云天地表总辐射和净辐射瞬时值的计算方法.pdf

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1、第3O卷第3期气象与环境学报Vo1．30NO．32014年6月J0URNALOFMETEORoLoGYANDENVIRoNMENTJune2014孙治安，刘晶淼，曾宪宁，等．云天地表总辐射和净辐射瞬时值的计算方法[J]．气象与环境学报，2014，30(3)：O1—09．SUNZhi—all，LIUJing—miao，ZENGXian—ning，eta1．EstimationofglobalandnetsolarradiationattheEarthsurfaceundercloudy—skycondition[J]．JournalofMeteorologyandE

2、nvironment，2014，30(3)：01—09．云天地表总辐射和净辐射瞬时值的计算方法孙治安，刘晶淼，曾宪宁梁宏(1．中国气象局大气环境研究所，辽宁沈阳110166；2．CentreforAustralianWeatherandClimateResearch，Aus~alianBureauofMeteorology，Melbourne3001，Aus~alia；3．中国气象科学研究院，北京100081；4．南京信息工程大学，江苏南京210044)摘要：为减少计算机时，满足实时预报要求，全球数值预报模式中的辐射计算频率通常设定为3h。这样处理会大大减少计算量

3、，但同时导致较大的辐射日变化偏差，并影响模式对地面能量平衡、对流及降水的模拟。为改进这一缺陷，建立了一种辐射快速计算方案，可用于计算瞬时地面太阳总辐射和净辐射，使到达地面的太阳辐射计算可与模式积分同步进行，改善地面太阳辐射日变化模拟。本文介绍云天情况下的总辐射和净辐射计算方案，该方案所用的输入变量均为预报模式或卫星观测提供。结果表明：该方案既可用于数值预报模式，也可利用观测资料独立计算地面太阳辐射。通过使用美国能源部大气辐射观测资料检验，证明该方案的精度高，地面总辐射瞬时值的平均计算误差小于7％。关键词：太阳总辐射；大气透过率；云光学厚度；辐射参数化中图分类号：P

4、422．1文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1673—503X．2014．03．001求，辐射的计算频率一般较低。全球模式计算时间引言一般设置为3h，3h之间的辐射仅做太阳高度角订太阳辐射是驱动地球、大气和海洋的重要能源，正，云变化的影响尚未考虑，而云变化是影响到达地直接影响天气和气候的形成。太阳辐射经过大气传面辐射量的主要因素。播到地面，被地面吸收。地面吸收的能量以长波辐随着计算机运算速度的不断提高及物理模式过射、潜热和感热形式返回大气，为大气运动提供能程的不断改进，预报模式的缺陷得到改善。在目前量。地表的能量平衡和大气吸收的辐射能量是产生条件

5、下，为改进辐射Et变化的模拟及提高太阳辐射对流和大气环流的源动力。此外，太阳辐射是清洁的预报精度，建立地面太阳辐射的快速算法十分必的可再生能源，开发利用太阳能，对减少污染和保护要。本文介绍一种云天地面太阳辐射快速计算方环境具有重要意义。案，晴天分量已在文献[1]中介绍。到达地面太阳辐射可通过多种途径确定，其中利用数值预报模式来确定或预报地面太阳辐射是既1方案简介经济又有效的方法。目前已有大量研究工作集中在开发该方案的目的是改进数值预报模式中辐射利用数值预报产品进行太阳能预报-4。但目前数Et变化的模拟。因此方案中的变量必须是数值预报值预报模式提供的辐射产品的精度不

6、能满足太阳能预报的要求。Mathiesen和Kleissl_3评估了世界上3模式能提供的预报量，得到的结果必须与模式中辐个较好的数值预报模式预报的地表总辐射表明，晴射方案计算的结果相一致，以保证系统的能量守恒。天总辐射预报误差在50W·ITI以下，而有云时误差为此，本文以辐射模式Sun—Edwards—SlingoVersion2可达200W·ITI以上。(SES2)Es]为基础，建立快速计算方案。SES2是澳制约模式太阳辐射预报精度的原因有很多。主大利亚气象局业务预报模式中的辐射模式，在文献要问题是模式预报云量及云微物理结构的精度较[1]中详细介绍利用SES2建

7、立晴天参数化方案的差，而后者是影响地面太阳辐射的主要因素，其次模数据集，本文延伸至有云天气。晴天的计算方案包式的分辨率不能满足太阳能时空分布的要求。辐射括温室气体对太阳辐射的吸收、散射及气溶胶的散计算是较费时的物理过程。为了满足实时预报的要射，本文进一步考虑云对辐射的吸收和散射。收稿日期：2013—06—21；修订日期：2013—07—15。资助项目：中国气象局沈阳大气环境研究所基本科研业务经费项目和中国气象局气候变化专项(CCSF201313)共同资助。作者简介：孙治安，男，1956年生，研究员，主要从事大气辐射研究，E—mail：Z．sun@bom．gov．a

8、n。2气象