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论著介绍

张华研究团队《BCC_RAD大气辐射传输模式》论著简介

[日期:2016-08-26]

      《BCC_RAD大气辐射传输模式》一书(2016年出版发行)是国家气候中心气候研究开放实验室张华研究员及其指导的研究生团队近年来在大气辐射领域最新研究成果的集成。内容包括了气体吸收、气溶胶光学、云的光学和辐射传输算法等组成大气辐射传输模式的各个部分。基于上述研究成果研发了北京气候中心大气辐射传输模式(简称:BCC_RAD)。书中同时介绍了利用BCC_RAD进行全球增温潜能研究,并进一步将BCC_RAD应用于北京气候中心全球气候模式(BCC_AGCM2.0)的系列成果。
      气体吸收是辐射计算首先需要考虑的问题,也是作者构建BCC_RAD辐射方案的基础。快速的相关k-分布方法是以精确的逐线积分(Line-by-Line, 简称:LBL)方法为基础建立的,而LBL方法需要气体吸收的光谱数据集,所以,在第2章中首先对目前最常用的气体吸收光谱数据库HITRAN(HIgh Resolution TRANsmission)进行了介绍,并比较了不同版本HITRAN数据资料对大气辐射计算的影响。然后,重点介绍了BCC_RAD气体吸收方案中的谱带划分方法、进行光谱积分的k-分布间隔点的选取方法和对不同气体重叠吸收处理的新方法。
      气溶胶是影响辐射传输的重要大气介质。由于人为气溶胶既是大气污染物、也是重要的辐射强迫因子,近年来对气溶胶的环境和气候效应的研究成为国际国内的热点。本书作者多年来一直致力于研究气溶胶光学的前沿科学问题,在经典气溶胶散射理论基础上,也探索了气溶胶光学领域的一些崭新研究方向,如非球形沙尘气溶胶的光学参数化方案和内混合气溶胶的光学参数化方案。这些研究成果目前都已经包括在BCC_RAD中。该书第3章详细介绍了气溶胶光学的理论基础、计算方法和相应的BCC_RAD参数化方案。
      在云的光学方面,国际上几乎都采用谱带平均的云的光学特性,而该书作者研究表明云的光学特性和气体光谱吸收有一定的相关性、在谱带内部是有很大变化的,准确考虑这种变化将大大减少有云大气辐射传输的计算误差。这种考虑了云的光学性质和气体吸收谱的相关性的方法就是本书介绍的水云的k-分布方法,该书第4章对这一方法进行了详细的介绍。此外,利用不同形状冰晶粒子的光谱数据集来求取BCC_RAD冰云光学性质参数化方案是BCC_RAD的另一个特色。作者利用全球可以获得的冰晶粒子谱分布数据、不同形状冰晶粒子几何和光学性质(主要包括尺度参数、消光系数、单次散射反照率和非对称因子)的高光谱数据,通过计算获取了按照BCC_RAD谱带划分的冰云光学参数化方案。第4章第2部分对冰云光学参数化过程所用的数据、方法和结果进行了详细的介绍。
      第5章介绍了该书所采用的辐射传输算法,包括两种二流辐射传输算法(矩阵法和爱丁顿算法)和本书作者开发的四流累加辐射传输算法(分别为四流离散纵标累加算法和四流球函数展开累加算法)以及二流四流混合算法。五种辐射传输算法均可在BCC_RAD中任意选用。在该书的最后三个章节,分别给出了BCC_RAD与其它辐射传输模式结果的比较(第6章);介绍了利用BCC_RAD研究温室气体全球增温潜能的方法和结果(第7章);重点评估了BCC_RAD在BCC_AGCM全球气候模式中的应用效果(第8章)。
      该书由张华任主编。第1章和第2章由张华主笔;第3章的3.1、3.2节由卫晓东主笔,3.3节由周晨主笔;第4章的4.1节由卢鹏、王志立主笔,4.2节由陈琪主笔;第5章的5.1、5.2、5.4节由卢鹏主笔,5.3节由张峰主笔;第6章由卢鹏主笔;第7章由吴金秀主笔;第8章由荆现文主笔。周喜讯为该书做了大量细致和繁琐的整理、修改及其他辅助工作。
      在完成《BCC_RAD大气辐射传输模式》一书的研究工作中,中国科学院大气物理研究所石广玉院士,东京大学中岛映至教授,美国华盛顿大学大气科学系的付强教授,加拿大气候模拟与分析中心的李江南博士都曾给予了非常重要的帮助。该书中很多新的研究成果分别是在国家自然基金项目“新的水云和冰云辐射参数方案的研究及其在气候模式中的应用(合同号:41375080)”、“云的垂直结构的卫星观测和模拟研究(合同号:41075056)”、“消耗臭氧物质替代品的辐射强迫、增温潜能与气候效应研究(合同号:40775006)”,以及科技部公益性行业专项项目“新一代云-辐射-气溶胶物理过程模块的研制与应用(GYHY201406023)”,中国科学院战略性先导科技专项课题“碳卫星综合遥感反演系统(XDA05040201)”和国家重点基础研究发展计划项目课题“全球气溶胶的气候效应及对亚洲季风的影响(合同号:2011CB403405)的资助下完成的。
      全书共35万字,对从事大气辐射、大气遥感、气候模拟和气候变化研究的人员和学者具有很高的实用价值。

 
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