[發明專利]適用于云微物理特性連續變化的輻射傳輸計算方法

有效

• 申請號: 201710831636.4
• 申請日: 2017-09-14
• 公開（公告）號: CN107748733B
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發明（設計）人: 張峰;顏佳任;吳琨;石怡寧;楊全
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: G06F17/11
• 分類號: G06F17/11;G01N21/47
• 代理公司: 南京匯盛專利商標事務所(普通合伙) 32238
• 代理人: 張立榮;吳揚帆

1.一種適用于云微物理特性連續變化的輻射傳輸計算方法，基于二流近似方案，其特征在于該方法包括以下步驟：

步驟1)將云微物理特性連續變化的輻射通量表示為常數項與擾動項的和；

步驟2)根據傳統的二流輻射傳輸方程計算得出的第一輻射通量，并設定第一輻射通量為所述常數項；

步驟3)通過微擾法將不對稱因子g和單散射反照率ω參數化的形式代入傳統的二流輻射傳輸強度方程中形成由非均勻性引起的擾動項方程組，并通過對所述非均勻性引起的擾動項方程組求解得到兩個微擾動因子ε_ω和ε_g表示的第二輻射通量；

步驟4)對第一輻射通量與第二輻射通量進行求和完成所述云微物理特性連續變化的輻射通量的求解；

當該方法基于太陽短波輻射時，所述步驟1)中的云微物理特性連續變化的輻射通量的表現形式如式(1)：

其中，為擾動項，為常數項；

當該方法基于太陽短波輻射時，所述步驟3)中，非均勻性引起的效應的微擾動項的方程組如式(2)，

其中,F_s表示入射太陽通量，τ是光學厚度，τ₀表示云頂到云底的光學厚度，

分別表示是光學厚度為時ω、g對應的值，μ₀為太陽高度角的余弦值；

根據式(2)求解得到垂直非均勻層結引起的擾動項F_i⁺和F_i^-表達式如式(3)：

其中，

k滿足另外，X_i、α_i、P_i⁺、P_i^-、以及均為過度參數，其中，A_i和B_i由邊界條件決定，A_i和B_i分別表示為：

其中，R_dif表示漫射反射率；

A_i和B_i對應的邊界條件為：F_i^-(τ＝0)＝0,F_i⁺(τ＝τ₀)＝R_difF_i^-(τ＝τ₀)；

當該方法基于太陽短波輻射時，所述步驟3)中，所述傳統的二流輻射傳輸方程如式(4)：

式(4)中對應的邊界條件為

當該方法基于地表長波輻射時,所述步驟1)中的云微物理特性連續變化的輻射通量的表現形式如式(5)：

其中，為擾動項，為常數項；

當該方法基于地表長波輻射時,所述步驟3)中，所述傳統的二流輻射傳輸方程如式(6)：

式(6)中，B(τ)＝a₁+b₁τ，a₁和b₁是常數，

式(6)的邊界條件為：I^-(τ＝0)＝0,I⁺(τ＝τ₀)＝(1-ε_s)I^-(τ＝τ₀)+ε_sπB_s(T_s)，T_s表示地表溫度，B_s表示普朗克黑體發射；

根據式(6)求得如式(7)：

其中，

R＝1-ε_s，

其中，K和H是由邊界條件決定的量、ε_s地表發射率、a₁、b₁表示常數；

當該方法基于地表長波輻射時,所述步驟3)中，非均勻性引起的效應的微擾動項的方程組的方程組如式(8)：

其中，ω(τ)表示單層散射反照率，τ是光學厚度，τ₀表示云頂到云底的光學厚度，分別光學厚度為時ω、g對應的值，μ₀為太陽高度角的余弦值，

根據式(8)求解得到垂直非均勻層結引起的擾動項和表達式如式(9)：

其中，

其中，R表示地表反射率，

A_i和B_i對應的邊界條件為：