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基于K‑means聚类与随机森林回归的大气模式构建方法

王浩森 Wang Haosen、程晨 Cheng Chen、施海亮 Shi Hailiang、王先华 Wang Xianhua、叶函函 Ye Hanhan、吴时超 Wu Shichao、孙二昌 Sun Erchang

2025Acta Optica SinicaEnvironmental Science被引 2

摘要

辐射传输大气模式是辐射传输计算的重要影响因素，构建符合区域大气情况的大气模式才能确保辐射传输计算的准确性。本研究旨在针对大气模式变化展开研究，以提高辐射传输计算的准确性。分析温度、压强，以及水汽、二氧化碳、臭氧和甲烷等的垂直分布与变化规律，提出一种基于K-means聚类与随机森林回归的大气模式构建方法。数据来源包括ERA5、WACCM和CarbonTracker，涵盖过去20年的大气廓线历史数据。为处理不同数据源的分辨率差异，采用时空插值与高度标准化方法。研究区域选择中国东部区域，首先对温度、压强、水汽、臭氧廓线进行聚类建模，分析其季节性和区域变化规律；然后，针对二氧化碳和甲烷廓线，利用新数据重构模式；最后，通过MODTRAN软件模拟自研大气模式与1976美国标准大气模式的光谱，并与风云卫星实测光谱对比。结果表明，自研模式在1月的模拟精度提高了11.2%，在7月的模拟精度提高了10.5%，自研模式的模拟结果更接近真实大气。这种构建方法为辐射传输大气模式的构建提供了一种新思路。

引用本文（GB/T 7714）

DOI：https://doi.org/10.3788/aos250520