ISSN 2070-7401 (Print), ISSN 2411-0280 (Online)
Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса
физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных явлений
и объектов

  

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 текст

Список литературы:

  1. Васильев А.В., Мельникова И.Н. Коротковолновое солнечное излучение в атмосфере Земли. Расчеты. Интерпретация. Измерения. СПб: НИИХ СПбГУ, 2002. 388 с.
  2. 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.
  3. 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.
  4. Кондратьев К.Я., Биненко В.И. Влияние облачности на радиацию и климат. Ленинград: Гидрометеоиздат, 1984. 240 с.
  5. Кондратьев К.Я., Биненко В.И., Мельникова И.Н. Поглощение солнечной радиации облачной и безоблачной атмосферой. // Метеорология и гидрология. 1996. № 2. С. 14–23.
  6. Кондратьев К.Я., Жвалев В.Ф. Первый глобальный эксперимент ПОЛЭКС. 2. Полярный аэрозоль, протяженная облачность и радиация. Л.: Гидрометеоиздат, 1981. 150 с.
  7. Макарова Е.А., Харитонов А.В., Казачевская Т.В. Поток солнечного излучения. М.: Наука, 1991. 400 с.
  8. Матвеев Л.Т. Физика атмосферы. СПб: Гидрометеоиздат, 2000. 778 с.
  9. Минин И.Н. Теория переноса излучения в атмосферах планет. М.: Наука, 1988. 264 с.
  10. 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.
  11. Ginzburg A.S. Climate and atmospheric consequences of nuclear war // Ambio. Vol. XVIII. 1989. No. 7. P. 384– 390.
  12. 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.
  13. Johnson F.S. The Solar Constant // Journal of Meteorology. 1954. Vol. 11. No. 6. P. 423–441.
  14. 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.
  15. 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.
  16. 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.
  17. 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.
  18. 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.
  19. Kondratyev K.Ya., Fedorova M.P. Radiation regime of inclined surfaces // WMO Techn. Note No. 152. Geneva. 1977. 82 p.
  20. La Lettre du Changement global. INSU/CNRS February 2002. No. 13, ISSN: 1261–4246. 2002. P. 88.
  21. 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).
  22. 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
  23. 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.
  24. Wallace J.M., Hobbs P.V. Atmospheric Science (an introductory survey). Academic Press, 1977. 475 p.
  25. 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.