1、研究理由：研究理由：现有的沙尘气溶胶数值预报模式大多现有的沙尘气溶胶数值预报模式大多是单向的，即只考虑气象场对沙尘气溶胶是单向的，即只考虑气象场对沙尘气溶胶的输送作用，忽略了沙尘气溶胶的辐射效的输送作用，忽略了沙尘气溶胶的辐射效应对气象场的反馈作用应对气象场的反馈作用。沙尘气溶胶的辐射特性会引起沙尘气溶胶的辐射特性会引起地面地面-对流层系统能量的重新对流层系统能量的重新分配，从而改变大气的动力分配，从而改变大气的动力稳定性，影响气象场稳定性，影响气象场,进一步进一步影响沙尘的输送。影响沙尘的输送。作为云凝结核影响云的作为云凝结核影响云的 生成和发展的间接辐射效应生成和发展的间接辐射效应散射和散
2、射和吸收的吸收的直接辐直接辐射效应射效应 其辐射效应通过对大气的热力强迫其辐射效应通过对大气的热力强迫 改变大气的流场结构从而影响沙尘的输送改变大气的流场结构从而影响沙尘的输送沙尘气溶胶沙尘气溶胶 So：如果忽略了沙尘的辐射效应将如果忽略了沙尘的辐射效应将无法阐明沙尘气溶胶的辐射效应与无法阐明沙尘气溶胶的辐射效应与气象场的相互作用，不能正确预报气象场的相互作用，不能正确预报气象要素及沙尘的输送。气象要素及沙尘的输送。引入一种考虑了沙尘气溶引入一种考虑了沙尘气溶胶短波辐射效应的天气胶短波辐射效应的天气-沙尘沙尘双向模式双向模式:（GRAPES-2W-SDM)解决办法：解决办法：GRAPES-2W
3、-SDM由三部分构成：由三部分构成：GRAPES DAM(沙尘气溶胶模式）沙尘气溶胶模式）GODDARD 短波辐射传输模式短波辐射传输模式沙尘气溶胶参数化方案沙尘气溶胶参数化方案沙尘气溶胶模式沙尘气溶胶模式考虑了沙尘的产生、输送、凝并、干沉降与考虑了沙尘的产生、输送、凝并、干沉降与湿沉降的物理过程，该模式能够输出地面起湿沉降的物理过程，该模式能够输出地面起沙通量，沙尘浓度等物理量沙通量，沙尘浓度等物理量Goddard短波辐射方案短波辐射方案 考虑了水汽、臭氧、二氧化碳、氧气、考虑了水汽、臭氧、二氧化碳、氧气、云和气溶胶的吸收作用，以及云、气溶胶云和气溶胶的吸收作用，以及云、气溶胶和各种粒子的散
4、射作用。和各种粒子的散射作用。该方案将气溶胶的辐射特性作为空间、该方案将气溶胶的辐射特性作为空间、时间、波段的函数实时输入模式，从而得时间、波段的函数实时输入模式，从而得出沙尘气溶胶在短波波段的多次散射、吸出沙尘气溶胶在短波波段的多次散射、吸收作用收作用沙尘气溶胶参数化方案沙尘气溶胶参数化方案 根据根据Goddard短波辐射方案的划分，短波辐射方案的划分，结合复折射指数模型提供的波长和折射指结合复折射指数模型提供的波长和折射指数得到用于计算的复折射指数。数得到用于计算的复折射指数。假定沙尘为球形，用米散射理论计算出假定沙尘为球形，用米散射理论计算出沙尘气溶胶粒子在短波波谱的辐射特性沙尘气溶胶粒
5、子在短波波谱的辐射特性 结合沙尘气溶胶模式输出的质量浓度进结合沙尘气溶胶模式输出的质量浓度进一步计算修正沙尘辐射特性。（这样结合一步计算修正沙尘辐射特性。（这样结合具体浓度计算会使结果更合理，更接近实具体浓度计算会使结果更合理，更接近实际情况）。际情况）。思路总结：气象资料气象资料地形资料地形资料下垫面资料下垫面资料沙漠分布资料沙漠分布资料土壤质地资料土壤质地资料中尺度中尺度气象模气象模式式沙尘气溶沙尘气溶胶模块胶模块沙沙尘尘辐辐射射GRAPES-DAMGODDARD沙尘浓度加热实践：实践：曾有人利用该模式对南疆盆地在曾有人利用该模式对南疆盆地在2006年年3月月1116日日 出现的一次大范围
6、的沙尘暴出现的一次大范围的沙尘暴-强强浮沉天气进行研究。做了两组实验：浮沉天气进行研究。做了两组实验：CTL（比较控制实验）：不考虑沙尘的短波（比较控制实验）：不考虑沙尘的短波辐射反馈，各辐射参数均为辐射反馈，各辐射参数均为0.RAD：考虑了沙尘的短波辐射参数：考虑了沙尘的短波辐射参数实验结果：实验结果：RAD与与CTL的日变化趋势与实况相差不的日变化趋势与实况相差不大，但是长期预报时大，但是长期预报时RAD显然比显然比CTL更接近实况。更接近实况。所以进行气象要素预报及沙尘输送时用所以进行气象要素预报及沙尘输送时用GRAPES-2W-SDM(天气天气-沙尘双向模式）有沙尘双向模式）有一定的优
7、势。一定的优势。附：附：沙尘气溶胶模式沙尘气溶胶模式的具体算法详见的具体算法详见气象科技气象科技2007年年6月第月第35卷第三期卷第三期“河西走廊夏季强尘暴河西走廊夏季强尘暴数值模拟实验数值模拟实验”Goddard短波辐射方案短波辐射方案详见详见气象科技气象科技2009年年12月第月第7卷第卷第6期期“GRAPES紫外线（紫外线（UV)数值预数值预报报”。参数化过程参数化过程参见参见科学通报科学通报2004年年10月第月第49卷第卷第19期期“2001年春季东亚年春季东亚-北太平洋地区沙尘北太平洋地区沙尘气溶胶的辐射强迫气溶胶的辐射强迫”，参考文献：大气科学2009年1月第33卷第一期“沙尘辐射效应对天气和沙尘输送影响的数值模拟”气象学报“沙尘气溶胶辐射强迫全球分布的模拟研究“高原气象“中国西北大气沙尘对第七系统和大气辐射加热的影响”高原气象大气沙尘辐射特性的卫星观测：大气科学“我国西北大气沙尘气溶胶的辐射效应”气象“GRAPES 模式对长江流域天气预报的检验分析”大气科学“两组辐射方案对中国短期天气过程影响的比较和探讨”大气科学“辐射方案对GRAPES全球模式的影响“气象科技”河西走廊夏季强沙尘暴数值模拟试验“气象科技”GRAPES紫外线(uv)数值预报“
