适用于云微物理特性连续变化的辐射传输参数化方案研究

发布时间：2020-07-16 19:43

【摘要】：本文提出了适用于云微物理特性连续变化的辐射传输参数化方案(记作非均匀方案),其中包含短波参数化方案和红外参数化方案。该方案基于标准的微扰动理论,将不对称因子和单次散射反照率在垂直方向的连续变化所引起的非均匀性用微扰项表示出来,并结合二流近似辐射传输算法来求解云内非均匀辐射传输过程。本方案不仅适用于处理垂直非均匀的云内辐射传输过程,而且适用于垂直非均匀的雪内辐射传输过程。利用新发展的方案,本文详细计算不同光学特性的理想介质、云和雪内非均匀辐射传输过程,并发现该方案精度远远高于未考虑介质(理想介质、云和雪)内部光学特性非均匀变化的经典二流辐射传输方案(记作均匀方案)。主要得到以下几点结论:(1)对于短波辐射,在理想介质中,均匀方案计算的反射率和吸收率的相对误差随着光学厚度的增大而增大,相对误差可以超过20%;然而,非均匀方案计算得到的相对误差随光学厚度的变化不明显,在大多数情况下其相对误差不超过4%。云个例的结果显示,在0.25-0.69μm的波带中,非均匀方案计算的吸收率相对误差为1.4%,而均匀方案的误差可达到7.4%。雪的个例显示,在0.25-0.69μm波带中,均匀方案对于吸收率的计算相对误差高达72%,而非均匀方案的相对误差则小于40%。0.94μm波长下的云和雪的个例都显示,非均匀方案反射率和吸收率的计算精度比均匀方案更高。(2)对于长波辐射,在理想介质中,非均匀方案计算的比辐射率的相对误差明显小于均匀方案计算的结果。总体来讲,均匀方案计算的向上比辐射率的相对误差可以达到5%,而非均匀方案计算的向上比辐射率的相对误差基本上不超过1.4%;对于向下比辐射率,非均匀方案计算的相对误差基本上比均匀方案的计算结果小一个量级,非均匀方案计算结果的相对误差最大约为0.8%,而均匀方案计算结果的相对误差可达到7%。云的个例显示,在5-8μm波带中,非均匀方案计算的向下比辐射率相对误差最大1.8%,而均匀方案计算的相对误差高达12%;在11μm波长下,非均匀方案计算的向上比辐射率相对误差小于0.5%,而均匀方案计算的相对误差在1.7%左右;非均匀方案计算的向下比辐射率的相对误差为1.4%左右,而均匀方案计算的相对误差大于9%。在5-8μm波带和11μm波长下的雪的个例都表明,非均匀方案计算结果的精度比均匀方案更高。
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：P426.5;P422
【图文】：

小参数,方案,吸收率,非均匀

逡逑以上两个例子并未讨论小参数＆和＆的变化情况，图３给出这两个小参逡逑数变化对反射率和吸收率的影响。图３上两行，不对称因子在整层介质内是常逡逑数，ｇＭ邋＝邋０．７５，单次散射反照率随光学厚度变化形式为逡逑＋逦其中，＆也是衡量单次散射反照率变化幅度的逡逑量，ｋ的变化范围是－０．２到－０．００２，ｒ。的变化范围是０．０５到５０。对于反射率，逡逑在光学厚度较大，＆的绝对值较大时，均匀方案的相对误差高达２０％，而同样逡逑的情况下，非均匀方案的相对误差仅仅有４％。对于吸收率，均匀方案的相对误逡逑差可以达到７％，而非均匀方案的相对误差在大多数情况下不超过１％。逡逑图３下两行

相对误差,方案,非均匀,波带

逑至ＩＪ，只是０．２５－０．６外ｍ波带换成０．９４ｐｍ波长。反射率及其相对误差的结果显示逡逑（图４ｃ－ｄ），当太阳天顶角的余弦值凡从０．０１增长到１时，均匀方案计算造成逡逑的相对误差从０．２５％增长到０．７１％，而非均匀方案的相对误差仅仅从０．０５％增长逡逑到０．１４％邋（未考虑正负）。吸收率及其相对误差的结果显示（图４ｅ－ｆ），两个逡逑方案的相对误差并不随着外的变化而变化，误差基本上是一个定值。均匀方案逡逑的相对误差大约为７．４％，非均匀方案的相对误差只有１．４％。逡逑￣６逡逑ｘ｜0邋，，，逦

波长,相对误差,方案,非均匀

【参考文献】