有云大氣三維輻射效應數(shù)值模擬研究.pdf

1、大氣數(shù)值模式普遍采用一維輻射傳輸模型，無法表征有云大氣中的三維輻射傳輸過程，從而影響數(shù)值模擬乃至數(shù)值天氣預報的準確性。為評估這種不確定性，本文采用寬帶三維輻射傳輸模式SHDOM，以探究三維云輻射相互作用及其改變云熱力和動力結構規(guī)律為出發(fā)點，討論一維和三維有云大氣長短波輻射通量與變溫率空間分布及其可能導致的云浮力方面影響，定量分析鄰近云體對目標區(qū)域云體熱力結構，力求為改進數(shù)值模式輻射計算方案提供理論依據(jù)。
　　首先對比討論一維與三維

2、輻射傳輸輻射通量與變溫率差異，分別將高階散射擴散衰減、低階散射輻射增強和低階散射輻射減弱造成的三維云輻射特征分別歸類為輻射逃逸效應、云邊照明效應和云的陰影效應。
　　為討論三維輻射效應可能導致的云動力影響，本文選取淡積云場，利用變溫率對云浮力的換算公式，初步討論三維云輻射變溫對云浮力可能造成的影響。結果表明，長波中，云邊界浮力大小與云間距離成反比。當云體間水平距離較遠時，云表面邊界水平發(fā)射長波輻射導致自身降溫，形成負浮力;當云體相

3、鄰時，云與云之間通過長波輻射能量交互，使云邊界降溫減緩，形成正浮力。對于短波情況，云浮力與太陽入射方向及三維云場性質(zhì)有關。當太陽傾斜入射時，云體向陽處接受更多的短波輻射，造成輻射增溫，形成正浮力。云體陰面受云體遮蔽短波輻射降溫，形成下沉的負浮力。
　　為分析云與云之間的三維輻射影響，選取I3RC PhaseⅡ的典型積云和層積云場作為試驗云場，將其中心區(qū)域視為目標云體，周圍區(qū)域為鄰近云體，模擬了長波和短波輻射變溫率的空間分布，定量闡

4、明鄰近云體對目標云體熱力結構的影響。結果表明:鄰云在長波區(qū)域對目標云體主要起著輻射保溫的作用，增溫區(qū)域集中于靠近鄰云的云體表面邊界，增溫強度與云覆蓋率和云間距離倒數(shù)成正比，最高可達3.08K/h，增溫的云體厚度與目標云體液態(tài)水含量成反比;在短波區(qū)域，鄰云同時起著散射增溫和遮蔽降溫的作用，太陽垂直入射時，散射增溫效應較弱，且空間局域性不強;當太陽天項角增大后，遮蔽降溫效應逐步起主導作用，造成鄰云遮擋一側的目標云體表面邊界明顯降溫，峰值可達