大气气体吸收的温度依赖关系-研究

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1、第一章绪论度的变化。以C02为例，从表1．1可以看出，大气二氧化碳的浓度从1750年的278ppmv增加到2005年的379ppmv，增加了36％，远远超过了过去65万年来自然因素引起的变化范围。温室气体浓度以目前的速度增加，将通过大气辐射过程导致进一步的全球变暖，并引发21世纪全球气候系统的更多变化，这些变化将可能大于20世纪的观测结果。即使温室气体浓度保持不变，由于各种气候过程和反馈与时间尺度有关，人类活动引起的全球变暖和海平面上升仍会持续数个世纪【4】。I孙dLatiwF0mJnaTerf't13nF～auesSDatmfScaleLOSULong-1．v

2、edI■■■■■巴!^—酬1。65：149∞1．e3JH曲048’04二?o0￡3{f{”：_二：1，；GobaJ№h矿””一们”5lI■■Y●■_‘U．34：U01：0U．j?I甜枷眦蕾一一霉淼-O。05e-(315t。oo剐Con：lnⅢdf血d035【o25∞of．51"D№Ⅲ■’0．0710。c2bu12G。b山L口w_bp谗a饼意n-0．20f-0{0I(200U}L0c州∞h^qd0．，0墨CO协O2训·LoⅣCtJJl“rgnkalMeal⋯Tutal．{霉i叫目-0．5I田9to01j。L聩ⅣID口bⅫCon!f^●“d：_■．o．70¨eoto

3、·O30：Low‘o．qlon,■0，0'f0ooSto0'33】Conun口nL—L口“SolarIrrBd}ance．：．卜．卜012【O．c6曲O3叫图1．11750年以来全球平均辐射强迫的估计表1．1受人类活动影响的主要温室气体及其浓度变化a数据引自IPCC，2001[31，其余数据引自IPCC，2007[4]另一方面，温室气体在大气中的存留时间是与政策密切相关的参数【51。也就是说，在自然过程把排放到大气中的温室气体清除掉之前，具有长寿命的温室气体在大气中存留至少几十年，几百年甚至几千年，在此期间它们都对维持大气辐射强迫具有准不可逆的贡献。2第一章绪论

4、几种重要的温室气体在大气中的存留时间，可参见表1．1。值得注意的是，由于C02从大气中的清除涉及到大量跨越不同时间尺度的过程，对这些过程目前尚未充分了解，因此很难精确地给出一个C02强迫的时间尺度，只能给出一个时间范围。1．2研究目标及意义目前己建立各种气候模式来研究1．1节所述的温室气体的辐射强迫问题。然而，在当代较先进的气候模式中，有将近一半的计算机时间都是用于辐射计算。从辐射计算的角度讲，问题的核心是大气透过率和辐射通量的计算。但对大气遥感和气候研究来说，两者的要求有所不同。对于前者而言，我们可能只需要计算一个很窄的光谱区间(即通道)范围内的透过率，然后求

5、解辐射传输方程，得到到达卫星或其他平台或地面的该光谱区间内的辐射通量。对于后者来说，问题则要复杂得多。必须对整个太阳和地球辐射光谱进行频率或波长积分，以得到到达大气各层和地面的辐射通量。到达地面的辐射通量，用来计算地面辐射平衡；而到达大气各层的辐射通量的辐合和辐散，则用于大气加热(冷却)率的计算[61。地球大气中的辐射过程可以划分为吸收、散射和热辐射，所有这些过程都可由辐射传输方程来描述。因为辐射过程是频率相关的，从物理上适于描述该过程的独立变量是波数(或波长)。对一给定的光谱间隔，单色辐射传输方程必须在波数空间积分。然而，单色辐射的积分需要很小的波数增量，其数

6、量级大致是1个大气压下气体谱线宽度的1／5(大约是10-2cm‘1)，直到中层大气的Doppler宽度(大约是10_4cm。1)。在需要对频率进行积分时，如果涉及到中高层大气，积分步长显然必须小于Doppler加宽的半宽度，以便不丢失可能对积分有重要贡献的谱线。假定要对0一-3000cm“的长波辐射通量进行积分(对于气候变化研究来说，这是必需的)，那么，一般而言，积分样点数M至少必须取为M：300_．__．qo：3．0×107(1．1)10_显然，这需要大量的计算机时才能达到需要的精度。因此，在实际应用中，尤其在气候研究中，有必要提供一种快速的辐射计算方法，以合

7、适的形式对非灰气体吸收进行参数化。在许多实际应用中发现：辐射计算精度的好坏直接关系到气候预测的正确与否。许多国外作者研究地球大气中的太阳和红外辐射传输问题【7-l21。研究辐射传输主要有两个目的，一是为了研究大气能量平衡中的辐射项，这也是天气预报和气候预测中一定要了解的项；3第一章绪论二是通过比较计算和观测值来推断出大气结构中的信息。对气候研究来说，必须要有一种精确的计算大气加热率或冷却率的方法，因为其可间接地得到辐射温度的变化。例如，研究二氧化碳浓度的增加对全球气候的影响会涉及到辐射．对流模式，ManabeandWetheraldB3l首次指出C02浓度增加到

8、目前的2倍，地球的平均地