適用于云微物理特性連續(xù)變化的輻射傳輸參數(shù)化方案研究

發(fā)布時間：2020-07-16 19:43

【摘要】：本文提出了適用于云微物理特性連續(xù)變化的輻射傳輸參數(shù)化方案(記作非均勻方案),其中包含短波參數(shù)化方案和紅外參數(shù)化方案。該方案基于標(biāo)準(zhǔn)的微擾動理論,將不對稱因子和單次散射反照率在垂直方向的連續(xù)變化所引起的非均勻性用微擾項表示出來,并結(jié)合二流近似輻射傳輸算法來求解云內(nèi)非均勻輻射傳輸過程。本方案不僅適用于處理垂直非均勻的云內(nèi)輻射傳輸過程,而且適用于垂直非均勻的雪內(nèi)輻射傳輸過程。利用新發(fā)展的方案,本文詳細(xì)計算不同光學(xué)特性的理想介質(zhì)、云和雪內(nèi)非均勻輻射傳輸過程,并發(fā)現(xiàn)該方案精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于未考慮介質(zhì)(理想介質(zhì)、云和雪)內(nèi)部光學(xué)特性非均勻變化的經(jīng)典二流輻射傳輸方案(記作均勻方案)。主要得到以下幾點(diǎn)結(jié)論:(1)對于短波輻射,在理想介質(zhì)中,均勻方案計算的反射率和吸收率的相對誤差隨著光學(xué)厚度的增大而增大,相對誤差可以超過20%;然而,非均勻方案計算得到的相對誤差隨光學(xué)厚度的變化不明顯,在大多數(shù)情況下其相對誤差不超過4%。云個例的結(jié)果顯示,在0.25-0.69μm的波帶中,非均勻方案計算的吸收率相對誤差為1.4%,而均勻方案的誤差可達(dá)到7.4%。雪的個例顯示,在0.25-0.69μm波帶中,均勻方案對于吸收率的計算相對誤差高達(dá)72%,而非均勻方案的相對誤差則小于40%。0.94μm波長下的云和雪的個例都顯示,非均勻方案反射率和吸收率的計算精度比均勻方案更高。(2)對于長波輻射,在理想介質(zhì)中,非均勻方案計算的比輻射率的相對誤差明顯小于均勻方案計算的結(jié)果�？傮w來講,均勻方案計算的向上比輻射率的相對誤差可以達(dá)到5%,而非均勻方案計算的向上比輻射率的相對誤差基本上不超過1.4%;對于向下比輻射率,非均勻方案計算的相對誤差基本上比均勻方案的計算結(jié)果小一個量級,非均勻方案計算結(jié)果的相對誤差最大約為0.8%,而均勻方案計算結(jié)果的相對誤差可達(dá)到7%。云的個例顯示,在5-8μm波帶中,非均勻方案計算的向下比輻射率相對誤差最大1.8%,而均勻方案計算的相對誤差高達(dá)12%;在11μm波長下,非均勻方案計算的向上比輻射率相對誤差小于0.5%,而均勻方案計算的相對誤差在1.7%左右;非均勻方案計算的向下比輻射率的相對誤差為1.4%左右,而均勻方案計算的相對誤差大于9%。在5-8μm波帶和11μm波長下的雪的個例都表明,非均勻方案計算結(jié)果的精度比均勻方案更高。
【學(xué)位授予單位】：南京信息工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：P426.5;P422
【圖文】：

小參數(shù),方案,吸收率,非均勻

逡逑以上兩個例子并未討論小參數(shù)＆和＆的變化情況，圖３給出這兩個小參逡逑數(shù)變化對反射率和吸收率的影響。圖３上兩行，不對稱因子在整層介質(zhì)內(nèi)是常逡逑數(shù)，ｇＭ邋＝邋０．７５，單次散射反照率隨光學(xué)厚度變化形式為逡逑＋邐其中，＆也是衡量單次散射反照率變化幅度的逡逑量，ｋ的變化范圍是－０．２到－０．００２，ｒ。的變化范圍是０．０５到５０。對于反射率，逡逑在光學(xué)厚度較大，＆的絕對值較大時，均勻方案的相對誤差高達(dá)２０％，而同樣逡逑的情況下，非均勻方案的相對誤差僅僅有４％。對于吸收率，均勻方案的相對誤逡逑差可以達(dá)到７％，而非均勻方案的相對誤差在大多數(shù)情況下不超過１％。逡逑圖３下兩行

相對誤差,方案,非均勻,波帶

逑至ＩＪ，只是０．２５－０．６外ｍ波帶換成０．９４ｐｍ波長。反射率及其相對誤差的結(jié)果顯示逡逑（圖４ｃ－ｄ），當(dāng)太陽天頂角的余弦值凡從０．０１增長到１時，均勻方案計算造成逡逑的相對誤差從０．２５％增長到０．７１％，而非均勻方案的相對誤差僅僅從０．０５％增長逡逑到０．１４％邋（未考慮正負(fù)）。吸收率及其相對誤差的結(jié)果顯示（圖４ｅ－ｆ），兩個逡逑方案的相對誤差并不隨著外的變化而變化，誤差基本上是一個定值。均勻方案逡逑的相對誤差大約為７．４％，非均勻方案的相對誤差只有１．４％。逡逑￣６逡逑ｘ｜0邋，，，邐

波長,相對誤差,方案,非均勻