Том 22, номер 02, статья № 9

Аннотация:

Представлен метод расчета потоков широкополосного солнечного излучения в условиях безоблачного неба, основанный на сочетании алгоритма статистического моделирования и модификации метода k-распределений. Описан подход к выбору входных параметров, необходимых для вычисления потоков и прямой компоненты радиационного форсинга аэрозоля на верхней и нижней границах атмосферы. В основе подхода лежит комбинация результатов многолетних измерений солнечными фотометрами аэрозольной оптической толщи в интервале 0,37-4,0 мкм и влагосодержания атмосферы в районе г. Томска и известных моделей аэрозоля, газовых компонентов атмосферы и подстилающей поверхности для определения недостающих параметров (альбедо однократного рассеяния и индикатрисы рассеяния аэрозольными частицами, альбедо подстилающей поверхности).

Ключевые слова:

аэрозоль, атмосферные газы, солнечная радиация, метод Монте-Карло

Список литературы:

1. Кондратьев К.Я. Аэрозоль как климатообразующий компонент атмосферы. 2. Прямое и косвенное воздействие на климат // Оптика атмосф. и океана. 2002. Т. 15. № 4. С. 301-320.
2. Кондратьев К.Я. Аэрозоль и климат: современное состояние и перспективы разработок. 3. Аэрозольное радиационное возмущающее воздействие // Оптика атмосф. и океана. 2006. Т. 19. № 7. С. 565-575.
3. Haywood J., Boucher O. Estimates of the direct and indirect radiative forcing due to tropospheric aerosols: A review // Rev. Geophys. 2000. V. 38. N 4. P. 513-543.
4. Twomey S. The influence of pollution on the shortwave albedo of clouds // J. Atmos. Sci. 1977. V. 34. N 7. P. 1149-1152.
5. Albrecht B. Aerosols, cloud microphysics, and fractional cloudiness // Science. 1989. V. 245. N 4923. P. 1227-1230.
6. Johnson B., Shine K., Forster P. The semi-direct aerosol effect: Impact of absorbing aerosols on marine stratocumulus // Quart. J. Roy. Meteorol. Soc. 2004. V. 130. N 599. P. 1407-1422.
7. Тарасова Т.А., Горчакова И.А., Свириденков М.А., Аникин П.П., Ромашова Е.В. Оценка радиационного форсинга дымового аэрозоля по данным радиационных измерений на Звенигородской научной станции ИФА РАН летом 2002 года // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2004. Т. 40. № 4. С. 514-524.
8. Горчакова И.А., Мохов И.И., Рублев А.Н. Влияние аэрозоля на радиационный режим безоблачной атмосферы по данным Звенигородских аэрозольно-облачно-радиационных экспериментов // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2005. Т. 41. № 4. С. 496-510.
9. Zhou M., Yu H., Dickinson R., Dubovik O., Holben B. A normalized description of the direct effect of key aerosol types on solar radiation as estimated from AERONET aerosols and MODIS albedo // J. Geophys. Res. 2005. V. 110. D19202. doi:10.1029/2005JD005909.
10. Yu H., Kaufman Y., Chin M., Feingold G., Remer L., Anderson T., Balkanski Y., Bellouin N., Boucher O., Christopher S., DeCola P., Kahn R., Koch D., Loeb N., Reddy M., Schulz M., Takemura T., Zhou M. A review of measurement-based assessments of the aerosol direct radiative effect and forcing // Atmos. Chem. Phys. 2006. N 6. P. 613-666.
11. Yu H., Dickinson R., Chin M., Kaufman Y., Zhou M., Zhou L., Tian Y., Dubovik O., Holben B. The direct radiative effect of aerosols as determined from combination of MODIS retrievals and GOCART simulation // J. Geophys. Res. 2004. V. 109. D03206. doi: 10.1029/2003JD003914.
12. Сакерин С.М., Кабанов Д.М. Спектральная зависимость аэрозольной оптической толщи атмосферы в области спектра 0,37-4 мкм // Оптика атмосф. и океана. 2007. Т. 20. № 2. C. 156-164.
13. Slingo A. A GCM parameterization for shortwave radiative properties of water clouds // J. Atmos. Sci. 1989. V. 46. N 10. P. 1419-1427.
14. Журавлева Т.Б. Моделирование переноса солнечного излучения в различных атмосферных условиях. Часть I: Детерминированная атмосфера // Оптика атмосф. и океана. 2008. Т. 21. № 2. C. 99-114.
15. Чеснокова Т.Ю., Фирсов К.М., Воронина Ю.В. Применение рядов экспонент при моделировании широкополосных потоков солнечного излучения в атмосфере Земли // Оптика атмосф. и океана. 2007. Т. 20. № 9. C. 799-804.
16. Hook S.J. ASTER Spectral Library: Johns Hopkins University (JHU) spectral library; Jet Propulsion Laboratory (JPL) spectral library; The United States Geological Survey (USGS-Reston) spectral library, 1998. Dedicated CD-ROM, Version 1.2 (см. также http://speclib.jpl.nasa.gov).
17. Альбедо и угловые характеристики отражения подстилающей поверхности и облаков / Под ред. К.Я. Кон-дратьева. Л.: Гидрометеоиздат, 1981. 232 с.
18. Мицель А.А., Фирсов К.М. Развитие моделей молекулярного поглощения в задачах переноса излучения в атмосфере Земли // Оптика атмосф. и океана. 2000. Т. 13. № 2. C. 179-197.
19. Firsov K.M., Mitsel A.A., Ponomarev Yu.N., Ptashnik I.V. Parametrization of transmittance for application in atmospheric optics // J. Quant. Spectrosc. and Radiat. Transfer. 1998. V. 59. N 3-5. P. 203-213.
20. Lacis A.A., Oinas V. A description of the correlated correlated k distribution method for modelling nongray gaseous absorption, thermal emission, and multiple scattering in vertically inhomogeneous atmospheres // J. Geophys. Res. D. 1991. V. 96. N 5. P. 9027-9063.
21. Goody R., West R., Chen L., Crisp D. The correlated-k method for radiation calculations in nonhomogeneous atmospheres // J. Quant. Spectrosc. and Radiat. Transfer. 1989. V. 42. N 6. P. 539-550.
22. Фирсов К.М., Чеснокова Т.Ю. Новый метод учета перекрывания полос поглощения атмосферных газов при параметризации уравнения переноса // Оптика атмосф. и океана. 1998. Т. 11. № 4. C. 410-415.
23. Фирсов К.М., Чеснокова Т.Ю., Белов В.В., Серебренников А.Б., Пономарев Ю.Н. Ряды экспонент в расчетах переноса излучения методом Монте-Карло в пространственно неоднородных аэрозольно-газовых средах // Вычисл. техн. 2002. Т. 7. № 5. C. 77-87.
24. Журавлева Т.Б., Фирсов К.М. Алгоритмы расчетов спектральных потоков солнечной радиации в облачной и безоблачной атмосфере // Оптика атмосф. и океана. 2004. Т. 17. № 11. С. 903-911.
25. Fouquart Y., Bonnel B., Ramaswamy V. The intercomping shortwave radiation codes for climate studies // J. Geophys. Res. D. 1991. V. 96. N 5. P. 8955-8968.
26. Fomin B.A., Gershanov Yu.V. Tables of the benchmark calculations of atmospheric fluxes for ICRCCM test cases. Part II: Shortwave results / Preprint IAE 5990/1. Moscow, 1996.
27. Anderson G., Clough S., Kneizys F., Chetwynd J., Shettle E. AFGL Atmospheric Constituent Profiles (0-120 km), Air Force Geophysics Laboratory. AFGL-TR-86-0110. 1986. Environ. Res. Paper. N 954.
28. Kneizys F.X., Robertson D.S., Abreu L.W., Acha-rya P., Anderson G.P., Rothman L.S., Chetwynd J.H., Selby J.E.A., Shetle E.P., Gallery W.O., Berk A., Clough S.A., Bernstein L.S. The MODTRAN 2/3 report and LOWTRAN 7 model. Phillips Laboratory, Geophysics Directorate, Hanscom AFB, MA 01731-3010. 1996. 260 p.
29. Пташник И.В., Шайн К.П. Влияние обновления спектроскопической информации на расчет потоков солнечной радиации в атмосфере // Оптика атмосф. и океана. 2003. Т. 16. № 3. С. 276-281.
30. A preliminary cloudless standard atmosphere for radiation computation, World Climate Research Program, WCP-112. WMO/TD № 24. 1986. 60 p.
31. Hess M., Koepke P., Schult I. Optical properties of aerosols and clouds: The software package OPAC // Bull. Amer. Meteorol. Soc. 1998. V. 79. N 5. P. 831-844.
32. Dubovik O.T., King M.A. Flexible inversion algorithm for retrieval aerosol optical properties from Sun and sky radiance measurements // J. Geophys. Res. D. 2000. V. 105. N 16. P. 20673-20696.
33. Свириденков М.А. Определение характеристик атмосферного аэрозоля по спектральным измерениям прозрачности и малоуглового рассеяния // Оптика атмосф. и океана. 2001. Т. 14. № 12. C. 1115-1118.
34. Dubovik O., Smirnov A., Holben B., King M., Kaufman Y., Eck T., Slutsker I. Accuracy assessments of aerosol optical properties retrieved from Aerosol Robostic Network (AERONET) Sun and sky radiance measurements // J. Geophys. Res. D. 2000. V. 105. N 8. P. 9791-9806.
35. Zhuravleva T.B., Pavlov V.E., Pashnev V.V., Shestukhin A.S. Integral and difference methods for the determination of the aerosol scattering optical depth from sky brightness data // J. Quant. Spectrosc. and Radiat. Transfer. 2004. V. 88. N 1-3. P. 191-209.
36. Свириденков М.А., Аникин П.П., Журавлева Т.Б., Насртдинов И.М. Параметризация отношения потоков рассеянного и прямого солнечного излучения и ее использование для оценок альбедо однократного рассеяния с помощью приборов типа MFRSR // Оптика атмосф. и океана. 2008. Т. 21. № 4. C. 333-338.
37. Andrews E., Sheridan P., Orgen J., Ferrare R. In situ aerosol profiles over the Southern Great Plains cloud and radiation test bed site: 1. Aerosol optical properties // J. Geophys. Res. 2004. V. 109. D06208. doi:10.1029/2003JD004025.
38. Sheridan P., Delene D., Orgen J. Four years of continuous surface aerosol measurements from the Department of Energy's Atmospheric Radiation Measurement Program Southern Great Plains Cloud and Radiation Testbed site // J. Geophys. Res. D. 2001. V. 106. N 18. P. 20 735-20 747.
39. Козлов В.С., Тихомиров А.Б., Панченко М.В., Тихомиров Б.А. Аппаратура и методика оценки альбедо однократного рассеяния для локальных объемов воздуха // Междунар. симп. стран СНГ "Атмосферная радиация" (МСАР-2): Сб. тезисов. СПб.: СПбГУ, 2002. С. 63-64.
40. Halthore R., Schwartz S. Comparison of model-estimated and measured diffuse downward irradiance at surface in cloud-free skies // J. Geophysis. Res. D. 2000. V. 105. N 15. P. 20165-20177.
41. Henzing J., Knap W., Stammes P., Apituley A., Bergwerff J., Swart D., Kos A., ten Brink H. Effect of aerosols on downward shortwave irradiances at the surface: Measurements versus calculations with MODTAN4.1 // J. Geophys. Res. 2004. V. 109. D14204. doi:10.1029/2003JD004142.
42. Won J.-G., Yoon S.-N., Kim S.-W., Jefferson A., Dutton E., Holben B. Estimation of direct radiative forcing of Asian dust aerosols with Sun/sky radiometer and lidar measurements at Gosan. Korea // J. Meteorol. Soc. Jap. 2004. V. 82. N 1. P. 115-130.
43. Климат Томска / Под ред. С.Д. Кашинского, Л.И. Трифоновой, Ц.А. Швер. Л.: Гидрометеоиздат, 1982. 176 c.
44. Белан Б.Д., Рассказчикова Т.М., Скляднева Т.К. Cиноптический режим Томска за 1993-2004 гг. // Оптика атмосф. и океана. 2005. Т. 18. № 10. С. 887-892.
45. Журавлева Т.Б., Рассказчикова Т.М., Скляднева Т.К., Смирнов С.В. Статистика облачности над г. Томском: данные наземных наблюдений 1993-2004 гг. // Оптика атмосф. и океана. 2006. Т. 19. № 10. С. 880-887.
46. Афонин С.В., Белов В.В., Панченко М.В., Сакерин С.М., Энгель М.В. Корреляционный анализ пространственных полей аэрозольной оптической толщи на основе спутниковых данных MODIS // Оптика атмосф. и океана. 2008. Т. 21. № 6. С. 510-515.
47. Сакерин С.М., Журавлева Т.Б., Кабанов Д.М., Насртдинов И.М., Турчинович С.А., Турчинович Ю.С. Солнечная фотометрия в задачах мониторинга радиационно-активных компонент атмосферы // Сб. трудов VI Cибирского совещания по климато-экологическому мониторингу. Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2005. С. 106-111.
48. Сакерин С.М., Кабанов Д.М., Панченко М.В., Поль-кин В.В., Холбен Б.Н., Смирнов А.В., Береснев С.А., Горда С.Ю., Корниенко Г.И., Николашкин С.В., Поддубный В.А., Тащилин М.А. Результаты мониторинга атмосферного аэрозоля в азиатской части России по программе AEROSIBNET в 2004 г. // Оптика атмосф. и океана. 2005. Т. 18. № 11. С. 968-975.
49. Сакерин С.М., Береснев С.А., Вершинин И.М., Горда С.Ю., Жамсуева Г.С., Заяханов А.С., Кабанов Д.М., Копылов В.Н., Корниенко Г.И., Маркелов Ю.И., Михалев А.В., Николашкин С.В., Панченко М.В., Поддубный В.А., Полькин В.В., Потемкин В.Л., Свириденков М.А., Смирнов А.В., Тащилин М.А., Турчинович Ю.С., Холбен Б.Н. Средние аэрозольные характеристики всей толщи атмосферы по данным сетевых наблюдений в азиатской части России // Тезисы докл. XIV Рабочей группы "Аэрозоли Сибири". Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2007. С. 42.
50. Журавлева Т.Б., Кабанов Д.М., Насртдинов И.М., Сакерин С.М., Фирсов К.М. Моделирование потоков солнечного излучения и сравнение с результатами измерений в районе г. Томска (безоблачная атмосфера) // Тезисы докл. XIII Рабочей группы "Аэрозоли Сибири". Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2007. С. 48.
51. Чубарова Н.Е, Рублев А.Н., Троценко А.Н., Трембач В.В. Вычисление потоков солнечного излучения и сравнение с результатами наземных измерений в безоблачной атмосфере // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 1999. Т. 35. № 1. С. 222-239.
52. Кабанов Д.М., Сакерин С.М. Результаты исследований общего влагосодержания атмосферы методом оптической гигрометрии. Ч. II. Характеристики изменчивости влагосодержания // Оптика атмосф. и океана. 1996. Т. 9. № 5. С. 656-663.