梅笑冬， 孙即霖， 李正强， 陈兴峰*， 邢 进， 许 华，伽丽丽， 吕 阳， 李 明， 刘 李

1. 中国海洋大学， 物理海洋教育部重点实验室， 山东 青岛 266100

2. 中国科学院遥感与数字地球研究所， 遥感科学国家重点实验室， 国家环境保护卫星遥感重点实验室， 北京 100101

3. 中国航空综合技术研究所， 北京 100028

4. 中国资源卫星应用中心, 北京 100094

中国区临近空间太阳辐射环境研究

梅笑冬1, 2， 孙即霖1， 李正强2， 陈兴峰2*， 邢 进2， 许 华2，伽丽丽2， 吕 阳2， 李 明3， 刘 李4

1. 中国海洋大学， 物理海洋教育部重点实验室， 山东 青岛 266100

2. 中国科学院遥感与数字地球研究所， 遥感科学国家重点实验室， 国家环境保护卫星遥感重点实验室， 北京 100101

3. 中国航空综合技术研究所， 北京 100028

4. 中国资源卫星应用中心, 北京 100094

临近空间(20～50 km)航空活动是全世界航空大国竞相研究的热点。 太阳辐射环境研究是开展该高度层航空活动的必要前提， 然而临近空间辐射观测资料空白对其开发利用造成了障碍。 臭氧是影响高空辐射环境的关键因子， 基于欧洲中尺度预报中心再分析资料对中国区临近空间臭氧的空间分布、 季节变化特征进行了分析， 发现其时空分布及演变具备区域性特点， 同时根据平流层大气数据及地表特征等将中国临近空间划分为5个区域， 确定不同区域关键参数值， 利用SBDART辐射传输模型对临近空间全波段太阳辐射及紫外辐射分别进行模拟。 模拟结果显示受纬度、 臭氧总量、 垂直分布等影响， 辐射值变化规律较为复杂。 全波段太阳辐射年均和逐月值随纬度降低而增大， 年较差则相反； 大气的吸收作用与纬度、 海陆差异有关， 表现出不同的强度和季节变化特征； 在紫外波段， 南海上空辐射最强， 年较差小， 月较差很小且夏强冬弱， 其他区域辐射值夏强冬弱， 月较差呈双峰特征， 春秋强， 冬夏弱； 大气的吸收作用受多因子影响， 除南海外， 各区域夏季辐射垂向差异更大； 大气吸收引起的月较差垂向变化均表现为6、 7月高低空月振幅一致， 其它月份辐射值在高层月较差更大。

临近空间； 太阳辐射； 紫外辐射； SBDART

引 言

随着航空航天技术的发展， 在临近空间开展用于通信、 遥感、 目标监视以及其他一系列用途的航空活动需求快速增加， 因此加强高空大气环境研究， 尤其热环境， 成为保障飞行器正常飞行性能[1]与高空驻留的关键。

临近空间始于现有航空器可控飞行的最高高度， 止于航天器维持近地轨道飞行的最低高度， 通常指距海平面20～100 km的空域， 包括大气平流层(高度11～55 km)的大部分区域， 中间层(55～85 km)和少部分增温层(85～800 km)。 研究范围平流层底部的临近空间， 海拔20～50 km高度层。

临近空间的热环境涉及太阳辐射、 地表反照、 地球红外辐射等多种热辐射因素， 影响辐射过程的因子包含空气密度、 气压、 气温、 气溶胶成分[2]、 浓度、 地表植被等诸多要素。 平流层大气因水汽、 悬浮固体颗粒少， 能见度高， 天气现象少， 大气环流以水平行星尺度运动为主等条件利于飞行器飞行， 然而太阳辐射较强， 尤其紫外辐射(UV)影响许多化学和生物过程， 对飞行器材料存在潜在危害， 因此倍受关注。 臭氧对紫外辐射具备关键性影响， 臭氧主要吸收UV-B(280～315 nm)波段， UV-A(315～400 nm)也受一定影响， UV-C(200～280 nm)近乎被平流层臭氧和氧气完全吸收。 此外强太阳辐射和极低的对流换热使得飞行器面临“过热”和“过冷”[1]， 因此为保证飞行器的长期稳定性和可控性， 分析其所处辐射环境十分必要。 这一基础研究直接影响飞行器的结构设计、 飞行预测和控制。

我国“高分辨率对地观测系统”重大科技专项部署了平流层飞艇[3]， 其环境适应性问题必须预先于工程研制开展。 临近空间太阳辐射因其所处高度限制缺乏观测数据， 选择合适的理论模式， 保证模拟辐射值具有一定的参考性， 是飞行器升空开展观测前的必要选择。 采用SBDART(santa barbara DISORT atmospheric radiative transfer)辐射传输模型， 结合再分析资料提供的相关大气数据， 将中国区划分为五个区域， 通过对临近空间20～50 km的高度范围全波段太阳辐射和紫外辐射进行模拟， 分析了臭氧对辐射的影响， 为飞行器环境适应性设计提供支撑和参考。

1 模型与观测资料

SBDART由加利福尼亚Santa Barbara大学计算地球系统科学研究所Paul Ricchiazzi等研发[4]， 是国际上比较流行的计算太阳辐射传输过程的软件， 旨在解决卫星遥感和大气辐射能量平衡研究中遇到的各种辐射传输问题。 模型采用离散坐标法求解辐射传输方程， 给出稳定解析解， 其波谱覆盖紫外、 可见光和红外波段， 计算包括了热辐射、 散射、 吸收等物理过程。 SBDART基于大量经过筛选的物理模式， 经过不断实践发展完善， 在精度、 仿真度等方面都具备优势[5]。

所用物理模型计算太阳辐射传输过程的原理如下， 到达大气顶层总的太阳辐射通量中可见光及紫外光谱段占64.7%， 近喉外谱段占35.5%。 其中臭氧在可见光及紫外谱段的吸收ξO3(Ps)按Lacis和Hansen公式[6]表示为

(1)

式中，x为臭氧含量， 等式右边第一项为臭氧在可见光波段的吸收， 后两项为臭氧在紫外波段的吸收。

水汽在近红外波段对直射阳光的吸收公式为

(2)

式(2)中a，b，c均是参数化系数， 与气压P相关

a=0.101 8+0.006 3(-log10P)2.424

(3)

b=3.448 8+2.845 2P-0.5+P2

(4)

c=0.496 8+0.090 0P0.5

(5)

式(1)和式(2)表明大气吸收作用由臭氧浓度、 气压决定， 而这两种因子又受气温、 大气活动等影响。

所用位势高度、 气温、 水汽等来源于美国环境预报中心-国家大气研究中心(NCEP-NCAR)再分析资料， 分辨率2.5°×2.5°， 此资料经过多数据源同化， 时间序列长、 可靠性强[7]。 所用臭氧数据来源于欧洲中尺度预报中心(ECMWF)ERA-40再分析资料， 分辨率1°×1°。 各物理量取1981年—2010年共计31年逐月数据， 将其气候态平均结果作为模式初始环境变量， 较好保证辐射结果的参考性和代表性。

2 临近空间辐射模拟试验设计

2.1 临近空间区域划分

研究临近空间太阳辐射特征， 需要考虑影响辐射过程的因子如空气密度、 气压、 气溶胶成分、 浓度、 地表植被等诸多要素， 根据中国所处地理位置、 地表多变等特征， 从中挑选关键因子划分出不同区域单独进行分析。

由于研究对象以紫外辐射最为关键， 而吸收紫外辐射的大气成分为臭氧， 衡量臭氧影响主要考虑两个方面， 臭氧总量与垂直分布[8]。 从臭氧的长期平均垂直分布来看， 大气臭氧总量的80%以上集中在平流层中下部(25 km附近)， 故臭氧总量的变化基本反映了临近空间臭氧的状态[9]。 欧洲中尺度预报中心臭氧总量数据[图1(a)和(b)]显示臭氧分布大致呈纬向型， 南低北高[10-11]， 经向差异相对较小， 大致为东高西低， 季节尺度上中高纬冬季臭氧含量高、 夏季低， 而低纬夏高冬低[11]。 臭氧总量既受光化学过程影响， 也受动力过程作用， 如大尺度辐合辐散(垂直运动)、 平流输送(水平运动)[12]。 图2为冬、 夏季100 hPa高空位势高度场， 体现主要大气活动特征， 以东北区域为例， 位于东亚大槽(等高线曲率最大处)槽区， 高空西风急流强， 伴随槽后下沉气流及西风急流的水平输送， 高层及更高纬地区富含臭氧的大气被输送至此， 利于东北冬季臭氧含量高值区的形成， 由此紫外辐射的吸收也将显著不同于其他区域。

另外， 臭氧总量也与下垫面性质[13]、 对流层顶高度有关， Poulin和Evans[14]估计对流层顶高度变化1 km， 臭氧总量会产生10～60 DU的变化， 对流层顶高度变化对臭氧的垂直分布也有影响。 因此臭氧作为关键因子进行区域划分时， 需考虑平流层气象数据、 下垫面等指标。

根据下垫面性质， 将中国临近空间分为海陆两部分； 根据平流层大气活动的气候态分布特征(图2)， 冬季东北区域为东亚大槽区， 其他区域上空盛行平直西风， 夏季中南部区域被强大的南亚高压控制， 气压分布为中南高、 东北低， 将陆地部分划分为东北、 中部、 西部三个区域。 海洋部分考虑纬度跨度分为东部近海和南海两部分， 具体划分见表1。

Fig.1 Total column ozone distribution in (a) Jan, (b) Jul (unit: kg·m-2)

Fig.2 (a)Winter, (b)Summer average atmosphere action centers in stratosphere (100 hPa geopotential heights)

Table 1 Region divisions of China near space

这5个区域在臭氧总量、 季节变化(图1)及垂直分布方面各具特点， 在此基础上分别对不同区域对辐射过程进行模拟分析， 保证各分区的代表性。 由于青藏高原独特地形及大气条件， 平流层观测数据可靠性仍需检验， 暂不予考虑。 研究区域空间分布见图3。

Fig.3 Region division of China near space Northeast, Center, West, East China sea and South China sea

2.2 关键参数分析

模拟之前， 先对相关参数做了敏感性试验， 检验输入参量值的扰动对输出结果的影响， 将其作为选择关键变量的参考基准。 假设给定参数后， 模式计算结果准确， 则模拟误差由输入参量的不确定性引起。 在敏感性试验中， 发现同一区域临近空间净向下短波辐射通量受臭氧含量变化影响最显著， 水汽、 平流层高度、 平流层光学厚度等参数的影响很弱。

针对臭氧对太阳辐射的吸收， Lacis和Hasen[15]根据太阳辐射谱和臭氧吸收系数的谱分布计算了不同臭氧含量对可见光和紫外波段吸收作用， 得到辐射吸收率与臭氧含量的关系式

(6)

0.065 8y/[1+(103.6y)3]

(7)

其中y为光学路程中的臭氧含量， 由式(6)和式(7)得到臭氧对太阳辐射的总吸收率为

(8)

模式大气从50～20 km分为11层， 对其中任一层l， 将其下的气层(l-1， 1)看成是非吸收层， 即漫反射层。 第l层臭氧对太阳辐射的吸收率为

(9)

其中，

(10)

yl=ul·M

(11)

(12)

对第l层， 其气压差为ΔP， 臭氧吸收太阳辐射而产生的加热率为

(13)

根据大气外界的太阳辐射谱， 可知λ<400 nm的太阳辐射通量密度占总太阳辐射通量密度的8.03%。 仅考虑臭氧吸收的情况下， 通过平流层后的紫外辐射通量密度为

(14)

实际到达平流层顶的紫外辐射除受臭氧吸收， 也受大气成分、 云量等因子影响， 因此辐射通量密度与式(14)仍有差别。 但影响紫外辐射变化的主要因子可确定为臭氧、 太阳天顶角， 次要因子包括背景参数如气压、 气温、 对流层顶高度等。 根据NCEP-NCAR和ECMWF臭氧、 气温、 水汽、 平流层底高度数据， 对各分区进行气候态平均， 得到SBDART模式的初始大气参数(表2)和气温、 湿度垂直廓线(图4—图6)， 其他参量如地表植被、 边界层气溶胶类型、 云等的影响可忽略， 均按各区域默认值设定。

Fig.4 Northeast and West divisions(a1) water vapor(a2)air temperature profile in summer half year,(b1)water vapor(b2)air temperature profile in winter half year

Fig.5 Center and East China Sea divisions (a1) water vapor (a2) air temperature profile in summer ialf year, (b1) water vapor (b2) air temperature profile in winter half year

区域参考经纬度臭氧含量平流层底高度平流层光学厚度EN冬夏冬夏冬夏东北127 547 50 4290 3249160 10 1中部107 5300 2900 2859 516 50 10 1西部97 5450 3740 319914 50 0030 004东部近海130300 3220 29415170 20 1南海114100 2440 27015160 10 05

注： 臭氧、 高度单位分别为atm-cm， km

3 结果与讨论

将表2、 图4—图6大气参数值作为模式输入， 对中国东北、 中部、 西部、 东部近海和南海5个区域临近空间辐射环境分别进行模拟。 试验积分时间为1年， 时间步长1 h， 结果分为太阳全波段与紫外波段辐射两部分。 太阳辐射能量99.88%集中在120～8 000 nm波长范围内， 对小于250 nm及大于4 000 nm波长的太阳辐射对太阳常数贡献均小于1%[16-17]， 因此全波段辐射积分区间选择在250～4 000 nm之间， 紫外波段选择在250～400 nm之间， 为补偿这一光谱段以外的辐射能量， 辐射值增加0.11%[17]。

3.1 太阳全波段辐射结果分析

由于大气吸收、 反射作用， 太阳全波段净向下辐射通量(以下简称太阳辐射)随高度降低而减小。 临近空间大气层空气稀薄、 水汽及杂质含量少， 太阳辐射的减少主要产生在臭氧所吸收的紫外波段。

Fig.7 Monthly and annual mean of solar radiation flux between 20 and 50 km altitude layer above (a) Northeast, (b) Center, (c) West Divisions

东北区域20～50 km太阳辐射通量垂直分布[图7(a)]显示年均辐射通量随高度降低而递减， 25 km为骤减层， 夏季辐射垂向衰减幅度约1.8 W·m-2·km-1， 冬季衰减较弱。 此区域上空100 hPa平流层通常处在东亚大槽槽区[图2(a)]， 大气输送利于25 km处臭氧高值的形成， 并向下扩展到对流层， 臭氧垂向分布较为均匀， 因此辐射通量在此高度出现骤减并在其下衰减趋势较为平缓， 模拟结果与臭氧分布的观测结论吻合。 东北太阳辐射基本特征为： 5月和6月份太阳辐射强度达到最大， 50 km处辐射值730.9 W·m-2， 20 km处为700.5 W·m-2； 12月辐射最弱， 顶层和底层分别为323.3和302.0 W·m-2， 冬季辐射相对夏季减少约57%。 比较同期高低空辐射差值(表3)发现夏季大气吸收作用稍强于冬季， 然而臭氧含量夏季低于冬季， 表明临近空间大气对太阳辐射的衰减作用除臭氧外仍有其他因素起作用， 如太阳天顶角等。

Table 3 Vertical variation between solar radiation flux

中部地区辐射水平较东北偏高， 随高度的递减率偏大， 尤其夏季。 图7(b)显示7、 8月太阳辐射最强， 垂向变化显著， 其强度853.7 W·m-2， 35～20 km层垂直梯度最大。 原因在于夏季行星波不能上传到平流层， 大气垂直运动受抑制， 无法将高层富含臭氧的空气输送到低层， 臭氧浓度垂直梯度较大。 具体特征为7月份50 km辐射极大值852.2 W·m-2， 20 km处785.4 W·m-2， 1月最弱， 50和20 km分别为551.4和519.1 W·m-2， 年较差约283.5 W·m-2； 夏季辐射垂向衰减远强于冬季(表3)， 夏冬差值34.5 W·m-2。

西部与东北相仿， 在全波段表现相似特征， 但年变化幅度稍小于东北[图7(c)]。 辐射最强出现在5月， 50 km处761.2 W·m-2， 20 km处为705.0 W·m-2； 12月最弱， 50和20 km分别为365.7和325.2 W·m-2， 年较差约388 W·m-2。 夏季大气吸收作用稍强(表3)， 夏冬差值16.1 W·m-2， 均强于东北区域。

Fig.8 Monthly and annual mean of solar radiation flux between 20 and 50 km altitude layer above (a) East China sea, (b) South China Sea

东部近海和南海由于纬度低， 太阳辐射明显强于其他区域， 全年整层辐射均值分别为725和837.6 W·m-2。 东部近海辐射[图8(a)]最强出现在5、 6月， 最弱2月， 年变化达到160 W·m-2， 在各分区中幅度最大。 该区域臭氧含量低且季节变化小， 因此太阳辐射垂直梯度较小， 同时大气吸收作用全年也基本一致、 年较差小(表3)。 南海位于热带、 副热带海域， 夏季50 km辐射强度可达874 W·m-2[图8(b)]， 且年较差小； 辐射垂直衰减率也很小， 大气吸收作用近乎全年一致(表3)， 即辐射基本特征为均值大、 年较差大、 垂向变化弱且无季节差异。

3.2 紫外波段辐射结果分析

东北区域紫外与全波段辐射变化趋势类似[图9(a1)]， 1月—7月逐渐增大， 5月—8月达到最强， 高低空辐射值在70.5～84.5 W·m-2之间变化， 随后逐渐减弱， 12月份最小， 20 km处29.3 W·m-2； 年较差分别为47.2 W·m-2(50 km)、 41.2 W·m-2(20 km)。 与年变化不同， 月较差变化趋势呈双峰特征[图9(a2)]， 夏季最小(50 km处2.2 W·m-2， 20 km处1.9 W·m-2)， 春秋最大(50 km处18.4 W·m-2， 20 km处16.1 W·m-2)， 其中夏冬高低空月较差几乎一致， 而春秋高空月较差更强。

中部区域[图9(b1)]1月—7月辐射强度逐渐增大， 相比东北， 紫外辐射处于极大值的时期较长， 高位维持5个月， 高低空辐射值在99.0～76.9 W·m-2之间变化； 冬季1月变动范围则缩小至64.2～51.4 W·m-2， 年较差分别为34.8 W·m-2(50 km)， 25.5 W·m-2(20 km)。 月较差也呈双峰变化， 分别在2月、 11月处于峰值， 6月则突变至近乎为0。 1月—5月大气吸收引起的辐射月变化在高低空相差较大[图9(b2)]， 下半年则接近一致。

西北区域[图9(c1)]紫外辐射1月—7月增大， 5月—7月最强， 20～50 km辐射值在88.5～67.5 W·m-2之间， 随后减弱， 12月份最小为20 km处30.2 W·m-2， 年较差分别为46.5 W·m-2(50 km)， 38.8 W·m-2(20 km)。 月较差呈双峰型[图9(c2)]， 夏初最小(50 km层2.0 W·m-2， 20 km层1.5 W·m-2)， 春秋最大(50 km层17.4 W·m-2， 20 km层15.1 W·m-2)， 高低空除6月月较差值一致外， 其他月份差别约2 W·m-2。

在纬度相似情况下， 紫外辐射月平均及极值以中部最强， 西部稍强于东北， 年变化则相反， 东北和西部变化幅度大， 中部小。 三者紫外辐射月较差均呈双峰特征， 春秋辐射值的月变化最大， 冬夏最小。

东部近海夏半年紫外辐射长期维持在较高水平[图10(a1)]， 20 km辐射值约为80 W·m-2； 与同纬度陆地(12 W·m-2)相比， 高低空差值大(20 W·m-2)， 即大气吸收更强。 由于海水热含量大， 海表面温度变化远小于陆地， 因此上空对流强烈且变化小， 大气要素各向均匀， 高低空对辐射的吸收作用也基本一致， 月较差的高低空差异[1 W·m-2， 图10(a2)]非常小。

Fig.9 Monthly average UV radiation on 20， 50 km altitude layer above (a1) Northeast, (b1) Center, (c1) West divisions;Monthly discrepancy value above (a2) Northeast, (b2) Center, (c2) West divisions

Fig.10 (a1) Monthly average UV radiation flux of 20， 50 km altitude above East China sea; (a2) Monthly discrepancy of UV radiation flux at 20， 50 km altitude above East China sea; (b1)， (b2) as in (a1)， (a2), but for South China Sea area

南海位于热带、 副热带海域， 夏季50 km紫外辐射强度可达100 W·m-2[图10(b1)]， 与其他区域不同， 南海上空紫外辐射季节变化不明显； 月较差均低于10 W·m-2。 双峰特征消失， 冬半年月较差大， 夏半年小； 大气吸收作用全年一致[图10(b2)]。 南海紫外辐射基本特征与全波段辐射类似， 均值为5个分区中最大、 季节变化则最小。

4 结 论

基于NCEP-NCAR， ECMWF大气资料， 对中国区临近空间大气进行区域划分， 最大限度区分各区域气温、 湿度、 尤其臭氧等背景大气环境特征， 在此基础上确定关键参数， 应用SBDART辐射传输模型模拟， 初步掌握临近空间太阳辐射及紫外辐射的分布和季节演变特征。

(1) 中国区临近空间划分为东北、 中部、 西部、 东部近海及南海5个区域， 分别进行全波段和紫外波段辐射过程模拟， 发现： 随参考纬度增大， 年均太阳辐射由强变弱， 南海最强， 东部近海次之， 随后是中部， 东北和西部最弱。 年变化幅度则相反， 随纬度升高而递减。 临近空间大气层对太阳辐射的衰减作用方面， 以中部最强， 西部、 东北次之， 海洋上空最弱， 其中东北、 中部和西部辐射吸收有显著季节分化， 夏半年太阳辐射垂向衰减强， 冬半年弱， 海洋区域季节变化很小且秋季辐射减弱幅度相对较大。

(2) 紫外辐射演变较复杂， 随纬度、 臭氧浓度、 季节而变化。 年均尺度上， 南海紫外辐射97.5 W·m-2最强， 东部近海84.2 W·m-2与中部84.5 W·m-2次之， 西部68.1 W·m-2、 东北64.9 W·m-2最弱， 但紫外辐射通过平流层后的垂向差异， 中部年均值16.4 W·m-2最大， 西部15.9 W·m-2与南海15.0 W·m-2、 东部近海13.4 W·m-2次之， 东北9.5 W·m-2最弱； 月尺度上， 年较差东北47.2 W·m-2、 西部46.5 W·m-2最大， 中部34.0 W·m-2、 东部近海30.8 W·m-2次之， 南海16.1 W·m-2最小， 表明年较差可通过臭氧总量变化判断； 除南海辐射值季节变化非常小外， 其他区域均为夏季辐射强， 冬季弱； 月内尺度上， 除南海外其他区域月较差演变均呈双峰波型， 春秋较差大， 夏冬小， 南海秋冬较差大， 春夏小， 均小于10 W·m-1； 陆地区域表现出6月突变， 即6月紫外辐射月变化显著变小， 而海洋上空月较差较为连续。

(3) 全波段太阳辐射与紫外辐射的变化特征差异体现在， 全波段辐射年较差随纬度降低而增大， 紫外波段年较差则随纬度降低而减小； 大气的吸收作用方面， 全波段和紫外波段吸收都在中部地区最强， 且夏强冬弱； 全波段吸收的季节变化表现出海陆差异特征， 而紫外波段不同， 只在南海表现为全年一致。

临近空间辐射环境的复杂恶劣使飞行设备面临巨大考验， 飞行器环境适应性设计要求较高， 因此对其辐射特征的研究需求非常迫切， 尤其紫外辐射对飞行材料产生化学反应的潜在威胁最大。 结合观测资料对中国平流层辐射进行仿真模拟， 初步讨论了太阳辐射及紫外辐射变化特征， 为临近空间飞行器环境适应性设计提供支撑。 临近空间飞行器驻空或者基于其他手段的实际观测将提供更准确的辐射环境先验数据库。

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*Corresponding author

Radiation Environment Study of Near Space in China Area

MEI Xiao-dong1,2, SUN Ji-lin1, LI Zheng-qiang2, CHEN Xing-feng2*, XING Jin2, XU Hua2, QIE Li-li2, LÜ Yang2,LI Ming3， LIU Li4

1. Key Laboratory of Physical Oceanography, Ministry of Education, Ocean University of China, Qingdao 266100, China

2. State Environmental Protection Key Laboratory of Satellite Remote Sensing Applications, Institute of Remote Sensing and Digital Earth, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China

3. China Aero-Polytechinology Establishment, Beijing 100028, China

4. China Centre for Resources Satellite Data and Application, Beijing 100094, China

Aerospace activity in near space (20～50 km) has become a research hotspot for aviation big countries worldwide. Solar radiation study, as the prerequisite to carry out aerospace activity, is facing the barrier of lacking of observation in near space layer. Ozone is the most important factor that affects radiation value in this layer. Based on ECMWF reanalysis data, this input key parameter and its horizontal, vertical and temporal characteristics are analyzedwith results showing obvious regional features in temporal-spatial distribution and varieties. With meteorological data and surface parameters, near space over China is divided into 5 parts. Key factors’ value is confirmed over each division. With SBDART radiation transfer model, solar radiation and ultraviolet radiation simulation in near space are conducted separately. Results show that it is influenced by latitude, total ozone and its vertical distribution, radiation varies under complex rules. The average year and monthly solar radiation strengthens changes with latitude reduction, while annual range changes reversely. Air absorbing is related to latitude and land-sea contrast and shows different values and seasonal variations. The ultraviolet radiation over South China Sea reaches its maximum value and minimum annual range, as well as minimum monthly range with value strengthening in summer and weakening in winter. In other areas radiation increases in summer while weakens in winter, monthly range shows double peaks with higher value in spring and autumn, lower in summer and winter. Air absorption in ultraviolet radiation is influenced by multiple factors, vertical varieties over areas besides South China Sea enhance in summer time. The vertical changes of monthly ranges affected by air absorption show consistence in higher and lower layer in June and July, while in other months ranges are bigger in higher layer.

Near space; Solar radiation; Ultraviolet radiation; SBDART

Nov. 28, 2014; accepted Mar. 15, 2015)

2014-11-28，

2015-03-15

中国科学院国家外国专家局创新团队国际合作伙伴计划项目(KZZD-EW-TZ-09), 中国科学院科技创新重点部署项目(KGFZD-125-13-006), 中德合作研究项目(GZ 659), 高分专项青年创新基金项目资助

梅笑冬， 1984年生， 中国海洋大学海洋环境学院博士研究生 e-mail: thymay@foxmail.com *通讯联系人 e-mail: chenxf@radi.ac.cn

P182

A

10.3964/j.issn.1000-0593(2016)03-0609-09