陆面模拟中植被辐射传输参数化方案研究

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陆面过程模式的研究进展简介

陆面过程模式的研究进展简介汪薇;张瑛【摘要】陆面过程是影响大气环流和气候变化的基本物理、生化过程之一.根据陆面过程研究的发展进程,介绍了三代陆面过程模式的不同特点和发展历程,指出在未来陆面方案中,引入光合作用和碳循环,可以更加真实地反映土壤、地表、大气、生物圈相互作用.陆面过程模式发展应该着眼于综合并且动态考虑植被类型变化、光合作用、碳循环和水循环的真实水文生化模型建立,将有效增强对气候变化的研究,提高天气预报模式的准确率.【期刊名称】《气象与减灾研究》【年(卷),期】2010(033)003【总页数】6页(P1-6)【关键词】陆面过程模式;参数化;大气环流模式;数值预报【作者】汪薇;张瑛【作者单位】江西省气象局,江西南昌330046;江西省气象台,江西南昌330046;中国气象局武汉暴雨研究所,湖北武汉430074【正文语种】中文【中图分类】P461陆面过程（Land Surface Processes，LSPs）是影响大气环流和气候变化的基本物理、生化过程之一，在大气—陆面下垫面的研究中扮演着重要的角色，其主要研究陆地下垫面一侧与大气圈运动密切相关的所有过程。

虽然陆面过程很早就被气象学家所认知，但是直到1978年Deardorff［1］在他的模式中才提及陆面过程的特性，因此陆面过程对天气和气候变化影响的重要性还是在近几十年被进一步认识［2-4］。

特别是近几十年来随着对全球气候变化和气候异常的重视程度的增加，陆面过程研究已经成为当代气候系统和天气研究的热点之一。

另外，一些国际间的外场观测及实验（如HAPEX、FIFE以及在中国黑河流域进行的HEIFE实验）的顺利进行，也推动了陆面物理过程机理及模式发展研究。

通过多年的研究，科学家们针对不均匀的陆地下垫面如何影响气候系统［5］，土壤湿度对气候系统的响应［6-7］，不均匀及不断变化的地表对气候系统的响应［8-9］，植被的生物物理过程对气候系统的响应［10-11］等问题，开展了大量的研究，并在相关的研究领域取得一定的进展［12-17］。

国家高技术研究发展计划(863计划)地球观测与导航技术领

国家高技术研究发展计划(863计划)地球观测与导航技术领域“全球陆表特征参量产品生成与应用研究”重点项目申请指南一、指南说明在目前的全球变化研究与地球系统模型研发中，卫星观测没有发挥其全部潜力，迄今为止，针对全球陆面变化研究与陆面模型研发，国际陆地遥感领域仍缺乏长时间序列、高时空分辨率和高质量的全球陆表特征参量产品。

我国的地球系统模型研发与全球变化研究已面临着重要的发展机遇期，非常有必要集中力量，建立全球陆表特征参量产品生产系统，支持全球变化研究与新一代地球系统模型的研发。

本重点项目将面向全球陆面变化与陆面模型研发，综合利用国内外卫星遥感数据源，发展全球陆表特征参量产品生成的新技术和新方法，生产长时间序列、高时空分辨率和高质量的全球陆表特征参量产品集，进而改进关键陆面过程的参数化方案及数据同化技术，提高陆面模型的模拟能力，开展全球陆表变化示范研究。

本项目注重产学研相结合，鼓励国内优势单位联合承担，鼓励承担单位配套支持。

本指南公开发布，将通过择优方式选择其中一家单位作为项目的牵头单位。

二、指南内容1、项目名称全球陆表特征参量产品生成与应用研究2、项目总体目标综合利用国内外卫星遥感数据源，发展全球长时间序列陆表特征参数产品生成的关键技术，研发全球陆表特征参量产品生成系统；生成全球长时间序列的高精度叶面积指数、地表反照率、发射率、下行短波辐射、下行有效光合辐射等陆表特征参量遥感产品；进而改进关键陆面过程的参数化方案及同化技术，提高其模拟能力，开展全球陆表变化应用示范研究，为我国应对全球变化决策提供数据基础与技术支撑。

3、项目主要研究内容（1）全球陆表特征参量数据库建设：面向全球变化与陆面模型的需求，研究全球陆表特征参量遥感产品生产体系；研究全球多源对地观测数据预处理与关联整合技术，全球陆表特征参量产品集入库、共享与发布技术；综合集成国内外多源卫星遥感数据及陆表特征参量产品，建立全球陆表遥感数据与陆表特征参量产品数据库。

干旱半干旱区两种典型下垫面的陆面过程模拟研究

干旱半干旱区两种典型下垫面的陆面过程模拟研究干旱半干旱区占全球陆地面积近40%,其地表类型复杂多样,涵盖了草地,农田,沙漠,戈壁以及冻土等多种类型。

这些复杂下垫面的陆面过程特征随地域和季节的变化较大,并且明显受到自然变迁及人类生活生产活动所引起的土地利用和地表覆盖方式改变的影响,因而其陆面过程在全球气候系统中占有十分重要的地位。

现有的大部分陆面过程模式对干旱半干旱区典型下垫面的陆面过程模拟仍然存在较大偏差,并且陆面过程观测实验中存在的能量不闭合等问题更是增加了陆面过程模拟研究的复杂性。

因此如何改进陆面过程参数化方案,发展更适用于干旱半干旱区的陆面过程模式是陆面过程研究中的重要任务。

为了提高陆面模式对干旱半干旱区典型下垫面的模拟性能,本文从以下三个方面进行了研究。

首先发展了一个陆面过程模式TBLSHAW,并利用兰州大学半干旱气候与环境观测站(SACOL)观测资料进行验证；其次针对陆面观测实验中普遍存在的近地层能量不闭合问题,利用陆面过程模式TBLSHAW和SACOL站近地层观测资料,研究了半干旱区近地层能量闭合度对陆面过程模式的影响；最后,鉴于干旱区地表大量覆盖地膜抑制蒸发的事实,利用西北干旱区开展的“古浪非均匀下垫面近地层观测实验(GHUSLE)"中地膜覆盖农田下垫面的观测资料,建立了相应的参数化方案,发展了TBLSHAW_MULCH模式,并对干旱地区地膜覆盖农田下垫面的陆面过程特征进行了模拟研究。

主要结论如下：(1)基于陆气间物质和能量平衡原理,在SHAW模式和CoLM 模式的基础上发展了TBLSHAW模式。

该模式吸收了CoLM模式中的双大叶模型用于计算植被与大气间的物质和能量平衡,详细考虑了植被层辐射传输,降水截留,蒸发蒸腾以及光合作用等物理过程；利用通用的土壤水热耦合传输模型计算土壤温度和湿度,并包含了土壤冻融,蒸发及降水渗透等过程；结合由SACOL站长期观测的土壤温湿及近地层资料发展而来的适用于半干旱区的部分陆面参数化方案,最后采用SHAW模式的动力框架,形成了一个土壤-植被-大气相互作用的陆面过程模式。

大气辐射传输模型及参数化方案研究

大气辐射传输模型及参数化方案研究引言：大气辐射传输模型及参数化方案的研究是气象学和环境科学领域的重要课题。

这一研究旨在深入了解大气中辐射的传输机制，并通过参数化方案对辐射传输过程进行模拟和预测，以揭示大气辐射对气候变化和环境影响的作用。

一、大气辐射的基本原理与特征大气辐射是指太阳能辐射从太阳到达地球并在大气层的不同部分进行传输的过程。

这个过程受到大气中各种物质和组分的影响，其中包括水蒸气、气溶胶、云的存在以及其他气体。

这些物质和组分吸收、散射和发射辐射，从而影响了辐射的传输。

二、辐射传输模型的研究现状辐射传输模型是研究大气辐射传输过程的重要工具。

在过去的几十年里，许多辐射传输模型被开发和验证，并被广泛应用于气候模式和环境模拟中。

这些模型不仅可以模拟太阳辐射在大气中的传输，还可以模拟该辐射与地表之间的相互作用。

然而，目前的辐射传输模型还存在一些问题。

首先，在模拟大气辐射传输的过程中，模型通常需要考虑大量的物理参数和物质的光学性质，这给模型的构建和计算带来了很大的挑战。

其次，辐射传输模型对大气中各种组分的分布和变化非常敏感，这要求模型的参数化方案能够准确地描述大气中的复杂变化。

三、参数化方案的研究进展为了解决辐射传输模型中的问题，许多研究者致力于开发更准确和高效的参数化方案。

这些参数化方案旨在通过简化和近似来描述大气中辐射的传输。

在这一过程中，研究者需要考虑如何选择和确定合适的参数化方案，并对其进行验证和改进。

一种常用的参数化方案是使用一些统计指标和近似方法来描述大气辐射的传输特性。

例如，可以使用云覆盖度和云高来评估云的辐射效应，并将其考虑到辐射传输模型中。

此外，还可以将大气中各种组分的光学性质进行简化和近似，以减少模型的计算复杂度。

同时，基于数据驱动的参数化方法也正在得到越来越多的关注。

通过利用观测数据和机器学习技术，研究者可以建立起更准确和精细的参数化方案，从而提高辐射传输模型的模拟和预测能力。

大气辐射传输模型研究及应用前景

大气辐射传输模型研究及应用前景一、引言大气辐射传输模型（Atmospheric Radiation Transfer Model，ARTM）是一种用于研究大气辐射传输过程的计算模型，其主要应用于气候变化、天气预报、卫星遥感以及环境保护等领域。

通过模拟、计算和预测大气辐射的变化情况，我们可以更好地理解和应对地球环境变化带来的挑战。

本文将探讨大气辐射传输模型的研究现状以及其应用前景。

二、大气辐射传输模型的研究现状目前，大气辐射传输模型的研究可以分为三个方向：理论模型研究、实验测量方法以及数值计算方法。

1. 理论模型研究理论模型研究是大气辐射传输模型研究的基础，通过建立物理方程和数学模型，可以对大气辐射传输进行定量描述和分析。

在过去的几十年里，许多学者通过理论模型研究，提出了一系列的辐射传输方程和参数化方案，为后续研究提供了基础。

2. 实验测量方法实验测量方法是验证和优化理论模型的重要手段。

通过在不同地点和时间进行实地实验观测，可以获取真实的大气辐射数据，并与模型计算结果进行比对。

目前，实验测量方法主要利用卫星遥感和地面观测，可以对大气层的辐射传输特征进行详细研究。

3. 数值计算方法数值计算方法是大气辐射传输模型的应用手段，其通过计算机模拟和数值计算的方式，对大气辐射传输过程进行数值模拟和预测。

数值计算方法具有高时空分辨率、较高的精确度和较低的人力成本等优势，因此在气候变化、天气预报和环境保护等领域得到了广泛应用。

三、大气辐射传输模型的应用前景随着气候变化和环境污染问题的日益严重，大气辐射传输模型的应用前景愈发广阔。

以下是几个可能的应用方向：1. 气候变化模拟和气候预测大气辐射传输模型可以通过模拟和计算大气辐射的变化，为气候变化模拟和气候预测提供数据和方法支持。

通过模型模拟，可以更好地了解大气辐射与气候变化之间的相互影响关系，为气候变化监测和应对提供科学依据。

2. 空间遥感应用大气辐射传输模型的研究和应用对于卫星遥感数据的解译和分析具有重要意义。

中尺度数值预报实习报告

中尺度数值预报实习报告一、实习背景及目的随着我国气象事业的不断发展，数值预报在中尺度天气现象的研究和预测中发挥着越来越重要的作用。

为了提高自己在中尺度数值预报方面的理论知识和实践能力，我参加了本次中尺度数值预报实习项目。

实习的主要目的是学习并掌握中尺度数值预报的基本原理、模式运行和参数化方案等，为今后的气象研究工作打下基础。

二、实习内容与过程1. 中尺度数值预报基本原理学习在实习的第一阶段，我系统学习了中尺度数值预报的基本原理。

通过阅读相关文献和教材，我对中尺度天气现象、大气物理和动力过程的数学方程有了更深入的了解。

同时，我还学习了高性能计算技术和海量数据存储管理技术在中尺度数值预报中的应用。

2. 模式运行与参数化方案研究在实习的第二阶段，我参与了中尺度数值预报模式的运行和参数化方案研究。

首先，我学会了如何在新曙光高性能计算机上安装和调试中尺度天气数值预报系统。

在此基础上，我对模式中的积云对流参数化方案、云微物理参数化方案、边界层参数化方案、陆面过程参数化方案和辐射传输过程参数化方案进行了研究。

通过对比分析各类参数化方案的理论基础和应用场景，我对参数化方案的发展趋势有了更深刻的认识。

3. 实际应用与案例分析在实习的第三阶段，我结合实际情况，开展了中尺度数值预报在气象活动、气候变化和空气污染模拟预报中的应用。

以“十四冬”气象服务保障需求为例，我参与了内蒙古自治区赛区区域的1公里1小时中尺度天气数值预报系统的实时运行。

通过与内蒙古自治区气象台预报员的多次交流，我确定了30个保障站点，并提供了包括平均风速、平均风向、气温、湿度、能见度、降雪量等预报要素。

此外，我还完成了基于三种模式的订正集成预报产品研制，并实时显示在数值预报应用平台专项保障栏目上。

三、实习收获与反思通过本次实习，我对中尺度数值预报方面的理论知识、实践技能和实际应用有了更加全面的了解。

首先，我掌握了中尺度数值预报的基本原理，为今后的研究奠定了基础；其次，我学会了模式运行和参数化方案研究，提高了自己的实际操作能力；最后，我参与了实际应用和案例分析，积累了宝贵的实践经验。

遥感物理-辐射传输模型

首先引入叶片散射相函数γL(ΩL, Ω’Ω)，表示当方向为Ω’的辐射入射到法向取向为ΩL的叶片时，被散射到Ω方向的比例。
若叶片的散射特征可以看成是两个半径不同的反射和透射半球，即：
叶片的物理特性包括叶片尺度、叶片取向、叶表面粗糙度以及叶片光学性质（如反射率、透过率和吸收率）等。
考虑由叶片所组成的整体性质，需要定义一些植被群体特性参数，它们是对植被冠层结构和光学特征的一种提炼化描述，是对全体叶片分布统计平均的结果。这些统计量包括叶面积密度分布、 G函数和函数。
叶面积密度分布
当然，由于相互融合，两类模型现在已经区分不明显了，即以几何光学为基础的模型加入了对多次散射的考虑，而以辐射传输为基础的模型加入了对热点现象的考虑。
热点(hot spot)现象
所谓热点(hot spot)现象，即当传感器与太阳位于同一方向时，传感器所接收的地面辐射最强（地面反射率最大、地面光强最强、最热）。几何光学模型可以较好地解释热点现象。光照背景的比例
植被辐射传输过程的特殊性
• 大气中散射和吸收粒子的分布可以看成是平面平行分布，即粒子特性仅随高度发生变化，同一高度上的分布可以看成均一分布；而植被则在三维空间上均有变化，植被个体间往往存在一不定期的间隙，造成其在水平面上的不连续性，因而使问题复杂化。
植被辐射传输过程的特殊性
• 大气中散射体为粒状分布，而植被中散射体—叶片则有一定的取向和大小。前者造成植被中的辐射不仅与传输路径长度和路径上叶片密度有关，而且与路径上叶片的取向有关；后者则造成明显的“热点”现象，即当观测方向与辐射方向正好相反时，出现较强的反射亮度。
2）植被累积面积增大
“丘形”分布
在背景土壤反射率较高（如红光波段）而且植被较为稀疏的情况下，反射率会出现“丘形” 分布。原因：1）星下点背景反射率影响较大

土壤-植被-大气传输模型的组成及其耦合方法研究

土壤-植被-大气传输模型的组成及其耦合方法研究杜妮妮;韩磊【摘要】Based on the physical and bio-physical processes of water and energy exchange for soil-vegetation-atmosphere system,the canopy radiative transfer,runoff exchange and water and energy migration process in soil vertical direction were descripted by the soil-vegetation-atmosphere transfer model（SVAT）,and land surface and atmosphere exchange of matter and energy,as well as the mechanisms of the system interaction between elements were revealed.The composition,parameterization schemes for main water and heat process,those coupledmodel,improvement and application of SVAT models were summarized,some problems to improve and perfect existing SVAT models were put forward.%基于土壤-植被-大气系统水分和能量交换物理过程和生物物理过程的土壤-植被-大气传输模型（SVAT）,描述了冠层辐射传输、径流交换和土壤垂直方向的水分和能量迁移过程,揭示陆面/大气物质和能量交换、土壤水热迁移的动态特征,以及该系统各组成要素间的相互作用机制。

不同陆面模式对我国地表温度模拟的适用性评估

不同陆面模式对我国地表温度模拟的适用性评估孙帅;师春香;梁晓;韩帅;姜志伟;张涛【摘要】基于CLDAS大气驱动数据驱动CLM3.5陆面模式和3种不同参数化方案下的Noah-MP陆面模式模拟得到的地表温度,利用中国气象局2009 2013年2000多个国家级地面观测站地表温度进行质量评估.结果表明:从时间分布看,模拟地表温度与观测的偏差及均方根误差均呈季节性波动;从空间分布看,模拟地表温度与观测的偏差及均方根误差在中国东部地区相对于中国西部地区更小.选择Noah-MP陆面模式3种不同参数化方案模拟结果进行对比,结果表明:Noah-MP模式的非动态植被方案不变时,考虑植被覆盖度的二流近似辐射传输方案的Noah-MP陆面模式模拟的地表温度优于考虑太阳高度角和植被三维结构的二流近似辐射传输方案Noah-MP陆面模式模拟的地表温度;选择动态植被方案的Noah-MP陆面模式模拟的地表温度优于选择非动态植被方案的Noah-MP陆面模式;总体而言,考虑动态植被方案的Noah-MP陆面模式模拟的地表温度优于其他两种参数化方案的Noah-MP陆面模式以及CLM3.5陆面模式模拟的地表温度.%As an important physical quantity in the land surface process,the ground temperature plays an important role in climate change research,agricultural production and ecological environment.A set of simulation experiments are carried out,in which ground temperature are simulated by Community Land Model 3.5 (CLM3.5) land surface model and Noah-Multi Parameterization Land Surface Model (Noah-MP) of three different parameterization schemes,forced by China Meteorological Administration Land Data Assimilation System (CLDAS) atmosphere forcing data containing high-quality temperature,pressure,humidity,wind speed,precipitation and solarshortwave radiation.The different model-simulated ground temperature is verified by 2000 national ground temperature observation stations of China Meteorological Administration from 2009 to 2013.Results show that errors of different model-simulated ground temperature compared with observations behave seasonal fluctuations from the error analysis of time series.And the ground temperature simulated by CLM3.5 land surface model and Noah-MP land surface model can better represent the spatial distribution of ground temperature of China in seasonal climate state.The ground temperature is underestimated in general,and the underestimation in spring and autumn is smaller than that in summer and winter.On the spatial distribution,the error of the model-simulated ground temperature in the eastern China is smaller than that in the western China,and in the northeastern China and northern Xinjiang the error is even greater.Three different parameterization schemes of Noah-MP land surface model are selected to compare the simulation result.Results show that when the non-dynamic vegetation scheme remain unchanged,considering different radiation transferring schemes,the two-stream approximation radiative transferring scheme considering vegetation coverage of Noah-MP land surface model performs better than the radiative transferring scheme considering the solar altitude angle and vegetation 3D structures of Noah-MP surface land model.When the default two-stream approximation radiative transferring scheme in Noah-MP land model doesn't change,considering the dynamic vegetation scheme of Noah-MP land surface model,the result shows that the ground temperature choosing thedynamic vegetation scheme of Noah-MP land surface model is better than the non-dynamic vegetation scheme named of NoahMP land model.Above all,the ground temperature simulated by the dynamic vegetation scheme of NoahMP land surface model is better than the other two parameterization schemes of Noah-MP land model and the CLM3.5 land surface model.【期刊名称】《应用气象学报》【年(卷),期】2017(028)006【总页数】13页(P737-749)【关键词】CLDAS;CLM3.5;Noah-MP;地表温度;站点观测【作者】孙帅;师春香;梁晓;韩帅;姜志伟;张涛【作者单位】南京信息工程大学地理与遥感学院,南京210044;国家气象信息中心,北京100081;国家气象信息中心,北京100081;国家气象信息中心,北京100081;国家气象信息中心,北京100081;国家气象信息中心,北京100081【正文语种】中文基于CLDAS大气驱动数据驱动CLM3.5陆面模式和3种不同参数化方案下的Noah-MP陆面模式模拟得到的地表温度，利用中国气象局2009—2013年2000多个国家级地面观测站地表温度进行质量评估。

遥感物理-辐射传输模型

叶片的物理特性包括叶片尺度、叶片取向、叶表面粗糙度以及叶片光学性质（如反射率、透过率和吸收率）等。
考虑由叶片所组成的整体性质，需要定义一些植被群体特性参数，它们是对植被冠层结构和光学特征的一种提炼化描述，是对全体叶片分布统计平均的结果。这些统计量包括叶面积密度分布、 G函数和函数。
叶面积密度分布
2）植被累积面积增大
“丘形”分布
在背景土壤反射率较高（如红光波段）而且植被较为稀疏的情况下，反射率会出现“丘形” 分布。原因：1）星下点背景反射率影响较大
叶面积指数
单位面积内所有叶子单面面积之总和。也可表示为叶面面积之总和与所占面积之比。无单位量纲，是农学、植被生态学中最重要、最常用的参数。
植被辐射传输过程的特殊性
• 大气中散射和吸收粒子的分布可以看成是平面平行分布，即粒子特性仅随高度发生变化，同一高度上的分布可以看成均一分布；而植被则在三维空间上Байду номын сангаас有变化，植被个体间往往存在一不定期的间隙，造成其在水平面上的不连续性，因而使问题复杂化。
植被辐射传输过程的特殊性
• 大气中散射体为粒状分布，而植被中散射体—叶片则有一定的取向和大小。前者造成植被中的辐射不仅与传输路径长度和路径上叶片密度有关，而且与路径上叶片的取向有关；后者则造成明显的“热点”现象，即当观测方向与辐射方向正好相反时，出现较强的反射亮度。
植被辐射传输模型的假设
• 在本节中，我们考虑连续植被分布，或者植被个体间虽有间断，但却均匀分布（其体现的效果相当于个体密度之和在整个平面上的平均），这时植被叶片密度呈平面平行分布。这种假设符合农作物、自然草场以及一些较密的森林的状况。
植被辐射传输模型中的三个参数

【国家自然科学基金】_陆面模型_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140802

科研热词推荐指数陆面过程 4 陆面数据同化 3 集合卡尔曼滤波 2 遥感 2 模型 2 土壤湿度 2 土壤水分 2 土壤-植被-大气系统 2 冻土 2 vic模型 2 黑河下游 1 高时间分辨率静止卫星 1 饱和-非饱和入渗理论 1 陆面过程模型-shaw 1 陆面过程参数化 1 陆面数据同化系统 1 陆气耦合传输 1 鄱阳湖湿地环境 1 贝叶斯滤波 1 试验模拟 1 蒸散发 1 蒸发蒸腾 1 蒸发潜热 1 能量平衡 1 组分温度 1 累积效应 1 粒子滤波 1 空间非均匀性 1 环境流体 1 湖泊和湿地 1 渍涝 1 淮河流域农业区 1 流量 1 活动层 1 河套灌区 1 水文模型 1 水循环模式 1 水分和能量传输 1 水体模型 1 水体与大气间的水热传输 1 气孔导度 1 次网格变异性 1 次网格 1 植被盖度 1 时空格局 1 扩展卡尔曼滤波 1 径流 1 应用 1 尺度转换 1 寒区生态 1 多年冻土 1 地表温度 1
科研热词敏感性试验土壤湿度 sebal模型黑河流域黄河三花间流域鸭绿江高光谱遥感集合卡曼滤波降水降尺度陆面过程模式陆面过程模型陆面实际蒸散发重金属遗传算法逐步回归蒸渗仪蒸发蒸腾量粒子滤波简化参数化方案稳定同位素石羊河生态水文灵敏度分析滨海盐土涡度相关水资源管理水文过程要素广义线性模型平流-干旱模型干旱区层云对流云实验遥感天气发生器大孔径闪烁仪大型蒸渗仪地表蒸散发参数地气相互作用地形指数模型国际河流同化反演系统参数优化分布式水文模型 wrf-noah模式 wep模型 tmi swat richards 方程 ncep再分析资料 mwrt
2010年序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52

气象学中的气象模式参数化方案评估与改进研究

气象学中的气象模式参数化方案评估与改进研究气象模式是用于模拟和预测大气中各种现象和天气变化的数值模拟工具。

在气象模式中，参数化方案起着至关重要的作用，用于描述模拟过程中的物理过程，如辐射传输、湍流效应、云微物理等。

本文旨在探讨气象模式中的参数化方案评估与改进研究的现状和挑战。

一、气象模式中的参数化方案评估方法1. 观测数据验证法观测数据是评估气象模式参数化方案效果的重要基础。

通过将模拟结果与观测数据进行对比分析，可以评估模型的准确性和模拟能力。

观测数据验证法可以利用气温、湿度、风速等观测量进行比对，并计算出误差指标来评估模式预报的准确性。

2. 敏感性分析法敏感性分析是通过对模式中的某一参数进行变化，观察模拟结果的敏感程度，进而评估参数化方案的有效性。

可以通过改变物理参数的数值，或者引入新的参数，然后观察模拟结果的变化来分析模式的敏感性。

3. 精细观测试验法精细观测试验是通过在某一特定地点进行详细观测，并将观测数据用于模拟预报，以评估参数化方案的性能。

精细观测试验可以探索模式在不同地区、不同季节和不同天气条件下的模拟效果，为改进参数化方案提供依据。

二、气象模式参数化方案改进研究1. 物理过程优化气象模式中物理过程的参数化方案主要包括辐射传输、湍流效应、云微物理等。

改进参数化方案的研究主要集中在提高模拟精度和模拟效率两个方面。

通过区域尺度的观测数据以及合理的物理机制，可以对参数化方案进行优化，以提高模式的预报准确性和可靠性。

2. 数据同化方法数据同化是将观测数据与模式输出结果综合利用的技术，用于优化模拟结果。

通过合理的数据同化方法，可以减小参数化方案引入的误差，并提高模拟的准确性。

常用的数据同化方法包括卡尔曼滤波、变分方法等。

3. 多模型集合方法多模型集合方法是通过结合多个不同的气象模式，综合利用其优势，提高气象预报的准确性。

在参数化方案改进的研究中，可以采用多模型集合方法，通过比较不同模式的预报结果，评估参数化方案的性能，并进行针对性的改进。

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科研热词数值模拟土壤湿度高斯误差传播原理非对称台风非均匀下垫面雪深雨雪冰冻灾害集合kalman滤波随机不确定性陆面过程模型陆面参数化通用陆面模式资料同化误差源简化参数化方案模式误差植被分布暴雪监测暴雨数值天气预报敏感性试验影响差分格式天气学大气边界层地形指数模型台风模拟台风暴雨台风初值化可预报性 richards方程 atovs资料 atovs数据同化 4dvar 2008中国南方低温
科研热词降水物理过程参数化方案 wrf模式黑河流域高寒草原集合平方根滤波陆面过程模式陆面模式(ssib) 陆面方案陆面参数陆—气相互作用通用陆面模式边界层参数化方案辐射藏北高原耦合模型研究进展短波辐射生物圈大气圈输送方案特征湖泊模式海风水文学气候暴雨模拟数据同化数值模拟感热输送干旱区天气研究和预报(wrf) 多年冻土城市边界层城市热岛城市化城市冠层模式城市冠层模型地表反照率地形指数模型土壤热传导率土壤湿度土壤水热特征参数校正参数敏感性区域气候冻土模式 shaw模型 efast方法
2008年序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42
科研热词陆面过程土壤湿度非均匀性集合卡尔曼滤波随机降水离散方案降水日变化降水分布面积降水分布陆面过程参数化陆面模式陆面数据同化陆气耦合传输陆气相互作用遥感边界层结构藏北高原水文模式次网格变异性植被类型植被数值模拟扩展卡尔曼滤波平均降水强度尺度变换地表能量地下水土壤湿度同化方案土壤冻融土壤-植被-大气系统四流近似四流辐射模式双集合kalman滤波参数化方案卫星区域气候模式冠层辐射传输方程冠层辐射传输模式 vic模型 vcf svat模型 ncar/clm

陆面过程模式的研究进展简介

陆面过程模式的研究进展简介
陆面过程模式是描述陆地表面与大气之间相互作用和相互转化的物理数学模型，主要应用于气候和气象预报、生态系统和环境监测、水资源管理等领域。

以下是关于陆面过程模式研究进展的简介：
1. 模式发展和完善：随着计算机技术和数值模式的不断发展，陆面过程模式逐渐从简单走向复杂，考虑的物理过程越来越多，如土壤水热耦合、植被动态模拟等。

同时，模式也越来越注重与生态、水文、气象等学科的交叉融合，以更好地模拟和预测陆地生态系统中的各种过程。

2. 参数化方案改进：参数化方案是陆面过程模式中的重要组成部分，其目的是将一些难以直接求解的物理过程进行简化描述。

近年来，研究者们不断改进和优化参数化方案，以提高模式的模拟精度和预测能力。

例如，土壤蒸发、植被蒸腾等过程的参数化方案得到了不断改进和完善。

3. 数据同化应用：数据同化是将观测数据与模式进行融合的方法，以提高模式的模拟精度和可靠性。

近年来，数据同化技术在陆面过程模式中得到了广泛应用，如卫星遥感数据、地面观测数据等被广泛应用于模式的数据同化中，以提高模式的预测能力。

4. 人工智能和机器学习应用：人工智能和机器学习技术在陆面过程模式中的应用也得到了越来越多的关注和研究。

例如，利用机器学习算法对陆面过程模式输出的结果进行后处理和误差修正，以提高模式的预测精度和可靠性。

总的来说，陆面过程模式的研究进展在不断推动着相关领域的发展和应用。

随着技术的不断进步和应用需求的不断提高，未来陆面过程模式的研究将会更加深入和广泛。

WRF物理过程参数化方案简介

WRF物理过程参数化方案简介(WRF V2)1 辐射过程参数化1.1 RRTM长波辐射方案来自于MM5模式,采用了Mlawer等人的方法。

它是利用一个预先处理的对照表来表示由于水汽、臭氧、二化碳和其他气体,以及云的光学厚度引起的长波过程。

1.2 Dudhia 短波辐射方案来自于MM5模式,采用Dudhia的方法,它是简单地累加由于干净空气散射、水汽吸收、云反射和吸收所引起的太阳辐射通量。

采用了Stephens的云对照表。

1.3 Goddard短波辐射方案它是由Chou和Suarez发展的一个复杂光学方案。

包括了霰的影响,适用于云分辨模式。

1.4 Eta Geophysical Fluid Dynamics Laboratory(GFDL)长波辐射方案这个辐射方案来自于GFDL。

它将Fels和Schwarzkopf的两个方案简单的结合起来了,计算了二氧化碳、水汽、臭氧的光谱波段。

1. 5 Eta Geophysical Fluid Dynamics Laboratory(GFDL) 短波辐射方案这个短波辐射方案是Lacis和Hansen参数化的GFDL版本。

用Lacis和Hansen的方案计算大气水汽、臭氧的作用。

用Sasamori等人的方案计算二氧化碳的作用。

云是随机重叠考虑的。

短波计算用到时间间隔太阳高度角余弦的日平均。

2 微物理过程参数化2.1 Kessler暖云方案来自于COMMAS模式,是一个简单的暖云降水方案,考虑的微物理过程包括:雨水的产生、降落以及蒸发,云水的增长,以及由凝结产生云水的过程,微物理过程中显式预报水汽、云水和雨水,无冰相过程。

2.2 Purdue Lin方案微物理过程中,包括了对水汽、云水、雨、云冰、雪和霰的预报,在结冰点以下,云水处理为云冰,雨水处理为雪。

所有的参数化项都是在L in等人以及Rutledge和Hobbs的参数化方案的基础上得到的,某些地方稍有修改,饱和修正方案采用Tao的方法。

辐射传输模型在遥感教学实验中应用研究

知识的本科生更是难以操作。此对辐射因
（）型的大气廓线：拟以下６气候１典模种原型：热带大气、纬度夏季、中中纬度冬季、
传输模型进行有效封装，之便于学生操副极地夏季、极地冬季以及Ｕ￥２候模使副６气作与理解，必深入学习复杂的辐射传输式。些模式大气广泛地应用于大气科学不这方程，必了解模型内部机制，过选择相的研究中，且提供包括气压、度、汽不通并温水
过Ｗｅｂ网页即可访问系统，生在课后及学实验课程中，据卫星观测条件设置相应根
而使该模式非常复杂，入参数繁琐众多，输
参数设置和选择就显得非常重要。
图１系统构架
３辐射传输模型教学应用
摘要：电磁波在大气中的辐射传输是遥惑的物理基础，由于该内容涉及其它领域学科知识，但目前在遥感教学活动中大多是定性的概念性质讲述。本文在对ＭＤＲＮ辐射传输模型特，ＯＴＡ最分析的基础上，出对ＭＯＴＡ进行封装，供界面简洁操作方便，提ＤＲＮ提且有利于加深对遥感物理基础理解的教学系统。关键词：感教学ＭＯＴＲＮ辐射传输模型遥ＤＡ中图分类号：２１Ｇ６文献标识码：Ａ文章编号：６３７５２１）２ｂ－０５０１７ —９９（００（）０－２２５遥感是当代空间信息科学的核心技术提包括大气、气溶胶、、、汽以及高程等作便于理解。供几个比较典型的大气参云风水

气象模型的参数化方案优化研究

气象模型的参数化方案优化研究气象模型在天气预报、气候研究以及应对气候变化等领域发挥着至关重要的作用。

然而，要提高气象模型的准确性和可靠性，参数化方案的优化是一个关键环节。

气象模型是对大气物理过程的数学描述，由于大气的复杂性和当前计算能力的限制，一些次网格尺度的物理过程无法被直接模拟，需要通过参数化方案来近似表示。

这些参数化方案通常基于一定的物理假设和经验公式，但其准确性和适用性往往存在一定的局限性。

参数化方案的不准确可能导致气象模型在模拟某些天气现象和气候特征时出现偏差。

例如，在模拟云的形成和演变、降水过程、辐射传输等方面，参数化方案的不足可能使得模型预测的结果与实际观测存在较大差异。

因此，优化参数化方案对于提高气象模型的性能具有重要意义。

在优化气象模型的参数化方案时，首先需要深入理解所涉及的物理过程。

这包括对大气中的能量传输、水汽相变、湍流混合等过程的研究。

通过实地观测、实验室实验以及理论分析，我们能够获取更多关于这些物理过程的细节，从而为改进参数化方案提供依据。

观测数据在参数化方案优化中起着不可或缺的作用。

丰富而准确的观测数据可以帮助我们评估现有参数化方案的表现，并发现其中存在的问题。

例如，通过卫星观测获取的云的分布和特性、地面气象站的温度、降水等数据，都可以与模型模拟结果进行对比分析。

基于这种对比，我们可以对参数化方案中的参数进行调整和优化，以提高模型的模拟能力。

此外，高性能计算技术的发展为参数化方案的优化提供了有力支持。

通过大规模的数值模拟和敏感性试验，我们可以研究不同参数组合对模型结果的影响，从而找到最优的参数设置。

同时，利用并行计算和分布式计算等技术，可以大大提高优化过程的效率，缩短研发周期。

在优化过程中，还需要考虑不同参数化方案之间的相互作用。

气象模型中的各个参数化方案并非孤立存在，它们之间存在着复杂的相互影响。

例如，云参数化方案与辐射传输参数化方案密切相关，降水参数化方案也会受到大气环流参数化方案的影响。

遥感物理-辐射传输模型

植被辐射传输模型的假设
• 在本节中，我们考虑连续植被分布，或者植被个体间虽有间断，但却均匀分布（其体现的效果相当于个体密度之和在整个平面上的平均），这时植被叶片密度呈平面平行分布。这种假设符合农作物、自然草场以及一些较密的森林的状况。
植被辐射传输模型中的三个参数
植被中主要的光合组织是叶片，辐射在植被中进行传输时，更多地是与叶片发生相互作用而改变辐射特性，叶片对辐射传输的影响。
当然，由于相互融合，两类模型现在已经区分不明显了，即以几何光学为基础的模型加入了对多次散射的考虑，而以辐射传输为基础的模型加入了对热点现象的考虑。
热点(hot spot)现象
所谓热点(hot spot)现象，即当传感器与太阳位于同一方向时，传感器所接收的地面辐射最强（地面反射率最大、地面光强最强、最热）。几何光学模型可以较好地解释热点现象。光照背景的比例
辐射在介质中传输时，所受到的影响与散射体和吸收体的密度分布有很大关系。叶面积密度指单位体积内叶片（单面）面积总和，它在空间分布的形式称为叶面积密度分布，通常以 uL(r)表示，单位为米-1。在植被平面平行分布的假设下，可以表示为uL(r)= uL(z)，即叶面积密度只随垂直高度变化而改变，同一层的叶面积密度是均一的。
核驱动模型研究
研究地表二向反射或半球反照率时，必须建立反射模型（如植被区域的冠层反射模型）。由于实际遥感探测时，地表状况非常复杂，很难用一种模型来表达。因此我们可以认为地表反射是多种模型的线形组合，并且为了关注地表方向反射特征，将模型中与方向有关的项和与方向无关的项分开，例如前面谈到的非刚体几何光学模型即可写为：
叶片的物理特性包括叶片尺度、叶片取向、叶表面粗糙度以及叶片光学性质（如反射率、透过率和吸收率）等。

大气辐射传输参数化方案改进与应用

大气辐射传输参数化方案改进与应用是气象学中的重要研究领域。

通过对大气辐射传输的研究，可以更好地理解和模拟大气中的能量传输和分配过程，为气象预测、气候变化研究以及环境保护提供重要的科学依据。

一、大气辐射传输的基本概念大气辐射传输是指太阳辐射经过大气层与地球表面发生相互作用的过程。

大气辐射传输过程涉及到辐射的发射、吸收、散射以及透过等多种物理过程。

了解这些过程对于我们准确预测天气和气候变化至关重要。

二、常用的大气辐射传输参数化方案为了模拟大气辐射传输过程，研究人员根据实际观测数据和物理原理，提出了一系列参数化方案。

其中最常用的包括K模型、长波辐射传输模型（RTM）以及斑模型。

1. K模型K模型是一种简化的大气辐射传输参数化方案，通过将大气分为几个层次，在每个层次中采用不同的辐射强迫系数进行计算。

虽然K模型简化了计算过程，但其精度受到较大的限制，不适用于复杂的气象环境。

2. RTM长波辐射传输模型（RTM）是一种比较复杂的大气辐射传输参数化方案，通过考虑大气中的各种组分和复杂的辐射相互作用过程进行计算。

RTM在模拟大气辐射传输方面具有较高的精度，但计算复杂度也较高。

3. 斑模型斑模型是一种介于K模型和RTM之间的参数化方案，它在考虑大气分层的基础上，采用斑模型系数来描述不同层次之间的辐射传输过程。

斑模型相对于K模型而言更加精确，而且计算复杂度相对较低。

三、大气辐射传输参数化方案的改进尽管现有的大气辐射传输参数化方案能够满足一定的研究需求，但仍然存在一些不足之处。

为了改进这些参数化方案，研究人员开展了一系列针对不同问题的研究。

1. 气溶胶辐射气溶胶是大气中的重要组分之一，对太阳辐射和地球辐射的传输过程有重要影响。

目前的大气辐射传输模型在计算气溶胶辐射过程时存在一定的局限性。

因此，改进气溶胶辐射参数模型是当前的研究重点之一。

2. 近地表辐射大气辐射传输模型通常忽略了近地表辐射的传输过程，这在某些特定情况下可能导致误差。