利用modtran3计算我国太阳直接辐射和散射辐射

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第24卷第1期南京气象学院学报Vo1．24No．12001年3月JournalofNanjingInstituteofMeteorologyMmr．2001利用MODTRAN3计算我国太阳直接辐射和散射辐射傅炳珊”陈渭民”马丽(南京气象学院1)电子信息与应用翱理系；2)计算机科学与拄术系，南京210044)摘要根据光的多次散射理论——离散纵标法，利用我国国家一级辐射测站的大气廓线，计算出晴空大气观测波段不同高度上的太阳直接辐射和向下散射辐射。将模式输出的地面辐射值与地面辐射观测资料进行比较，对不同高度的太阳直接辐射和向下散射辐射以厦日变化

2、进行了讨论。最终目的是直接由M0DTRAN3计算我国辐射空白站的地面辐射值，以弥补我国辐射站稀少，时空分布短缺的不足。关键词MODTRAN3，太阳直接辐射，太阳向下散射辐射，时空分布分类号P422近年来，与大气辐射传输有关的应用需求增长极快，使大气辐射传输的过程研究，包括理论研究、实验室测量、野外观测和验证试验等与定量化算法研究获得蓬勃发展，发展了不少理论和方法。当前国际国内已有多种大气辐射传输的模式与算法，就低分辨率(分辨率≥20em_。)大气辐射传输模式(LOWTRAN)而言，美国空军地球物理实验室(AFGL)主编的低分辨率透过率计算模式(LOWTRAN)程序是公认的有效而方便的算

3、法。LOWTRAN从一开始就是为应用而建，在20多年的发展过程中不断扩充和修订基础资料，改进算法，增加可计算的辐射传输结果，从原意义上的“低分辨率大气透过率计算模式”扩展到目前能导出复杂天气条件下多种辐射传输量的“低分辨率大气辐射传输计算模式，提供了许多新的应用可能性，已被国际上许多应用专家广泛应用于各自的实际问题它的主要用途是为了军事和遥感的工程应用，以20ern_。的光谱分辨率的单参数带模式计算0～50000cFII_。的大气透过率、大气背景辐射、单次散射的阳光和月光辐射亮度。中光谱分辨率大气辐射传输模式(MODTRAN)较之LOWTRAN不但提高了光谱分辨率，而且还包括了多次散射

4、辐射传输精确算法——离散纵标法，对有散射大气的辐射传输如太阳短波辐射，比LOWTRAN中的二流近似算法有更高的精度和更大的灵活性。近年来，Stamnes等展的离散纵标法计算程序包——D1SORT对传统的基于Chandrasekhar公式的计算方法作了改进，用标准矩阵解法直接由齐次微分方程组求特征值，提高了计算效率。许多研究对这一程序包进行了广泛的试验并将之与标准算法对比，认为它是较精确的计算程序包]。本文在其他研究的基础上，利用MODTRAN3中分辨率大气辐射传输模式计算我国夏、秋季晴空条件下各高度上的太阳辐射，以弥补我国辐射站稀少及太阳辐射资料时空分布匮乏的不足收蔫日期：2000-0

5、619I改回日期：200011—30第一作者倚舟：傅炳珊，女，1967年4月生，硬士，工程师，现在}可北省石索庄市气象局工作维普资讯http://www.cqvip.com52南京气象学院学报24卷1辐射传输及离散纵标法1．1辐射在大气中的基本衰减过程——吸收和散射计算太阳直接辐射和散射辐射的关键问题是确定大气中诸物质的光学厚度、吸收率、透过率等辐射计算参数。晴空大气中，吸收太阳辐射的主要物质是臭氧和水汽，其次是氧和二氧化碳．气溶胶也有较小吸收。在<0．3m谱段，氧、臭氧和氮是高层大气吸收太阳辐射的主要物质，臭氧主要分布在10～50km高度层，极大值在20～25km高度层；在0．3～0

6、．7m谱段，几乎很少有吸收气体，仅有弱的臭氧吸收，为大气可见光窗区i在^>O．7m谱段，主要吸收气体是水汽，且主要集中在对流层的下部，另外还有氧和二氧化碳等混合气体的弱吸收在晴空大气中，对太阳辐射的散射主要是分子瑞莉散射和气溶胶粒子散射。1．2辐射传输的离散纵标法离散纵标法的一般表述由Chandrasekhar和Lioun给出。然而，由于数值解的困难，方法难以广泛地应用于辐射传输的计算。1988年，Alaska大学的Stamnes等-1最早开发了离散纵标法(DISORT)软件包，采用离散纵标法求解辐射传输方程，结出了完全稳定的解析解，成为一普遍公认的辐射传输精确算法的使用软件包。该方法

7、可求解垂直非均匀、各向异性并含热源的平面平行介质中的辐射传输问题，其波谱可覆盖紫外一微波段，计算包括了热辐射、散射、吸收、下边界双向反射和发射等物理过程1991年．Dahlback和Stamnes介绍了DISORT软件包的伪球面和球面模式。这个基于扰动技术，将球面问题简化成一系列平面问题的球面模式·对于研究曙暮光情况下的辐射传输问题非常有效。1995年，Kylling等在此基础上完成了快速可靠的DISORT二流模式，其特点是：(1)增加了直接辐