Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2017. Т. 14. № 1. С. 226-244
Простая радиационная модель безоблачной и облачной атмосферы
А.С. Гинзбург
1 , И.Н. Мельникова
2, 3 , С.С. Новиков
3 , В.А. Фролькис
4, 5 1 Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН, Москва, Россия
2 Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург, Россия
3 Российский государственный гидрометеорологический университет, Санкт-Петербург, Россия
4 Петербургский государственный университет путей сообщения, Санкт-Петербург, Россия
5 Главная геофизическая обсерватория им. А.И. Воейкова, Санкт-Петербург, Россия
Одобрена к печати: 25.01.2017
DOI: 10.21046/2070-7401-2017-14-1-226-244
Статья является продолжением работы (Гинзбург и др., 2016). Представлены результаты расчетов полусферических потоков отраженной и пропущенной атмосферой солнечной радиации и лучистого притока тепла на основе простых оптических моделей безоблачной и облачной атмосферы. Для решения задачи использован метод дельта-Эддингтона, который применим в широких пределах изменения оптической толщины атмосферы. В статье рассматриваются спектральные значения внеатмосферной радиации по нескольким литературным источникам. Расчет производился для значений альбедо 0, 0,5, 0,9 и для спектральных значений, соответствующих песчаной поверхности. Было рассмотрено 4 значения зенитного угла Солнца − 0, 30, 40 и 60 градусов. При сравнении с экспериментальными данными использовались соответствующие экспериментальным значения угла Солнца. Полученные значения сравниваются с данными самолетных спектральных измерений полусферических потоков солнечной радиации и показывается, что примененные простые оптические модели приводят к реальным величинам характеристик радиации, а принятый метод расчета обеспечивает достаточную точность результата. Произведены оценки мгновенного локального радиационного форсинга атмосферных аэрозолей и облака для трех моделей содержания аэрозолей и моделей облачного слоя рассмотренных в (Гинзбург и др., 2016). Приводится оценка скорости нагревания тропосферы для рассмотренных моделей. Выполнен анализ зависимостей характеристик солнечной радиации от оптической толщины атмосферы для 4 значений зенитных углов Солнца, 2 значений альбедо подстилающей поверхности 0 и 0,9 и 2 значений вероятности выживания кванта 0,999 и 0,750. Получено, что указанные зависимости существенно различаются для рассмотренных моделей атмосферы, что наглядно характеризует влияние оптических параметров атмосферы и поверхности на трансформацию потоков солнечной радиации.
Ключевые слова: солнечная радиация, полусферические потоки, лучистый приток тепла, радиационный форсинг, альбедо подстилающей поверхности, оптическая толщина, альбедо однократного рассеяния
Полный текстСписок литературы:
- Васильев А.В., Мельникова И.Н. Коротковолновое солнечное излучение в атмосфере Земли. Расчеты. Интерпретация. Измерения. СПб: НИИХ СПбГУ, 2002. 388 с.
- Гинзбург А.С., Губанова Д.П., Минашкин В.М. Влияние естественных и антропогенных аэрозолей на глобальный и региональный климат // Рос. хим. ж. 2008. Т. LII. № 5. С. 112–119.
- Гинзбург А.С., Мельникова И.Н., Самуленков Д.А., Сапунов М.В., Катковский Л.В. Простая оптическая модель безоблачной и облачной атмосферы для расчета потоков солнечной радиации // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2016. Т. 13. № 2. C. 175–192.
- Кондратьев К.Я., Биненко В.И. Влияние облачности на радиацию и климат. Ленинград: Гидрометеоиздат, 1984. 240 с.
- Кондратьев К.Я., Биненко В.И., Мельникова И.Н. Поглощение солнечной радиации облачной и безоблачной атмосферой. // Метеорология и гидрология. 1996. № 2. С. 14–23.
- Кондратьев К.Я., Жвалев В.Ф. Первый глобальный эксперимент ПОЛЭКС. 2. Полярный аэрозоль, протяженная облачность и радиация. Л.: Гидрометеоиздат, 1981. 150 с.
- Макарова Е.А., Харитонов А.В., Казачевская Т.В. Поток солнечного излучения. М.: Наука, 1991. 400 с.
- Матвеев Л.Т. Физика атмосферы. СПб: Гидрометеоиздат, 2000. 778 с.
- Минин И.Н. Теория переноса излучения в атмосферах планет. М.: Наука, 1988. 264 с.
- Frolkis V., Rozanov E. Radiation code for climate and general circulation models // Current problems in Atmospheric Radiation. IRS'92 Proceedings. Hampton, USA: A.DEEPAK Publishing, 1993. P. 176–179.
- Ginzburg A.S. Climate and atmospheric consequences of nuclear war // Ambio. Vol. XVIII. 1989. No. 7. P. 384– 390.
- Harshvardhan, King M.D. Comparative accuracy of diffuse radiative properties computed using selected multiple scattering approximations // J. Atm. Sci. 1993. Vol. 50. P. 247–259.
- Johnson F.S. The Solar Constant // Journal of Meteorology. 1954. Vol. 11. No. 6. P. 423–441.
- Joseph J.H., Wiscombe W.J., Weiman J.A. The delta-Eddington approximation for radiative flux transfer // Journal of the Atmospheric Sciences. 1976. Vol. 33. P. 2452–2459.
- King M.D., Radke L., Hobbs P.V. Determination of the spectral absorption of solar radiation by marine stratocumulus clouds from airborne measurements within clouds // Journal of the Atmospheric Sciences. 1990. Vol. 47. P. 894–907.
- Kneizis F.X., Abreu L.W., Anderson G.P., Chetwynd G.H., Shettle E.P., Berk A., Bernstein L.S., Robertson D.S., Acharya P., Rothman L.S., Selby J.E.A., Gallery W.O., Clouth S.A. The Modtran 2/3. Report and Lowtran 7 model. Phillips Laboratory. Massachusetts: Hanscon, 1996. 230 p.
- Koepke P., Hess M., Bretl S., Seefeldner M. UV irradiance on the human skin: Effects of orientation and sky obstructions // Current Problems in Atmospheric Radiation. Proceedings Conference IRS 2008. American Institute of Physics, 2009. P. 53–56.
- Kondratyev K.Ya., Binenko V.I., Melnikova I.N. Absorption of solar radiation by clouds and aerosols in the visible wavelength region // Meteorology and Atmospheric Physics. 1997. No. 0/319. P. 1–10.
- Kondratyev K.Ya., Fedorova M.P. Radiation regime of inclined surfaces // WMO Techn. Note No. 152. Geneva. 1977. 82 p.
- La Lettre du Changement global. INSU/CNRS February 2002. No. 13, ISSN: 1261–4246. 2002. P. 88.
- Melnikova I., Vasilyev A., Samulenkov D., Sapunov M., Tagaev V. The Correction for Multiple Scattering of the Lidar Retrieving in Thin Clouds. Proceedings of IRS'2016, Auckland, New Zealand (in print).
- Reddy K., Phanikumar D.V., Joshi Hema, Ahammed Y.N., Naja M. Effect of diurnal variation of aerosols on surface reaching solar radiation. Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. Vol. 129. 2015. P. 62–68
- Varotsos C.A., Melnikova I.N., Cracknel A.P., Tzanis C., Vasilyev A.V. New spectral functions of the near-ground albedo derived from aircraft diffraction spectrometer observations // Atmospheric Chemistry and Physics. 2014. 14. P. 6953–6965.
- Wallace J.M., Hobbs P.V. Atmospheric Science (an introductory survey). Academic Press, 1977. 475 p.
- Xu H., Guo J., Ceamanos X., Roujean J.-L., Min M., Carrer D. On the influence of the diurnal variations of aerosol content to estimate direct aerosol radiative forcing using MODIS data // Atmospheric Environment. 2016. Vol. 141. P. 186–196.