張夢(mèng)1, 2 王宏2 黃興友1

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NASA/Goddard長(zhǎng)波輻射方案在GRAPES_Meso模式中的應(yīng)用研究

張夢(mèng)王宏黃興友

1南京信息工程大學(xué)大氣物理學(xué)院，南京210044 2中國(guó)氣象科學(xué)研究院大氣成分研究所，北京100081

本文將NASA（National Aeronautics and Space Administration）/Goddard長(zhǎng)波輻射方案引入到GRAPES_ Meso（Global/Regional Assimilation and PrEdiction System_Meso）模式中，對(duì)2006年4月中國(guó)地區(qū)進(jìn)行了一個(gè)月的模擬試驗(yàn)，并與相應(yīng)的NCEP（）再分析資料進(jìn)行了對(duì)比分析。試驗(yàn)結(jié)果表明：在模擬區(qū)域內(nèi)，使用GRAPES_Meso模式進(jìn)行24 h、48 h預(yù)報(bào)得到的晴空大氣頂向外長(zhǎng)波輻射通量（the clear sky outgoing longwave radiation flux，OLRC）、地面接收到向下長(zhǎng)波輻射通量（the clear sky downward longwave radiation flux at ground，GLWC）分布形勢(shì)與NCEP再分析資料具有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系；模式預(yù)報(bào)24 h、48 h OLRC和NCEP再分析資料月平均誤差百分比控制在－10%～＋10%以內(nèi)，GLWC月平均誤差百分比比OLRC略大，但總體上兩者誤差都在合理和可接受范圍之內(nèi)。OLRC和GLWC 24 h、48 h的預(yù)報(bào)和NCEP再分析資料的逐日距平相關(guān)系數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)誤差的對(duì)比顯示，模式24 h預(yù)報(bào)OLRC、GLWC的距平相關(guān)系數(shù)月平均值分別為0.96、0.98，標(biāo)準(zhǔn)誤差月平均值分別為24.54 W m、27.23 W m；模式48 h預(yù)報(bào)OLRC、GLWC的距平相關(guān)系數(shù)月平均值分別為0.9521、0.9804，標(biāo)準(zhǔn)誤差月平均值分別為22.43 W m、27.64 W m。總體上，模式24 h、48 h預(yù)報(bào)OLRC和GLWC的距平相關(guān)系數(shù)都在0.93以上，標(biāo)準(zhǔn)誤差都在31 W m以內(nèi)，且GLWC預(yù)報(bào)和NCEP再分析資料的相關(guān)性比OLRC略好，OLRC預(yù)報(bào)與NCEP再分析資料的的標(biāo)準(zhǔn)誤差比GLWC略小。通過(guò)和RRTM長(zhǎng)波輻射方案對(duì)比可知，兩者的預(yù)報(bào)水平基本一致。本文研究結(jié)果表明，引入NASA/Goddard長(zhǎng)波輻射方案后的GRAPES_Meso模式整體上能夠較好地預(yù)報(bào)OLRC和GLWC，該輻射方案可以作為模式GRAPES_Meso的備選輻射方案之一。

長(zhǎng)波輻射方案 GRAPES_Meso模式 晴空大氣層頂向外長(zhǎng)波輻射通量（OLRC）晴空地面接收到向下長(zhǎng)波輻射通量（GLWC）

1 引言

輻射過(guò)程是地氣系統(tǒng)能量平衡不可缺少的重要過(guò)程之一，在影響天氣、氣候等方面起到至關(guān)緊要的作用。最近幾十年來(lái)，輻射過(guò)程的研究取得很多進(jìn)展（Shi, 1984；石廣玉，1998；沈志寶和魏麗，2000；張華和石廣玉，2000；Zhang and Shi, 2002；Wang et al., 2004b；王宏等，2007；石廣玉等，2008）。輻射參數(shù)化方案也被廣泛用于中期天氣預(yù)報(bào)模式和氣候模式中（王標(biāo)，1996；Wang et al., 2004a；王曼等，2005；沈元芳和胡江林，2006；劉玉芝等，2007；李劍東等，2009；楊學(xué)勝等，2009）。

地氣系統(tǒng)（包括云、大氣和地表）反射了大氣外界入射太陽(yáng)輻射的30%左右，而吸收了剩余的部分，為了維持能量平衡狀態(tài)，被地氣系統(tǒng)所吸收的太陽(yáng)輻射能必須重新向太空放射。正像太陽(yáng)在所有頻率上發(fā)射電磁輻射那樣，地氣系統(tǒng)也同樣如此，而這種發(fā)射輻射稱為長(zhǎng)波輻射。一個(gè)精確、高效的長(zhǎng)波輻射方案不僅是天氣、氣候數(shù)值模式中不可或缺的重要物理過(guò)程之一，而且對(duì)于模式性能和計(jì)算效率具有重要影響（Fels and Kaplan, 1975；Ramanathan et al., 1983；Luther et al., 1988；Ellingson et al., 1991；沈元芳等，2003，2004）。在天氣和氣候數(shù)值模式模擬中，長(zhǎng)波輻射通量的計(jì)算可能會(huì)花費(fèi)總計(jì)算時(shí)間的三分之一或更多。當(dāng)模式的時(shí)空分辨率增加和物理過(guò)程的處理改進(jìn)時(shí)，我們很清楚需要一個(gè)快速和精確的長(zhǎng)波輻射參數(shù)化方案。

目前，GRAPES_Meso（Global/Regional Assi- milation and PrEdiction System_Meso）模式中包含很多短波輻射參數(shù)化方案，如簡(jiǎn)單短波輻射方案（Dudhia, 1989）、Goddard短波輻射方案（Chou and Suarez, 1999）、GFDL（Geophysical Dynamics Laboratory）短波輻射方案（Lacis and Hansen, 1974）、ECMWF（European Centre for Medium-range Weather Forecast）短波輻射方案（Morcrette, 1990）等，而長(zhǎng)波輻射方案相對(duì)較少，只有GFDL長(zhǎng)波輻射方案（Schwarzkopf and Fels, 1991），ECMWF長(zhǎng)波輻射方案（Morcrette, 1990）和相關(guān)-分布方法的RRTM（Rapid Radiation Transfer Model）長(zhǎng)波輻射方案（Mlawer et al., 1997）。

本文擬將NASA/Goddard-分布長(zhǎng)波輻射方案（Chou et al., 2001）引入GRAPES_Meso模式中。該方案采用?分布法計(jì)算輻射通量和冷卻率，是計(jì)算精度上可與逐線模式一致的快速輻射傳輸模式，已被廣泛地應(yīng)用于各種大氣模式的大氣輻射傳輸研究中。

2 模式系統(tǒng)介紹

2.1 GRAPES_Meso模式

GRAPES_Meso模式是中國(guó)氣象科學(xué)研究院開(kāi)發(fā)的新一代區(qū)域非靜力半隱式半拉格朗日中尺 度數(shù)值預(yù)報(bào)模式（陳德輝和沈?qū)W順，2006）。該模式動(dòng)力框架（Yang et al., 2008）采用了全可壓方程、半隱式半拉格朗日的時(shí)間積分和平流方案、經(jīng)緯度格點(diǎn)的網(wǎng)格設(shè)計(jì)、高度地形追隨坐標(biāo)和水平方向Arakawa-C跳點(diǎn)格式等設(shè)置。物理過(guò)程參數(shù)化方案（Xu et al., 2008）包括積云對(duì)流參數(shù)化、微物理、長(zhǎng)波和短波輻射、近地面層參數(shù)化、邊界層參數(shù) 化、陸面參數(shù)化等。其中，積云對(duì)流參數(shù)化方案 包括BMJ（Betts Miller Janjic）方案、KFeta（Kain Fritsch eta）方案、SAS（Simplified Arakawa Schubert）方案，微物理方案包括Kessler方案、Lin方案、Ncep- 3class（NCEP simple ice）方案、Ncep-5class（NCEP mixed phase）方案等，長(zhǎng)波輻射方案包括RRTM長(zhǎng)波方案、ECMWF長(zhǎng)波方案、GFDL長(zhǎng)波方案，短波輻射方案包括簡(jiǎn)單短波方案、Goddard短波方案、GFDL短波方案、ECMWF短波方案等，近地面層參數(shù)化方案包括Monin-Obukhov方案、MYJSFC（Mellor Yamada Janjic SFC）方案，邊界層參數(shù)化方案包括MRF（Medium Range Forecast Model）方案、MYJ-PBL（Mellor Yamada Janjic PBL）方案等，陸面參數(shù)化方案包括熱擴(kuò)散方案等。

本文引進(jìn)NASA/Goddard的-分布長(zhǎng)波輻射參數(shù)化，可以使GRAPES_Meso模式有一套完整的Goddard長(zhǎng)、短波輻射參數(shù)化方案。微物理采用Ncep-5class方案，考慮水汽（q）、云水（q）、雨水（q）、云冰（q）和雪水（q）五種水物質(zhì)。另外，積云對(duì)流選擇BMJ方案，近地面和陸面過(guò)程分別為Monin-Obukhov和熱擴(kuò)散方案，邊界層參數(shù)化采用MRF方案。

GRAPES_Meso模式區(qū)域范圍涵蓋中國(guó)及周邊地區(qū)（15.125°N～64.875°N，70.00°E～149.75° E），水平分辨率0.25°×0.25°，垂直層數(shù)32，積分步長(zhǎng)300秒，輻射每小時(shí)計(jì)算一次。模式選用NCEP 1°×1°、26層的分析資料作為初始場(chǎng)和側(cè)邊界進(jìn)行預(yù)報(bào)，積分時(shí)間為72小時(shí)，起報(bào)時(shí)間為00:00（協(xié)調(diào)世界時(shí)，下同）。

2.2 NASA/Goddard長(zhǎng)波輻射方案

Goddard長(zhǎng)波輻射方案是Chou and Suarez（2001）在NASA/GSFC（NASA Goddard Space Flight Center）氣候和輻射分部研制的，已用于Goddard大氣試驗(yàn)室各種大氣模式，包括大氣環(huán)流模式（Koster and Suarez, 1986）和云集合模式（Tao et al., 1996），也應(yīng)用于各大學(xué)和政府機(jī)構(gòu)。它計(jì)算了由于水汽、CO和O主要吸收帶引起的吸收，由于NO、CH和CFC's（氯氟烴類化合物）等次要微量氣體引起的吸收，以及由于云和氣溶膠引起的吸收和散射。氣溶膠光學(xué)性質(zhì)由輸入的參數(shù)確定。長(zhǎng)波輻射的光譜按波數(shù)劃分成10個(gè)帶，光譜波數(shù)從0～3000 cm。這些長(zhǎng)波輻射方案不僅在對(duì)流層和較低平流層，而且也在中層（一直到0.01 hPa層）計(jì)算冷卻率方面顯示了精確性和有效性。Chou and Suarez（2001）曾仔細(xì)地對(duì)本文使用的輻射方案與高分辨率逐線計(jì)算的精確計(jì)算作了驗(yàn)證，通量可精確到高分辨率逐線計(jì)算的1%之內(nèi)，而大氣冷卻率的計(jì)算精確性可從地表延伸到0.01 hPa層。

為了計(jì)算熱紅外輻射通量，熱紅外輻射譜帶分為9個(gè)帶和1個(gè)次帶。表1給出了10個(gè)譜帶的譜域以及各帶中包括的吸收體。水汽吸收線（HO line）吸收覆蓋了整個(gè)紅外譜，而水汽吸收域（HO continuum）吸收在540～1380 cm譜域中。CO吸收在540～800 cm譜域中，O吸收在980～1100 cm譜域中。在4～7帶800～1380 cm區(qū)域之間，由于CH、NO、CFC's和CO引起的次要吸收是分散的。由NO引起的吸收在3a次帶，這部分吸收被合并到10帶中處理。表中列出“l(fā)ow”和“high”兩種透射參數(shù)化方法，提供程序中選擇，我們將在GRAPES_Meso模式中的數(shù)值試驗(yàn)中選用“high”。

表1 譜帶、吸收體和透射參數(shù)化方法

為了提高輻射通量透射計(jì)算的精度和速度，根據(jù)不同吸收體和譜帶，采用3種不同的參數(shù)化方法：K為吸收系數(shù)隨氣壓線性變化的?分布方法（-distribution method with linear pressure scaling），應(yīng)用于水汽和微量氣體，如果在中層大氣（＜10 hPa）中不需要精確的冷卻率計(jì)算，那么這種方法也應(yīng)用于帶3中的CO吸收；T為通過(guò)預(yù)先設(shè)置的查找表得到在不同氣壓和溫度下的相關(guān)?分布方法（Table look-up with temperature and pressure scaling），帶3和5中CO和O吸收引起的透射可以從預(yù)先計(jì)算好的透射表中得到，由于吸收系數(shù)隨氣壓線性變化的?分布方法低估了中層大氣的水汽的冷卻率，如果在中層大氣中需要水汽冷卻率的精確計(jì)算，那么3個(gè)最強(qiáng)的水汽吸收帶（帶1、2和8）的透射也可從1預(yù)先計(jì)算好的透射表中得到；C為水汽吸收域吸收的單參數(shù)溫度換算的-分布方法（One-parameter temperature scaling for water vapor continuum absorption）。帶3～7中由水汽吸收域由吸收引起的透射可以應(yīng)用單參數(shù)的換算方法，這些參數(shù)化應(yīng)用于不同的譜帶和吸收體，如表1所示。

3 在GRAPES_Meso模式中的數(shù)值試驗(yàn)

3.1 數(shù)值試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本文選用2006年4月1日至4月30日，共計(jì)30天時(shí)間作為試驗(yàn)時(shí)段。每天的00:00進(jìn)行24 h和48 h預(yù)報(bào)，然后對(duì)每天的預(yù)報(bào)結(jié)果進(jìn)行日平均。長(zhǎng)波輻射傳輸方案對(duì)地氣輻射平衡的影響在大氣頂向外長(zhǎng)波輻射和地面接收到的向下輻射通量?jī)蓚€(gè)變量上表現(xiàn)最為明顯。為了剔除GRAPES_Meso模式中云物理過(guò)程對(duì)輻射傳輸?shù)挠绊?，單純研究NASA/Goddard長(zhǎng)波輻射傳輸方案在GRAPES_ Meso模式中的適應(yīng)情況，只對(duì)模式預(yù)報(bào)的晴空大氣頂向外長(zhǎng)波輻射通量（OLRC）及地面接收到的向下長(zhǎng)波輻射通量（GLWC）進(jìn)行了分析，并與相應(yīng)的NCEP再分析資料進(jìn)行逐日對(duì)比檢驗(yàn)。本文主要在模擬區(qū)域?qū)υ囼?yàn)日期內(nèi)24 h、48 h 預(yù)報(bào)的OLRC和GLWC與NCEP月平均的相對(duì)誤差百分比情況，與NCEP日平均的距平相關(guān)系數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)誤差情況，及其分布狀況進(jìn)行了分析。這里，月平均誤差百分比定義（以O(shè)LRC為例）為GRAPES_Meso模式預(yù)報(bào)得出的OLRC月平均值與相應(yīng)NCEP再分析資料所得OLRC月平均值之差，再除以NCEP再分析資料所得OLRC月平均值。

3.2 數(shù)值試驗(yàn)結(jié)果

圖1給出了模擬區(qū)域內(nèi)OLRC的24小時(shí)日平均預(yù)報(bào)結(jié)果與NCEP再分析資料的對(duì)比（以2006年4月10日為例），并將30天試驗(yàn)日期內(nèi)OLRC月平均誤差百分比進(jìn)行了分析。GRAPES_Meso模式預(yù)報(bào)的24 h OLRC日平均值。在中國(guó)中東部，有一個(gè)成西南—東北走向的OLRC高值區(qū)，一直延伸到我國(guó)東北南部。在日本及其北部洋面有一個(gè)OLRC低值區(qū)，并呈東北—西南走向延伸到我國(guó) 臺(tái)灣地區(qū)。在我國(guó)阿爾泰山地區(qū)及其東部地區(qū)，分別有一個(gè)OLRC低值區(qū)。喜馬拉雅山脈南側(cè)地區(qū)，OLRC等值線致密排列，并在我國(guó)云南地區(qū)形成了一個(gè)西北—東南走向的OLRC低值區(qū)。圖1b為NCEP再分析資料的OLRC日平均值，在圖1b中，能很明顯地找到與上述圖1a中相似的特征。這說(shuō)明，GRAPES_Meso模式預(yù)報(bào)的24 h OLRC能很好地反映OLRC等值線的分布情況。中國(guó)地區(qū)的OLRC的誤差值大多數(shù)在－10～＋30 W m以內(nèi)，只是在喜馬拉雅山脈南部的OLRC等值線致密地區(qū)和我國(guó)新疆北部地區(qū)誤差較大。結(jié)合圖1c所示GRAPES_Meso模式24 h預(yù)報(bào)的OLRC與相應(yīng)NCEP再分析資料OLRC的月平均誤差百分比，可知中國(guó)地區(qū)的誤差百分比大多在－10%～10% 以內(nèi)。喜馬拉雅山脈南部的OLRC等值線致密地區(qū)和我國(guó)新疆地區(qū)誤差百分比較大，但也在20%左右，這是由于數(shù)值模式中，地形坡度對(duì)長(zhǎng)波輻射計(jì)算的影響造成的。在喜馬拉雅山脈、昆侖山脈和天山山脈地區(qū)地形坡度大、模式分辨率高，由此所計(jì)算的模式長(zhǎng)波輻射就可因計(jì)算的面積和真實(shí)地表面面積的差異而產(chǎn)生較大誤差（陳斌等，2006）。

圖2 a和b所示為GRAPES_Meso模式預(yù)報(bào)的48 h OLRC日平均和相應(yīng)NCEP再分析資料的對(duì)比（以2006年4月10日為例），對(duì)照?qǐng)D2b可在圖2a中找到與之相對(duì)應(yīng)的特征。如我國(guó)東北北部的東西伯利亞地區(qū)的OLRC高值區(qū)，日本海洋面的低值區(qū)，我國(guó)東南地區(qū)的高值區(qū)，我國(guó)新疆附近地區(qū)的高值區(qū)，喜馬拉雅山脈南部的OLRC等值線致密地區(qū)等。中國(guó)地區(qū)的OLRC誤差大多數(shù)在－20～20 W m以內(nèi)，只是在新疆地區(qū)的高值區(qū)和喜馬拉雅山脈南部的OLRC等值線致密地區(qū)誤差較大。結(jié)合圖2c，GRAPES_Meso模式48 h預(yù)報(bào)的OLRC月平均誤差百分比可知，大多數(shù)地區(qū)的OLRC誤差百分比在 －10%～10%以內(nèi)，上述誤差較大地區(qū)的誤差百分比也在20%左右。

圖3a、b中對(duì)比GRAPES_Meso模式24 h預(yù)報(bào)GLWC的日平均值和相應(yīng)的NCEP再分析資料的GLWC日平均值（以2006年4月10日為例）。圖3a中，有和圖3b相似的特征，如新疆地區(qū)的GLWC高值區(qū)，西藏青海地區(qū)的低值區(qū)、中國(guó)南海到日本海呈西南—東北走向的高值區(qū)、我國(guó)西南地區(qū)呈西北—東南走向的低值區(qū)等。結(jié)合圖3c，GRAPES_ Meso模式24 h預(yù)報(bào)的GLWC月平均誤差百分比，可知預(yù)報(bào)值普遍比NCEP再分析資料要小，大多數(shù)地區(qū)的GLWC誤差百分比在－15%～0以內(nèi)，但在新疆地區(qū)的高值區(qū)、青藏高原地區(qū)的低值區(qū)和喜馬拉雅山脈南部的等值線致密地區(qū)誤差百分比較大。

圖4a和b為GRAPES_Meso模式48 h預(yù)報(bào)GLWC的日平均值和相應(yīng)的NCEP再分析資料GLWC的日平均值（以2006年4月10日為例）。對(duì)比圖4a和b可知，兩者有相似特征，如貝加爾湖地區(qū)的GLWC低值區(qū)，新疆地區(qū)的高值區(qū)，西藏青海地區(qū)的低值區(qū)，云南地區(qū)由西北向東南延伸的低值區(qū)，我國(guó)東南地區(qū)向北延伸到華北地區(qū)的高值區(qū)，日本地區(qū)由南向北延伸的高值區(qū)等。結(jié)合圖4c，GRAPES_Meso模式48 h預(yù)報(bào)的GLWC月平均誤差百分比，可知大多數(shù)地區(qū)的GLWC誤差百分比在－15%～0以內(nèi)。

為了方便比較24 h、48 h GRAPES_Meso模式OLRC、GLWC預(yù)報(bào)結(jié)果和相應(yīng)NCEP再分析資料，圖5分別作出了兩者標(biāo)準(zhǔn)誤差和距平相關(guān)系數(shù)隨時(shí)間的變化。對(duì)圖5a、b分析可知，模式24 h預(yù)報(bào)OLRC、GLWC的距平相關(guān)系數(shù)月平均值分別為0.96、0.98，標(biāo)準(zhǔn)誤差月平均值分別為24.54 W m、27.23 W m；對(duì)圖5c、d分析可知，模式48 h預(yù)報(bào)OLRC、GLWC的距平相關(guān)系數(shù)月平均值分別為0.95、0.98，標(biāo)準(zhǔn)誤差月平均值分別為22.43 W m、27.64 W m?？傮w來(lái)說(shuō)，24 h、48 h OLRC和GLWC的距平相關(guān)系數(shù)都在0.93以上且標(biāo)準(zhǔn)誤差在31 W m以內(nèi)，說(shuō)明兩者的預(yù)報(bào)結(jié)果和相應(yīng)的NECP再分析資料的相關(guān)性都比較好，且24 h預(yù)報(bào)結(jié)果略好于48 h預(yù)報(bào)。雖然GLWC的標(biāo)準(zhǔn)誤差比OLRC略高，但與NECP再分析資料的相關(guān)性卻較好，因?yàn)镺LRC的距平相關(guān)系數(shù)波動(dòng)比GLWC略大，且比GLWC得到的結(jié)果略小，所以引入RRTM長(zhǎng)波輻射方案對(duì)OLRC進(jìn)行對(duì)比。由圖5e可知，RRTM長(zhǎng)波輻射方案得到24 h預(yù)報(bào)OLRC的距平相關(guān)系數(shù)月平均值為0.96，48 h預(yù)報(bào)OLRC的距平相關(guān)系數(shù)月平均值為0.95。圖5e與圖5b、d中OLRC進(jìn)行對(duì)比可知，兩個(gè)方案的OLRC距平相關(guān)系數(shù)隨時(shí)間的變化基本一致，且距平相關(guān)系數(shù)值也基本相同。圖中4月中旬OLRC都有一個(gè)明顯的相關(guān)系數(shù)的極小值，這是因?yàn)檫@期間東亞地區(qū)經(jīng)歷了一次典型的強(qiáng)沙塵暴天氣過(guò)程。

4 結(jié)論

本文在GRAPES_Meso模式中引入NASA/ Goddard的長(zhǎng)波輻射參數(shù)化方案，并針對(duì)2006年4月1～30日進(jìn)行了一個(gè)月的試驗(yàn)，分別對(duì)中國(guó)地區(qū)OLRC和GLWC日平均值進(jìn)行分析，并分析試驗(yàn)時(shí)段內(nèi)兩變量的月平均誤差百分比及標(biāo)準(zhǔn)誤差、距平相關(guān)系數(shù)逐日變化。試驗(yàn)對(duì)比結(jié)果表明：

（1）通過(guò)GRAPES_Meso模式24 h、48 h預(yù)報(bào)的OLRC、GLWC和相應(yīng)NCEP再分析資料日平均值對(duì)比，可知引入NASA/Goddard長(zhǎng)波輻射參數(shù)化方案后的GRAPES_Meso模式能較好的預(yù)報(bào)OLRC和GLWC的分布情況。

（2）分析2006年4月GRAPES_Meso模式24 h、48 h預(yù)報(bào)的OLRC和GLWC月平均誤差百分比可知，大多數(shù)地區(qū)24 h、48 h預(yù)報(bào)的OLRC月平均誤差百分比在－10%～＋10%以內(nèi)，而24 h、48 h預(yù)報(bào)的GLWC月平均誤差百分比要比OLRC較大。不過(guò)總體上，引入NASA/Goddard長(zhǎng)波輻射參數(shù)化方案后的GRAPES_Meso模式預(yù)報(bào)OLRC和GLWC兩變量的月平均誤差比較理想。

（3）對(duì)2006年4月中國(guó)地區(qū)的OLRC、GLWC和相應(yīng)日平均NCEP再分析資料的距平相關(guān)系數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)誤差分析可知，模式24 h預(yù)報(bào)OLRC、GLWC的距平相關(guān)系數(shù)月平均值分別為0.96、0.98，標(biāo)準(zhǔn)誤差月平均值分別為24.54 W m、27.23 W m；模式48 h預(yù)報(bào)OLRC、GLWC的距平相關(guān)系數(shù)月平均值分別為0.95、0.98，標(biāo)準(zhǔn)誤差月平均值分別為22.43 W m、27.64 W m。無(wú)論模式24 h還是48 h 預(yù)報(bào)OLRC、GLWC和NCEP再分析資料的相關(guān)系數(shù)都在0.93以上，且標(biāo)準(zhǔn)誤差都在31 W m以內(nèi)。24 h預(yù)報(bào)二者相關(guān)性要好于48 h，GLWC的相關(guān)性比OLRC略好，但OLRC的標(biāo)準(zhǔn)誤差比GLWC小。

（4）由上述三點(diǎn)及與RRTM長(zhǎng)波輻射方案的對(duì)比得出，在GRAPES_Meso模式中引入NASA/ Goddard的長(zhǎng)波輻射參數(shù)化方案，能較好地對(duì)中國(guó)地區(qū)的OLRC、GLWC進(jìn)行預(yù)報(bào)。NASA/Goddard的長(zhǎng)波輻射參數(shù)化可以作為GRAPES_Meso模式備選方案之一。

對(duì)模式改進(jìn)的檢驗(yàn)，應(yīng)落實(shí)于地面場(chǎng)如氣溫和降水的模擬和預(yù)報(bào)效果。但本文的重點(diǎn)放在對(duì)長(zhǎng)波輻射方案的討論，對(duì)長(zhǎng)波輻射來(lái)說(shuō)OLRC和GLWC輻射通量是兩個(gè)重要的變量。地面場(chǎng)如氣溫的預(yù) 報(bào)效果，不僅和長(zhǎng)波輻射有關(guān)，還和短波輻射有關(guān)。降水預(yù)報(bào)效果所涉及因素更多，不僅有輻射方案，還有微物理方案、積云對(duì)流參數(shù)化方案等。限于本文的重點(diǎn)和篇幅，這部分工作將在今后做進(jìn)一步研究。

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Application Research of the NASA/Goddard Longwave Radiative Scheme in the GRAPES_Meso Model

ZHANG Meng, WANG Hong, and HUANG Xingyou

1210044 2100081

The National Aeronautics and Space Administration (NASA)/Goddard long-wave radiative scheme is integrated into the Global/Regional Assimilation and Prediction System Mesoscale (GRAPES_Meso) model in this study. One month of simulation experiments conducted in China and its nearby areas are compared with the corresponding(NCEP) reanalysis data recorded in April 2006. The results show that the distribution of the clear-sky outgoing longwave radiation flux (OLRC) at the top of atmosphere and downward long wave radiation flux at ground (GLWC) of 24- and 48-hour forecasts by using the GRAPES_Meso model are in good agreement with the NCEP reanalysis data. The monthly average percentage error of the OLRC of these forecasts is within －10% and 10%. Although the monthly average percentage error of the GLWC is slightly larger than that of the OLRC, both are within a reasonable and acceptable range. The comparison study of the daily averaged anomaly correlation coefficient and standard error of these fluxes of the both forecasts show that the monthly averaged anomaly correlation coefficients of the OLRC and the GLWC of the 24-hour forecast are 0.96 and 0.98, respectively, and that the monthly averaged standard errors are 24.54 W mand 27.23 W m, respectively. Those of the OLRC and the GLWC of the 48-hour forecast are 0.95 and 0.98 and 22.43 W mand 27.64 W m, respectively. Overall, the daily averaged anomaly correlation coefficient of the OLRC and the GLWC of both 24-hour and 48-hour forecasts are above 0.93, and the daily standard error is within 31 W m. Moreover, the correlation of the GLWC and the NCEP reanalysis data is stronger than that of the OLRC, whereas the standard error of the OLRC and the NCEP reanalysis data is smaller than that of the GLWC. A comparison of the longwave radiative schemes of the(RRTM) and the NASA/Goddard models reveal that the forecasting of the two schemes is essentially identical. The results of OLRC and the GLWC show that NASA/Goddard longwave radiative scheme may be appropriate for application to the GRAPES_Meso model.

Longwave radiative scheme, GRAPES_Meso model, Clear sky outgoing longwave radiation flux (OLRC), Clear sky downward longwave radiation flux at ground (GLWC)

1006–9895(2014)03–0603–12

P435

A

10.3878/j.issn.1006-9895.2013.13165

2013–05–02，

2013–09–08收修定稿

國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（973計(jì)劃）2014CB441201，國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目41275007，中國(guó)氣象科學(xué)研究院基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)重點(diǎn)項(xiàng)目2013Z007

張夢(mèng)，男，1988年出生，碩士研究生，主要從事GRAPES模式應(yīng)用研究。E-mail: zhangmengxiang218@126.com

王宏，E-mail: wangh@cma.gov.cn

張夢(mèng)，王宏，黃興友. 2014. NASA/Goddard長(zhǎng)波輻射方案在GRAPES_Meso模式中的應(yīng)用研究 [J]. 大氣科學(xué), 38 (3): 603–614, doi:10.3878/j.issn. 1006-9895.2013.13165. Zhang Meng, Wang Hong, Huang Xingyou. 2014. Application research of the NASA/Goddard longwave radiative scheme in the GRAPES_Meso model [J]. Chinese Journal of Atmospheric Sciences (in Chinese), 38 (3): 603–614.