[发明专利]一种水冰雪反照率参数化通用模型的构建方法

说明书

本发明涉及一种水冰雪反照率参数化通用模型的构建方法，包括：分析反照率特点；构建地表太阳辐射总反照率模型；构建雪盖的冰面日平均反照率模型。本发明利用应用Fresnel理论得出纯水和纯水冰可用相同反照率公式计算的结论，基于现有的原型观测资料提出了考虑了纬度及地球自转和环绕太阳运行的规律的水冰反照率参数化通用模型。分析表明，纬度和日期对水冰雪日平均反照率有很大影响，反照率大小随日期或月份变化。与冰厚对反照率的影响相比，太阳高度角随纬度和日期变化产生的影响大得多。水冰雪反照率参数化通用模型计算结果与原型观测结果的对比两者吻合，而现有常用以冰厚为依据的反照率模型计算结果远远偏离观测结果。

技术领域

本发明涉及一种水冰雪反照率参数化通用模型的构建方法，是一种采用一体化进行水冰反照率的科学和工程计算方法，是一种将水冰雪反照率以参数化进行计算的方法。

背景技术

太阳辐射是指太阳以电磁波的形式向外传递能量，称为太阳能。地球所接受到的太阳能虽然仅为太阳向宇宙空间放射的总辐射能量的二十二亿分之一，但却是地球大气运动的主要能量源泉，也是地球光热能的主要来源。

太阳辐射到河湖表面的总辐射，其中一部分将被反射回大气，称为反射辐射，而反射辐射与总辐射之比称为反照率。对于气候寒冷、降雪频繁的冰封河湖，冰盖和雪盖的反照率对气候变化和冰厚变化具有很大影响。目前对海冰反照率的研究成果相当丰富，已经发展了很多参数化模型，特别是针对南极和北极的海冰，公认较好的模型是美国国家大气研究中心(NCAR)气候系统模式CCSM3的海冰反照率模型，不仅考虑冰厚和冰面温度，而且区分了干冰和湿冰及可见光区和近红外区。不过，海冰反照率参数化模型是基于极地(纬度65°)观测资料得出的，对于纬度60°的地区偏差较大，我国的纬度54°。Arst等(2006)2000-2003年间观测了芬兰和爱沙尼亚的8个淡水湖在可见光波段(波长0.4-0.7μm)的冰的反照率，观测点纬度60°左右，结果显示淡水冰的反照率不像海冰参数化模型描述的随冰厚的增加而增加，冰的反照率与冰厚之间相关性不大。Li等(2018在青海玛多县鄂陵湖(Ngoring Lake)进行了冰和雪反照率的观测，也发现现有基于冰厚的湖冰反照率参数化模型计算结果与实测值相差悬殊。

因此，基于近几十年来太阳能利用、极地气候学及水、雪、冰反照率的研究成果，发展水冰雪反照率参数化通用模型是十分必要的，是一个需要解决的问题。

发明内容

为了克服现有技术的问题，本发明提出了一种水冰雪反照率参数化通用模型的构建方法。所述的方法借鉴CCSM3雪冰日平均反照率参数化模型，提出了水冰雪反照率参数化通用模型，使水冰雪的参数化计算更加准确。

本发明的目的是这样实现的：一种水冰雪反照率参数化通用模型的构建方法，所述方法包括如下步骤：

步骤1，分析反照率特点：应用Fresnel理论进行分析，得出纯水和纯水冰可用相同反照率公式计算的结论；

步骤2，构建地表太阳辐射总反照率模型：基于现有的原型观测资料，回归拟合地表太阳辐射总反照率a_s与太阳高度角α的太阳辐射总反照率参数化模型：

a_s＝0.0564/α，α≥0.105rad；

步骤3，构建雪盖的冰面日平均反照率模型：借鉴CCSM3雪冰日平均反照率参数化模型，构建考虑纬度及地球自转和环绕太阳运行规律的水冰雪反照率参数化通用模型：

式中：

a_ss＝c_visa_{s_vis}+c_nira_{s_nir}＝0.96c_vis+0.68c_nir