云在全球能量和水循環(huán)中起著重要的作用,是地-氣系統(tǒng)不可缺少的組成部分。從全球尺度來看,云量及云光學、微物理特性的一些細微的變化都可能會對氣候系統(tǒng)產(chǎn)生顯著的影響。因此云的時空分布特征、云光學和微物理特性的研究對云輻射特性的準確估算以及對地表輻射收支及氣候變化的可能影響的研究具有重要意義。利用衛(wèi)星遙感技術可以獲取云的時空分布特征,同時結合大氣輻射傳輸理論可以反演云光學和微物理特性參數(shù)。然而,云參數(shù)的遙感反演中冰云和多層云的反演精度還存在很大的不確定性,導致后續(xù)估算地表太陽輻射收支出現(xiàn)誤差。本文利用2016年12月-2017年11月期間的Himawari-8二級云光學和微物理參數(shù)(光學厚度,粒子有效半徑等)產(chǎn)品,提取了Himawari-8全盤范圍內冰云和多層云參數(shù),分析其時空分布特征。通過分析得知2016年12月-2017年11月冰云與多層云云量由大到小依次為夏季、冬季、春季、秋季。冰云出現(xiàn)頻率在10oN~10oS范圍內最高,大部分區(qū)域可達45%以上,赤道附近多層云出現(xiàn)頻率最高,大部分區(qū)域在25%-35%之間。為把握不同的冰晶散射模型對單層冰云和雙層云參數(shù)反演以及對地表短波輻射估算的影響,引入RSTAR輻射傳輸模式分析了冰晶散射模型,衛(wèi)星觀測輻亮度和地表短波輻射對不同云參數(shù)、太陽天頂角以及衛(wèi)星觀測角等的敏感性。在此基礎上根據(jù)CALIPSO觀測到的雙層云疊蓋情況,采用構建查找表法(LUT)估算了不同相態(tài)和冰晶散射模型組合的雙層云對云參數(shù)反演以及估算地表短波輻射帶來的誤差,得出如下主要結論:(1)在假設為單層冰云情況下,不同云相態(tài)計算的大氣頂輻亮度隨太陽天頂角的增加呈減少趨勢,地表短波輻射則呈急速減少趨勢而隨著地表反照率的增加呈增加趨勢;不同冰晶模型計算的大氣頂輻亮度隨太陽天頂角的增加呈減少趨勢,而隨衛(wèi)星天頂角的增加呈上升趨勢,地表短波輻射隨太陽天頂角的增加呈急速減少趨勢;不同有效粒子半徑的水云計算的輻亮度隨光學厚度的增加呈增加趨勢,地表短波輻射則呈減少趨勢。(2)在假設為雙層云情況下,對于衛(wèi)星觀測到的相同大氣頂輻亮度:冰晶散射模型為橢球形時,反演得到的水云與冰云光學厚度差值較小,從而計算的地表短波輻射差值也較小,相對誤差為1.91%;而冰晶散射模型為六角柱時反演得到的水云與冰云光學厚度差異非常大,當輻亮度值為214.1 W/m2.μm.sr時,相對誤差最大值為56.31%。探討不同冰晶散射模型對云參數(shù)反演與地表短波太陽輻射估算的影響以及準確把握雙層云所導致的反演誤差有助于加深我們對云在全球氣候變化作用中的理解,并對提高或改進利用衛(wèi)星反演云參數(shù)算法提供參考依據(jù)。
【學位單位】：內蒙古師范大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：P422;P407
【部分圖文】：

圖 2-1 立體角示意圖射源在某一方向上單位立體角內的輻射通量，單播方向垂直的單位時間、單位面積、單位立體角 m2 sr1 μm1。照率 確定介質輻射特性的基本物理量之一，它表示為ω =

云監(jiān)測部分算法進行了更新[27]，但由于冰云微物理特性的差異使得其反演產(chǎn)以比較，例如 Collection5 和 Collection6。4.2.1 雙層云疊蓋情況過去由于地基觀測資料的稀缺及星載被動遙感方式的局限性，我們很難得垂直重疊的分布特征。由美國國家宇航局（NASA）發(fā)射升空的承載在 CloudS星上的毫米波云廓線雷達 (CPR)[98]和承載在CALIPSO衛(wèi)星上的云—氣溶膠偏振激光雷達(CALIOP)[81]，可以從太空探測云和氣溶膠的垂直結構。圖 4圖 4-6 為利用 CALIPSO 獲得的 2017 年 6 月 27 日 UTC 時間為 19:59-20:13 32nm 處的總體消光后向散射圖與冰水相態(tài)圖，從圖中可以看出 10-15Km 高冰云，0Km 附近為水云�？梢婋p層云在大氣中常以冰云疊蓋在水云之上的出現(xiàn)，因此本文在利用輻射傳輸模式模擬時，根據(jù)實際情況設置了云層疊蓋。

圖 4-6 冰水相態(tài)圖圖 4-7 為利用輻射傳輸模式模擬時雙層云疊蓋情況設置示意圖。胡斯勒圖究表明不同形狀冰晶組成的卷云輻射傳輸?shù)哪M不僅對仿真衛(wèi)星觀測的輻有參考意義，對地表輻射通量的精確計算也有重要意義[59]。在很多地表輻量的模擬中，冰云粒子用球形的冰晶模型計算。然而，不同形狀的冰晶模型的地表輻射通量之間有明顯的差別，產(chǎn)生這些差別的原因是不同形狀冰晶的稱因子不同而產(chǎn)生的。因此，正確把握卷云中粒子的形狀對精確計算地表輻量非常重要。文本在 RSTAR 輻射傳輸模式中選用下層水云為水滴模型，上云分為為六角柱與橢球冰晶模型進行模擬。
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