东亚单层中低云物理属性及其对太阳辐射的影响研究

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太阳辐射是建筑节能设计中的重要参数,评估云对太阳辐射的影响不仅有助于提高室外设计参数的准确性,而且对太阳能的预测预报和开发利用具有重要意义,因此本文利用2003–2016年云与地球辐射能量系统CERES(Clouds and the Earths Radiant Energy System)资料,将东亚地区分为5个子区域:南方地区、北方地区、西北地区、西部地区和东部海域,分别对不同区域的单层中低云云顶与云底的温差、云厚与液态水粒子等效半径的时空分布特征及其对地面太阳辐射的影响进行了研究,得到了以下结论。
  (1)在时间变化上,南方地区、西北地区和北方地区的低,云温差和云厚都在5月份达到最大;西部地区的单层低云温差和云厚的最大值都在3月份,最小值都在11月份;东部海域低云温差和云厚的最大值都出现在6月份。5个区域的单层低云温差和云厚的年际变化趋势基本一致,二者都分别在2008年和2013年出现了急速下降与急速上升的现象,并在六年间都保持在相对平稳的状态。空间变化上,秋冬两季的低云温差和云厚在整个东亚都处在较低的水平;二者在春夏两季的高值区都只位于青藏高原的南端,且该区域的值都比其他区域的大得多。
  (2)单层中低云的液态水粒子半径在南方地区和东部海域的年变化趋势都是先增大,后减小;中低云的液态水粒子半径在西北地区的年变化特征是相似的,都是一条近似于“U”型的曲线;二者在西部地区都呈现出先增大后减小,最后增大的变化特征。不同的是,低云的液态水粒子半径在北方地区的变化趋势是先减小后增大,中云的趋势却是与西部地区的相似。在年际变化上,西部地区14年的低云水粒子半径的波动是最大的,标准差为0.39;南方地区的变化最为平缓,标准差仅为0.13。而中云的水粒子半径除了在南方地区的年际波动比较大外,其他地区的变化都比较平缓。空间变化上,单层低云液态水粒子半径的变化范围在春、夏、秋三季是相同的,都在8–17μm之间;而冬季的变化范围扩大至8–21μm。液态水粒子半径在春冬两季的空间分布较相似,夏季的单层低云水粒子半径有着明显的海陆差异。秋季的高值区分布在东部海域的东南角,低值区分布在南方地区。对中云来说,液态水粒子半径在夏秋两季的空间分布较相似,高值区都分布在东部海域;冬季高值区的半径值最大,大于21μm,分布在北方地区的北部;春季的高值区分布在北方地区的东北部和西部地区的中心区,半径值范围为16–17μm。
  (3)在时间变化上,不同区域的单层中云和低云对地面太阳辐射的影响呈现不同的变化特征。西部地区的单层低云辐射效应呈现的是先减弱后增强的年变化特征;东部海域的则是先增加,而后减小;西北地区和北方地区的低云辐射效应的年变化特征近似于一条“W”型曲线。北方地区、西部地区和西北地区单层中云辐射效应呈现的是先增强后减弱的年变化特征;南方地区与东部海域的变化特征是先增强,后减弱,最后增强。14年来,北方地区、南方地区和东部海域的中云辐射效应呈现的是增强趋势,增长率分别为0.37、0.24和2.25。西部地区和西北地区则反之。从空间变化来看,北方地区夏季的单层低云对地面太阳辐射的削弱作用是最强的;南方地区和西北地区最强的削弱作用发生在春季;东部海域则发生在冬季。春、秋、冬季最强的低云削弱效应在南方地区。夏季,低云对地面短波辐射的削弱作用各区域都较弱,大部分区域的辐射强迫绝对值小于200W·m-2。对于中云来说,辐射强迫绝对值小于170W·m-2的弱冷却效应集中于西部与西北地区;辐射强迫绝对值大于270W·m-2的强冷却效应集中于南方地区与东部海域。对于四季来说,同季最强的单层中云冷却效应都发生在云贵高原;其中,夏季高值区的冷却效应是四季中最强的,辐射强迫绝对值在400W·m-2之上。
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