[發(fā)明專利]一種基于輻射通量密度的三維云層輻射計(jì)算方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010129747.2
• 申請(qǐng)日: 2020-02-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111291318A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-06-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張寅;顏灝;閆鈞華;馬俊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F17/15
• 分類號(hào): G06F17/15
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所 32237
• 代理人: 賀翔

1.一種基于輻射通量密度的三維云層輻射計(jì)算方法，其特征在于，包括如下步驟：

1)利用高斯方向和大氣屬性構(gòu)建水平輻射通量密度傳輸模型；

2)利用愛(ài)丁頓近似法和嚴(yán)格單次散射計(jì)算式計(jì)算三維云層基礎(chǔ)輻射場(chǎng)；

3)將所述三維云層基礎(chǔ)輻射場(chǎng)分為鄰云影響輻射增強(qiáng)和鄰云影響輻射減弱，計(jì)算由鄰云輻射效應(yīng)影響所產(chǎn)生的水平輻射通量密度變化；

4)將水平輻射通量密度變化映射回高斯方向，再將三維云層基礎(chǔ)輻射場(chǎng)與變化輻射強(qiáng)度結(jié)合得到更新后三維云層輻射強(qiáng)度，并由其計(jì)算多次散射源函數(shù)；

5)結(jié)合由初始條件計(jì)算的單次散射源函數(shù)與熱源函數(shù)，得到三維云層輻射源函數(shù)。

2.如權(quán)利要求1所述的基于輻射通量密度的三維云層輻射計(jì)算方法，其特征在于，步驟1)中，利用高斯方向和大氣屬性構(gòu)建水平輻射通量密度傳輸模型，具體為：

步驟1.1，將三維云層場(chǎng)景分為所需大小尺度的網(wǎng)格單元，每個(gè)單元都有其相鄰的四個(gè)單元，利用大氣屬性文件，將大氣屬性根據(jù)空間位置存儲(chǔ)在每個(gè)單元內(nèi)；

步驟1.2，基于離散坐標(biāo)下的高斯積分，將三維云層輻射場(chǎng)離散到已設(shè)置個(gè)數(shù)的高斯方向上，且同一方位角的高斯方向總和構(gòu)成一個(gè)三棱柱空間；

步驟1.3，將高斯方向上的三維云層輻射場(chǎng)映射到水平輻射傳輸方向上。

3.如權(quán)利要求1所述的基于輻射通量密度的三維云層輻射計(jì)算方法，其特征在于，步驟3)中，將所述三維云層基礎(chǔ)輻射場(chǎng)分為鄰云影響輻射增強(qiáng)和鄰云影響輻射減弱具體為：

步驟3.1，將高斯方向上的輻射強(qiáng)度映射到水平輻射通量密度傳輸方向上；

步驟3.2，將鄰云輻射效應(yīng)分為鄰云影響輻射增強(qiáng)和鄰云影響輻射減弱即I⁺(τ；Ω′_ts)和I^-(τ；Ω′_ts)，得到水平輻射通量密度的增強(qiáng)值或減弱值；

步驟3.3，對(duì)水平輻射通量密度的增強(qiáng)值和減弱值進(jìn)行修正，以消除太陽(yáng)天頂角變化導(dǎo)致的輻射誤差。

4.如權(quán)利要求3所述的基于輻射通量密度的三維云層輻射計(jì)算方法，其特征在于，步驟3)中，計(jì)算由鄰云輻射效應(yīng)影響所產(chǎn)生的水平輻射通量密度變化，具體為：

步驟3.4，選擇三維云層場(chǎng)景內(nèi)任一單元A，再搜索與其水平方向相鄰的四個(gè)單元B₁、B₂、B₃和B₄；

步驟3.5，將基礎(chǔ)輻射場(chǎng)映射到水平傳輸方向，計(jì)算映射系數(shù)ψ_ts；

步驟3.6，計(jì)算水平輻射通量密度在單元A與其水平相鄰單元B之間的反射比例，即反照率R；

步驟3.7，計(jì)算單元A的水平輻射通量密度受鄰云輻射影響的變化I⁺(τ；Ω′_ts)和I^-(τ；Ω′_ts)；

步驟3.8，計(jì)算單元A由于鄰云輻射效應(yīng)影響所產(chǎn)生的輻射射通量密度變化I_CE(τ；Ω′_ts)，計(jì)算修正系數(shù)A_CE；

A_CE＝exp(sinθ₀-sinθ_E)-1

I_CE(τ；Ω′_ts)＝(1+A_CE)I⁺(τ；Ω′_ts)-(1-A_CE)I^-(τ；Ω′_ts)

其中θ₀為太陽(yáng)天頂角；θ_E為二流近似法計(jì)算輻射通量所使用的高斯方向天頂角；I_CE(τ；Ω′_ts)代表某一單元處Ω′_ts方向由鄰云輻射效應(yīng)所產(chǎn)生的水平輻射通量密度變化值，I⁺(τ；Ω′_ts)為Ω′_ts方向水平輻射通量密度的增加值，I^-(τ；Ω′_ts)為Ω′_ts方向水平輻射通量密度的減弱值，A_CE為彌補(bǔ)太陽(yáng)方向變化對(duì)模型帶來(lái)誤差的修正系數(shù)，τ為光學(xué)厚度，g為不對(duì)稱因子；

步驟3.9，重復(fù)步驟3.4至3.8，直到選則到三維云層場(chǎng)景內(nèi)最后一個(gè)單元A，并且單元的I_CE(τ；Ω′_ts)都計(jì)算完成為止。

5.如權(quán)利要求1所述的基于輻射通量密度的三維云層輻射計(jì)算方法，其特征在于，步驟4)中，將水平輻射通量密度變化映射回高斯方向，再將三維云層基礎(chǔ)輻射場(chǎng)與變化輻射強(qiáng)度結(jié)合得到更新后三維云層輻射強(qiáng)度，并由其計(jì)算多次散射源函數(shù)，具體為：

步驟4.1，選則三維云層場(chǎng)景內(nèi)任一個(gè)單元A；

步驟4.2，將單元A從水平通量傳輸方向到映射回離散高斯方向，計(jì)算分配權(quán)重P(Ω′_ts；Ω_s)和高斯積分權(quán)重A_ts(Ω′_ts)，并由此計(jì)算高斯方向變化輻射強(qiáng)度I'_CE(τ；Ω′)：

I_CE'(τ；Ω′)＝P(Ω′_ts；Ω_s)A_ts(Ω′_ts)I_CE(τ；Ω′)

步驟4.3，利用愛(ài)丁頓近似法計(jì)算和嚴(yán)格單次散射計(jì)算式計(jì)算得到單元A的三維云層基礎(chǔ)輻射場(chǎng)，結(jié)合變化輻射強(qiáng)度I'_CE(τ；Ω′)得到更新后三維云層輻射強(qiáng)度：

其中I_EMS(τ；Ω′)為由愛(ài)丁頓近似計(jì)算得到三維云層近似多次散射強(qiáng)度，I_SS(τ；Ω′)為由嚴(yán)格單次散射計(jì)算式計(jì)算得到的三維云層單次散射強(qiáng)度，I”(τ；Ω′)為以三維云層基礎(chǔ)輻射場(chǎng)I′(τ；Ω′)作為輸入計(jì)算得到的更新后三維云層輻射強(qiáng)度；

步驟4.4，利用更新后三維云層輻射強(qiáng)度計(jì)算單元A處的多次散射源函數(shù)；

步驟4.5，重復(fù)步驟4.1至4.4，直到選則到三維云層場(chǎng)景內(nèi)最后一個(gè)單元A，且單元處的多次散射源函數(shù)計(jì)算完成為止。