文档介绍：中国工程热物理学会传热传质学
学术会议论文编号:123470
一维大气介质中的气溶胶辐射平衡
影响研究
袁远1 张旭升1 王雁鸣2 刘彬1 谈和平1
哈尔滨工业大学,能源科学与工程学院456信箱,哈尔滨 150001)
(2. 中国矿业大学,安全工程学院,徐州 221008)
(Tel: 0451-86412308, Email: yuanyuan_0125@)
摘要:本文针对气溶胶对大气的辐射传输影响开展了数值方法研究。在已建立的大气辐射传输模型的基础上,计算了大气气溶胶的种类、浓度、分布高度等因素对大气辐射的影响情况。通过本文计算结果显示,气溶胶粒子会极大地影响大气辐射平衡,是地气辐射平衡系统中的重要组成部分之一。
关键词:辐射传输;大气气溶胶;大气辐射;球谐函数法
0 前言
大气气溶胶指悬浮在大气中的固态粒子或液态小滴物质。气溶胶粒子的直径多在之间,按其来源不同可划分为天然气溶胶和人为气溶胶两种。大气气溶胶通过直接、间接和半直接效应,在地球——大气系统辐射能量收支平衡中发挥非常重要的作用。直接效应是通过对太阳辐射和地表红外辐射的散射和吸收引起[1];间接效应是气溶胶通过作为云凝结核改变云的光学特性和分布状况引起[2];半直接效应是通过气溶胶直接散射和吸收太阳辐射改变大气热结构和来影响云的形成,进而影响地气系统辐射收支平衡和气候变化[3]。当气候系统处于平衡状态,则其吸收的太阳辐射能将精确的等于地球和大气向外空发射的红外辐射能。任何能够扰动这种平衡并因此可能改变气候的因子都被称为辐射强迫因子,它们所产生的对地气系统的强迫则称为辐射强迫[4]。辐射强迫在数值上定义为某种辐射强迫因子变化时所产生的(对流层顶或地表)平均净辐射的变化(太阳辐射或红外热辐射),单位:。气溶胶是大气辐射传输过程中十分重要的修正量,因此研究气溶胶粒子对大气的辐射传输影响具有重要意义[5]。
球谐函数法(Spherical Harmonics Method),又称 PN近似法,首先由Jeans [6]在研究星际辐射传输时提出,后经
Davison [7]和 Kourganoff [8]等进一步完善,应用于中子传输问题。近年来,Khouaja [9]在中子输运中使用双Pn近似求解传输方程,但展开阶数很低,Larsen [10]等在核反应堆计算中基于FE-Pn方法发展了EVENT计算程序,Modest等[11-12]将其应用于三维热辐射计算,但是较少考虑Pn方法的超高阶应用,Atalay [13]通过简化散射相函数的方式实现了高阶Pn离散,但无法计算非线性各向异性散射,McClarren [14]等分析了Pn方法的数值震荡问题,同时给出了基于小波分析的改进。经验证,高阶Pn近似不存在假散射及射线效应。
本文根据一维介质内的球谐函数法,建立了相应的大气辐射传输计算模型,并分析了气溶胶对大气辐射传输的影响情况。文中分别从气溶胶粒子的种类、数量、分布高度等方面进行计算,并给出了相应的比较结果。
图1 一维大气层辐射传输模型示意图
Fig. 1 Radiative heat transfer model diagram of one- dimensional atmospheric layer
地面
太空
半透明界面
不透明界面
太阳入射
地面