章小结
第六章 冰云和水云的区分以及模拟对云滴有效半径的敏感性
6.1 引言
第一部分 冰云和水云的区分
6.2 冰云和水云的区分
6.3 冰云光学性质的处理
6.4 云水含量和消光光学厚度
6.5 对辐射的模拟
6.5.1 大气和云对短波辐射的吸收
6.5.2 行星反照率
6.5.3 云辐射强迫
6.5.3.1 短波云辐射强迫
6.5.3.2 长波云辐射强迫
6.5.4 大气顶辐射通量
6.6 有关大气气候场的模拟
6.6.1 气温
6.6.2 位势高度
6.6.3 水汽含量
第二部分 模式对云滴有效半径的敏感性
6.7 云滴有效半径
6.8 光学厚度的变化
6.9 与辐射有关量的模拟
6.9.1 云对短波辐射的吸收和行星反照率
6.9.2 云辐射强迫
6.9.2.1 地理分布
6.9.2.2 季节变化
6.10 有关大气气候场的模拟
6.10.1 气温
6.10.2 位势高度
6.10.3 水汽
6.10.4 感热和潜热通量
6.11 本章小结
第七章 结论和讨论
参考文献
致谢
个人简历
【参考文献】：
期刊论文
[1]气候模式中云辐射反馈过程机理的评述[J]. 汪方,丁一汇. 地球科学进展. 2005(02)
[2]中国南方地区层状云的形成和日变化特征分析[J]. 李昀英,宇如聪,徐幼平,张学洪. 气象学报. 2003(06)
[3]中国地区云的气候特征分析[J]. 刘洪利,朱文琴,宜树华,李维亮,陈隆勋,白立杰. 气象学报. 2003(04)
[4]利用ERBE资料分析中国地区云辐射强迫的时空变化[J]. 马晓燕,季国良. 高原气象. 2000(02)
[5]卷云与水云的短波透射与反射特性[J]. 佟彦超,刘长盛. 大气科学. 1998(01)
[6]NCAR RegCM2对东亚区域气候的模拟试验[J]. 罗勇,赵宗慈. 应用气象学报. 1997(S1)
[7]冰云短波辐射特性参数化[J]. 张国栋. 应用气象学报. 1997(03)
[8]混合云在GCM气候模拟中的重要性[J]. 孙治安. 应用气象学报. 1996(04)
[9]本世纪海洋云量变化与全球增暖问题[J]. 曾昭美,章名立. 大气科学. 1996(02)
[10]云和辐射──（I）云气侯学和云的辐射作用[J]. 汪宏七,赵高祥. 大气科学. 1994(S1)
本文编号：3157887
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