用Aqua/CERES反演的云参量估算西北区降水效率和人工增雨潜力

利用美国NASA Langley研究中心提供的云和地球辐射能量系统(CERES),单个卫星视场大气顶/地面通量和云(SSF)的Aqua卫星2002年7月至2004年6月的云水路径和冰水路径资料,分析中国西北地区降水效率和人工增雨潜力。选取天山、祁连山、南疆沙漠和东南部季风区4片有代表性的地域,按该资料的云分类,分别计算低层云和高层云区域月平均值,结合相应时期和地区的降水量,分析不同云层与月降水量的相关。结果表明,西部干旱区降水与高层云相关较好,而东南部季风区则与低层云相关好。整个西北区以低云的云水路径与降水量相关系数最高,平均R2=0.8459。定义月降水效率为月平均降水强度(mm/h)除以总的云水路径,结果表明,不论低层云或高层云的降水效率都是东南部季风区最大,祁连山区略大于天山区,南疆沙漠最小。其年变化低层云除南疆7月最高外,其余地区8月最高。高层云的降水效率东南部季风区8月最大,其余3片7月最高。取(LWP/IWP-C)×LWP作为人工降水最大可能增(减)雨的度量,则4片中祁连山区最大,其次是天山,东南部季风区最小,年平均为负值。人工增雨潜力的年变化表明,高层云的峰值A区和C区在8月,D区则在9月,其余峰值均出现在6或7月。本文重点研究天山、祁连山区地形云人工增雨潜力,为今后人工增雨(雪),开发山区云水资源提供科学依据。     

中国东部和印度季风区云辐射特性的比较

基于 ＩＳＣＣＰ和 ＥＱＢＥ资料,本文比较了中国东部和印度季风区的云和云辐射强迫的气候特征。虽然它们同属于亚洲季风区,并且有相似的降水季节特征,但它们各自的云和云辐射强迫特征差异很大。在印度区域,所有的云量有着相同的季节变化,最大云量分布都出现在夏季,且总云量中以高云量为主。而中国东部云量的季节变化都比较复杂,在总云量中以中、低云量为主,最大总云量出现在春季。冬季的总云量和中、低云量要大于夏季。在全球云量分布中,中国东部最典型的特征是：该地区为全球最大的雨层云覆盖区。与云的分布和变化相关,印度季风区最大的负短波云辐射强迫,最大的正的长波辐射强迫和最大的负的净云辐射强迫发生在夏季,而在中国东部,大的负的短波云辐射强迫发生在春夏之交。年平均的负的短波云辐射强迫在中国东部地区明显要大于在印度季风区。     

中国西北地区云的分布及其变化趋势

利用1983年7月—2001年9月ISCCP D2云的月平均资料,针对西北地区15种不同类型云的分布特征进行了分析,给出了中、低云量之和以及高云量在3个气候子区的多年变化趋势,初步探讨了其形成机制。结果表明:水层云、冰层云、水雨层云、冰雨层云和深对流云的光学厚度和云水路径值最大;水层云主要出现在天山山区、北疆地区和陕西南部,冰层云主要出现在北疆地区,水雨层云、冰雨层云和深对流云以及水高层云、冰高层云、卷层云的云量高值区在天山—昆仑山—祁连山一带以及陕南和/或陇南地区,因此上述地区也是有利于人工增水作业的地区。近20年中,高云量在3个气候区都呈明显下降趋势,中、低云量之和则呈上升趋势。西北地区云与地气系统之间可能存在这样一个过程:地面气温的升高,促使地面蒸发加剧,从而导致中、低云量增多而使降水增多,同时高云云量减少。     

基于FY-2F资料的新疆区域云系特征研究

利用2014年1—12月FY-2F/CTA、FY-2F/CLC小时产品,采用平均值合成法,监测分析了新疆各区域的云系特征。结果表明:(1)新疆区域总云量年平均值为37.7%,其中,阿尔泰山山区云资源最为充沛,其次是昆仑山山区、准噶尔盆地、天山山区,而塔里木盆地最匮乏,各区域总云量年平均值依次为45.7%,40.0%,38.2%,37.9%及26.1%;天山以北区域(含天山山区)的云资源冬春季较为丰富,天山以南区域则春季较为丰富;新疆各区域总云量均白天较少,夜间相对较多,但塔里木盆地与之相反。(2)天山以北区域总云量呈北高南低、西高东低分布,天山以南区域则呈南高北低、西高东低分布。(3)三大山区主要以高层云或雨层云、卷层云为主,其中昆仑山山区的密卷云也较多,两大盆地则以层积云或高积云为主。新疆区域尤其是三大山区云的时空分布具有一定的地域性和稳定性,有利于开展人工增雨。     

CloudSat/CALIPSO卫星资料分析云的全球分布及其季节变化特征

全球气候模式（GCM）中云的参数化方案具有不确定性,了解云的时、空变化能为参数化方案提供有效参考。利用搭载在属于A-Train卫星序列的CloudSat和CALIPSO上的94 GHz云廓线雷达（CPR）以及正交极化云-气溶胶激光雷达（CALIOP）联合的2级云分类产品,分析了2007年3月-2010年2月8种云类及三相态的云量地理分布、纬向垂直分布的季节变化特征以及云层分布概率。结果发现,卷云的分布体系与深对流云相似,主要集中在西太平洋暖池、全球各季风区及赤道辐合带,分布格局与气压带、风带季节性移动一致。层云与层积云主要分布在中低纬度非季风区以及中高纬度的洋面上。高积云与高层云的分布形成明显的海陆差异,雨层云与积云的分布形成明显的纬度差异。冰云分布与卷云相似,云高随纬度递增而递减;水云分布与层积云相似,平均分布于2 km高度;混合云集中于高纬度地区及赤道辐合带,中纬度地区随纬度变化集中于海拔0-10 km的弧形带。层状云多以多层云形式出现,积状云多以单、双层云的形式出现,层状云的云重叠现象比积状云更显著。积状和层状云的分布特征与积云和层云降水的分布特征基本一致,验证了不同类型降水的卫星观测结果,同时为气候模式的云量诊断方案提供对比验证的数据。      

祁连山南麓夏季地形云特征及山谷风影响分析

利用门源、祁连气象站2004—2013年6—8月逐时常规观测资料,分析了地形云的日变化特征,结果表明:两站夏季总、低云量的日变化呈现双峰型特征;层积云和积雨云的日变化呈反相特征。层积云出现频率最高在清晨,积雨云在午后至傍晚出现频率最高;门源站层积云出现频率高于祁连站,而祁连站积雨云出现频率高于门源站。两站山谷风环流特征明显,风速最大值出现在午后,最小值出现在清晨;门源站谷风控制时间长于山风,祁连站山风控制时间长于谷风。两站积雨云出现时间与山谷风风速最大值出现时间之间具有对应关系;有天气系统影响时形成的积雨云,持续时间较长,降水较多;仅由地形风及热力、湍流作用形成的积雨云,持续时间较短,降水较少。层积云的形成有3种类型:第1种由高层云演变而来;第2种由积雨云对流发展受到抑制而形成;第3种由局地山谷风环流形成,云的形成与山谷风环流以及边界层日变化特征相关。     

青藏高原、东亚季风区、西北太平洋地区云系结构及相联加热机制的对比分析

应用7年(2006年5月18日—2013年5月18日)的CloudSat卫星观测资料,对比分析了青藏高原、东亚季风区、西北太平洋地区云发生频率的特征,并利用欧洲中心再分析资料,计算了三个地区的视热源、视水汽汇Q₁、Q₂,分析探讨了三个地区与云发生频率相联系的加热机制。结果表明:青藏高原、东亚季风区、西北太平洋地区云的发生频率分别为35%、22%、27%,其中:青藏高原和东亚季风区的低云频率最大,中云次之;西北太平洋地区的高云和低云的频率大,分别为19%和16%。具体云型来看,青藏高原多高层云、雨层云;东亚季风区多高层云和卷云,夏季深对流云频率增大明显;西北太平洋地区多卷云、深对流云和高层云。三个地区视水汽汇Q₂的垂直分布特征及季节变化与云发生频率对应较好,青藏高原的低云(雨层云)、中云(高层云)形成过程中,凝结释放潜热,加热大气;东亚季风区低云(深对流云)、中云(高层云)对加热大气贡献大;西北太平洋地区大气的主要加热机制是深对流云形成过程中凝结释放潜热以及湿静能涡旋垂直输送。      

基于CloudSat资料的中国及周边地区各类云的宏观特征分析

利用2006年7月—2009年4月的CloudSat2B-CLDCLASS云分类资料,针对中国及周边地区(0°—60°N,70°—140°E)各类云量和垂直结构参数的地理分布及季节变化进行了统计分析,并根据气候特征的地域差异从该区域选出8个子区域,逐区统计了各类云的垂直结构特征。结果表明,各类云量的分布存在较明显的区域差异和季节变化;青藏高原和帕米尔高原地区卷云、高层云和高积云等中高云的高度和厚度相对较小,陆上深对流云的云底高度大于海上,而热带、副热带地区云顶高度大于中纬度地区;除积云、层积云和雨层云外,中国南方地区其他各类云的云层厚度均大于北方地区;除了层积云外,其他各类云的云顶高度在各区域都存在比较明显的季节变化,低云云底高度的季节变化和区域差异都很小,而中高云的云底高度除了在印度洋季风区、南海和西太平洋地区季节差异较小外,其他地区季节差异较明显,各个地区在任何季节内,深对流云厚度最大,层积云最小;各类云出现频率随高度的分布具有较明显的区域差异;卷云与高积云的相关性比较强,经常相伴出现,夏季更加明显,而雨层云和深对流云之间相互排斥,两者几乎不可能同时出现。此外,统计中国及周边地区各类云的水平均一性发现,中...     

西北地区不同类型云的时空分布及其与降水的关系

利用1983年7月～2001年9月国际卫星云气候计划ISCCP D2的月平均资料，对西北不同区域不同类型云的云量和云水路径的时空分布及其与降水的关系进行了研究。结果表明:高原气候区是各种云出现最多的地区，特别是积状云的云量明显高于其他两区，但这些云的云水路径值低；西北地区大多数云云量的高值区出现在天山山区、北疆地区、陕西东南部和青藏高原的部分地区。高云和部分中云云量空间分布特征与降水有着较好的一致性:沿着天山—昆仑山—祁连山一带以及陕南和／或陇南地区是高值区，低值区在塔里木盆地—内蒙古西部戈壁沙漠—黄土高原西北部一带；绝大多数云类春夏季节云量维持较高，秋冬季节云量较少。云水路径值较大的层状云类的云量多寡与降水多寡相一致；积状云类和层积云类云量多少与降水没有一定的关系，在降水偏少时，这类云的云量大多与降水正常时相近，有些云的云量甚至比降水偏多时还要多。     

基于CERES资料的中国西南地区云水含量和粒子有效半径分布及变化特征

利用NASA/CERES发布的2001～2015年云参数资料,选取高层云、雨层云、层积云的云水含量和云粒子有效半径,统计分析了西南地区云参数的时空分布特征和变化趋势。结果表明:从年均空间分布来看,西南地区液水和冰水含量均东部高于西部,海拔低的地区高于海拔高的地区;高层云和雨层云液相和冰相云粒子有效半径在川西高原最大。从数值大小来看,雨层云液水和冰水含量最多,分别介于90～230 g/m2和100～300 g/m2,层积云最少,分别介于0～80 g/m2和0～60 g/m2;冰相云粒子有效半径高于液相2～6 μm。从季节分布来看,雨层云液水和冰水含量秋季和冬季偏高,夏季和春季偏少,高层云和层积云季节差异较小;液相云粒子有效半径均夏季最大。从变化趋势来看,西南地区各地液水和冰水含量均呈减少趋势,液相和冰相云粒子有效半径有呈减少或增加趋势。     

太湖流域单季稻的甲烷排放研究

根据1994～1996年太湖流域单季稻的CH4排放的观测资料,分析了该地区稻田CH4排放的日变化的一些统计特征,对排放的季节变化和年际变化及相关因子对排放的影响进行了分析和研究。结果表明:太湖地区单季稻的CH4排放的特征值为0.07～0.11 g/(m2·d),而且存在巨大的年际变化,其中1995年的排放是1994年和1996年的5～7倍。与NH4HCO3相比,施用尿素使甲烷的排放增加10%～70%。晒田使CH4的排放减少,土壤的扰动则使CH4的排放增加。文中对CH4的排放与水稻的生长的关系及温度的变化对排放的影响也进行了讨论。     

我国近40年气温变化地域类型的研究

依据１９５１－１９９０年全国７０多个站点４０年的气温资料,采用相关分析和线性模拟的方法,从区域气候特征和气温变化趋势一致的角度,首先划分出气温变化的１０个地区再根据气温变化率进行分型,最后在此基础之上归并成３个气温变化区域,以进一步揭示我国气温变化的区域差异。     

西藏羊八井辐射观测初步分析

利用西藏羊八井2009年5月至2010年4月的辐射观测数据,统计了总辐射、紫外辐射、长波辐射、净辐射的日变化、月变化和季节变化,并分析了地表辐射超过太阳常数的发生频率及原因。结果表明,羊八井地区总辐射、紫外辐射、长波辐射、净辐射均表现出明显的日变化、月变化和季节变化特征;总辐射与地表短波反射辐射、总辐射与紫外辐射均表现出明显的正相关关系;大气逆辐射和地表长波辐射之间呈现出一定的的正相关关系。     

副热带高空急流各中心强度时间变化及分析

利用NCEP再分析资料,分析了中纬度地区的副热带高空急流各中心200 hPa上的强度的季节、年际和年代际的变化.结果表明,高空急流各中心位置的季节变化形态不一致,表征强度的各特征参数的季节特征虽都呈现冬强夏弱的主要特征,各中心的变化特点在于:东亚中心的急流面积和风速都有较大的变化;非洲中心面积变化小,但风速变化较大;而北美中心急流面积变化较大,风速变化较小.也有各自不同的变化形态和季节转换特征,四季的各急流中心的变化均不一致.急流各不同中心的各季节的强度特征参数发生年际和年代际变化的时期虽不尽相同,但大致都存在6~8 a的振荡周期.     

冬季北太平洋风暴轴和北大西洋风暴轴的协同变化及其与同期海气系统的空间耦合关系

基于1960~2014年NCEP/NCAR（美国环境预报中心和国家大气研究中心）的逐日再分析资料以及NCPC（美国气候预报中心）的海温资料和大气环流及海洋指数,通过风暴轴指数、经验证交分解（EOF）等方法,研究了冬季北半球北太平洋风暴轴（PST）和北大西洋风暴轴（AST）之间不同时间尺度下的协同变化特征,并利用回归和相关分析对风暴轴的年际和年代际协同变化特征与同期海气系统的空间耦合关系进行了探讨。主要结论概括如下:（1）从所定义的冬季北半球两大洋风暴轴的纬度、经度和强度指数来看:三个指数均存在明显的年际变化和年代际变化,其中年际分量的方差贡献远大于年代际分量;对于单个风暴轴来讲,无论是滤波方差场原始序列还是其年际分量和年代际分量序列,每个风暴轴各自的纬度指数和经度指数均呈显著正相关,表明每个风暴轴各自的南北位移和东西位移具有很好的协同性;虽然从原始序列来看,两个风暴轴之间各指数之间的相关关系均并不显著,但是对于年际分量序列和年代际分量序列,两个风暴轴之间均具有显著的协同性变化,其中,在年际尺度上,两者仅强度变化之间具有显著的正相关,而在年代际尺度上,AST的经度（纬度）变化与PST的强度（纬度及强度）变化均具有显著的负相关。（2）EOF结果表明,两个风暴轴之间协同变化的空间结构在年际尺度上反映的主要是强度的变化,第一模态为两者强度在其气候平均位置附近同时减弱（增强）并伴随AST整体和PST东部均略有北抬（南压）,第二模态为两者强度在其气候平均位置附近同时减弱（增强）并仅伴随AST整体略有南压（北抬）;而在年代际尺度上,第一模态为AST整体偏北（南）中东部偏强（弱）与PST整体偏南（北）中东部偏弱（强）的反位相协同变化;第二模态为两个风暴轴的强度在其气候平均位置附近同时增强（减弱）的一致性协同变化。（3）进一步分析表明,两个风暴轴之间以不同模态协同变化时,与同期海温、遥相关型及环流异常等海气系统之间均呈现出很好的空间耦合关系,但具有不同的特点。     

100hPa高压环流和东风气流的季节、年际和年代际变化

利用NCEP／NCAR再分析资料，分析了中低纬地区100hPa高压环流和东风气流的季节、年际和年代际变化，并与南亚高压的相应变化进行对比分析。结果表明，100hPa高压环流中心有明显的季节分布特征，其中心经度的主频区与100hPa南亚高压中心经度的主频区位置较为一致。南亚高压和东风气流的部分特征参数有明显的年际和年代际变化。南亚高压参数有明显的10年和大于20年的振荡周期。东风气流的面积有2～5年的振荡周期，其强度则有4年和15年的振荡周期。     

中国华南春季季风及其与大尺度环流特征的关系

定义了中国华南春季季风，并用NCEP／NCAR再分析资料研究了春季风的气候特征以及春季风降水和大尺度环流在年际变化上的关系。结果表明，从降水和大气环流的变化来看，华南春季风在气候上发生于4月和5月；与华南春季风相联系的大气环流特征与夏季风和冬季风所对应的大气环流特征完全不同。华南春季风降水的年际变化主要与太平洋北部的异常环流相关联，而这种异常环流又与亚洲北部的西风急流和极地涡旋有联系；华南春季风降水的年际变化还与太平洋的海表温度异常有关；而亚洲热带大气环流的年际变化与华南春季风降水的变化关系不大。     

华北干旱的多时间尺度组合预测模型

根据华北地区干旱具有显著的年代际和年际变化特性，该文提出了建立多时间尺度预测模型的新构想。利用奇异谱动力学重构的方法将干旱序列的年代际和年际时间尺度变化进行分离，然后分别建立两种时间尺度变化的预测模型，最后将两者进行组合。在建立年际变化预测模型时，使用信噪比的方法将前期大气和海温出现显著异常变化区域的强信号引进到预测模型中。1996~2002年跨季度的预测试验表明，这一建模方案可以较好地反映华北干旱的变化趋势，并具有一定的预测技巧。     

青藏高原纳木错气象要素变化特征

依据中国科学院纳木错综合观测研究站设立的自动气象站和气象塔观测（30°46．44′N，90°59．31′E，4730ma．s．l．）资料，初步分析了2005年7月14日至2006年7月13日一年的气温、气压、相对湿度、降水和风等气象要素的季节和日变化特征。结果表明：纳木错站年平均气温为0℃，最冷月为12月，最热月为7月；全年降水量为281．8mm，多集中在5—10月；年平均相对湿度为52．6％，雨季和干季分明，全年夜雨率为78．6％；年平均气压值为571、2hPa，9月最大，1月最小；年平均风速为4m·S^-1，1月风速最大为6．1m·S^-1，上午风弱、午后风强；全年大风日数为53天，1月大风日数占全年的36％；全年盛行风处在东南至西风（135°--270°）之间，夏季有明显的湖陆风。     

沿120°E中纬度对流层—平流层下部气候变化及与臭氧变化的联系

利用1958~1995年海拉尔、沈阳、南京三地区地面至30 hPa标准层月平均气温资料,研究了近40年沿120°E、30°~50°N区域气候变率随高度、纬度和季节的分布特征,前、后两个20年气候变率的变动及其与亚欧不同地区臭氧变化的联系。结果指出:近20年来,该区域对流层中下部变暖速率随纬度显著增大,尤其在冬季;200 hPa以上变冷速率亦随高度及纬度显著增大,尤其在冬、春季。而前、后两个20年,高、低层气候变化趋势截然相反,这是一种年代际尺度气候变化。三地区各季节平流层下部变冷率（对流层中下部变暖率）随纬度增高而加大与邻近同纬带地区臭氧减少率随纬度增高而加大的现象基本对应,表明平流层下部因臭氧减少引起的辐射加热减少,可能是支配我国东部平流层下部变冷率（对流层中下部变暖率）随纬度增高而显著加大的一个重要因子。