红外波段的辐射传输过程在气候模拟和卫星遥感中扮演着重要角色。观测表明云中云水含量和云粒子有效半径是随着高度连续变化的。在某一云层结内部，由云水含量和云粒子有效半径计算得到的光学性质也是随着高度连续变化的。而现有气候模式的垂直分层无法考虑云中云水含量和云粒子有效半径垂直连续变化所带来的辐射效应。为此，我院吴琨讲师做为合作者与复旦大学张峰教授、气科院石怡宁博士、李雯雯博士和气科院陈琪博士建立了考虑云中云水含量和云粒子有效半径垂直连续变化的适用于多层非均质大气的热红外辐射传输方案。该方案结合了非线性领域经典的微扰方法和红外二流离散纵标方法求解变系数的红外辐射传输方程，而后基于张峰等人提出的红外辐射传输四个不变性原理，采用累加法处理多层大气传输，并将该方案耦合到大气辐射传输模式中，将新方案和传统红外二流离散纵标累加方案在多层理想大气廓线下的计算精度和计算效率进行了比较。
实验表明，忽略云中云水含量和云粒子有效半径的垂直连续变化对向下辐射通量造成的误差较小，但其对向上辐射通量有较大的影响。对于加热率，传统红外二流离散纵坐标累加方案的误差可达到-0.94 K/day。新方案则可以显著减少由于忽略云中云水含量和云粒子有效半径的垂直连续变化所带来的误差。新辐射传输方案的向上辐射通量和加热率的最大误差分别为-0.23 W/m2和-0.07 K/day。在计算效率方面，当耦合入大气辐射传输模式之后，新方案的计算时间是传统红外二流离散纵坐标累加方案的2倍。随着如今计算机的迅速发展，新方案有望应用到气候模式中，以改进现有模式忽略云中云水含量和云粒子有效半径垂直连续变化所造成的辐射过程模拟误差。
图1 个例1：大气辐射传输模式中的云廓线设定示意图。(a)云水含量随高度的变化，阴影表示传统红外二流离散纵坐标累加方案中的云水含量变化。红线表示标准值方案和新方案中云水含量随高度的变化。(b)云粒子有效半径随高度的变化，阴影表示传统红外二流离散纵坐标累加方案中的云粒子有效半径变化。蓝线表示标准值方案和新方案中云粒子有效半径随高度的变化。
图2 个例1下，由标准值计算方案计算得到的向下辐射通量(a)、向上辐射通量(c)、加热率(e)以及新辐射传输方案（红线）和传统红外二流离散纵坐标累加方案（蓝线）计算得到的向下辐射通量(b)、向上辐射通量(d)和加热率(f)与标准值之间的绝对误差图。
文章已在《Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer》期刊发表：
Yi-Ning Shi, Wenwen Li, Kun Wu*, Feng Zhang, Qi Chen, 2022: A broadband infrared radiative transfer scheme including the effect related to vertically inhomogeneous microphysical properties inside water clouds, Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer, 285, 108160.