有云大氣三維輻射效應(yīng)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(wú)法表征有云大氣中的三維輻射傳輸過(guò)程，從而影響數(shù)值模擬乃至數(shù)值天氣預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性。為評(píng)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?cè)茻崃蛣?dòng)力結(jié)構(gòu)規(guī)律為出發(fā)點(diǎn)，討論一維和三維有云大氣長(zhǎng)短波輻射通量與變溫率空間分布及其可能導(dǎo)致的云浮力方面影響，定量分析鄰近云體對(duì)目標(biāo)區(qū)域云體熱力結(jié)構(gòu)，力求為改進(jìn)數(shù)值模式輻射計(jì)算方案提供理論依據(jù)。
　　首先對(duì)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(kuò)散衰減、低階散射輻射增強(qiáng)和低階散射輻射減弱造成的三維云輻射特征分別歸類(lèi)為輻射逃逸效應(yīng)、云邊照明效應(yīng)和云的陰影效應(yīng)。
　　為討論三維輻射效應(yīng)可能導(dǎo)致的云動(dòng)力影響，本文選取淡積云場(chǎng)，利用變溫率對(duì)云浮力的換算公式，初步討論三維云輻射變溫對(duì)云浮力可能造成的影響。結(jié)果表明，長(zhǎng)波中，云邊界浮力大小與云間距離成反比。當(dāng)云體間水平距離較遠(yuǎn)時(shí)，云表面邊界水平發(fā)射長(zhǎng)波輻射導(dǎo)致自身降溫，形成負(fù)浮力;當(dāng)云體相

3、鄰時(shí)，云與云之間通過(guò)長(zhǎng)波輻射能量交互，使云邊界降溫減緩，形成正浮力。對(duì)于短波情況，云浮力與太陽(yáng)入射方向及三維云場(chǎng)性質(zhì)有關(guān)。當(dāng)太陽(yáng)傾斜入射時(shí)，云體向陽(yáng)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(fù)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(chǎng)作為試驗(yàn)云場(chǎng)，將其中心區(qū)域視為目標(biāo)云體，周?chē)鷧^(qū)域?yàn)猷徑企w，模擬了長(zhǎng)波和短波輻射變溫率的空間分布，定量闡

4、明鄰近云體對(duì)目標(biāo)云體熱力結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明:鄰云在長(zhǎng)波區(qū)域?qū)δ繕?biāo)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(qiáng)度與云覆蓋率和云間距離倒數(shù)成正比，最高可達(dá)3.08K/h，增溫的云體厚度與目標(biāo)云體液態(tài)水含量成反比;在短波區(qū)域，鄰云同時(shí)起著散射增溫和遮蔽降溫的作用，太陽(yáng)垂直入射時(shí)，散射增溫效應(yīng)較弱，且空間局域性不強(qiáng);當(dāng)太陽(yáng)天項(xiàng)角增大后，遮蔽降溫效應(yīng)逐步起主導(dǎo)作用，造成鄰云遮擋一側(cè)的目標(biāo)云體表面邊界明顯降溫，峰值可達(dá)