基于MODIS产品的中国陆地冰云季节变化特征

利用2011年11月-2016年10月Terra卫星MODIS（moderate-resolution imaging spectroradiometer）3级大气产品数据（MOD08_M3）对中国陆地区域冰云发生概率、有效粒子半径、光学厚度和冰水路径的水平分布与季节变化进行分析。结果表明:冰云特性的水平分布和季节变化特征与东亚季风和强对流天气的发生存在一定联系。近5年冰云发生概率呈上升趋势,季节性变化规律明显,高值区出现在青藏高原东北部;冰云有效粒子水平分布呈现由西南向东北逐渐增加的趋势,总体季节性变化特点不明显,但在纬度较高地区出现随季节变化特征;冰云光学厚度与冰水路径水平分布和季节变化趋势大致相同,呈东南向西北递减趋势,总体季节性变化明显。     

东亚地区云微物理量分布特征的CloudSat卫星观测研究

本文利用2007~2010年整四年最新可利用的CloudSat卫星资料, 对东亚地区(15°~60°N, 70°~150°E)云的微物理量包括冰/液态水含量、冰/液态水路径、云滴数浓度和有效半径等的分布特征和季节变化进行了分析。本文将整个东亚地区划分为北方、南方、西北、青藏高原地区和东部海域五个子区域进行研究, 结果显示:东亚地区冰水路径值的范围基本在700 g m-2以下, 高值区分布在北纬40度以南区域, 在南方地区夏季的平均值最大, 为394.3 g m-2, 而在西北地区冬季的平均值最小, 为78.5 g m-2;而液态水路径的范围基本在600 g m-2以下, 冬季在东部海域的值最大, 达到300.8 g m-2, 夏季最大值为281.5 g m-2, 分布在南方地区上空。冰水含量的最高值为170 mg m-3, 发生在8 km附近, 南方地区夏季的值达到最大, 青藏高原地区的季节差异最大;而液态水含量在东亚地区的范围小于360 mg m-3, 垂直廓线从10 km向下基本呈现逐渐增大的趋势, 峰值位于1~2 km高度上。冰云云滴数浓度在东亚地区的范围在150 L-1以下, 水云云滴数浓度的值小于80 cm-3, 垂直廓线的峰值均在夏季最大。冰云有效半径在东亚地区的最大值为90 μm, 发生在5 km左右;水云有效半径在东亚地区的值分布在10 km以下, 最大值为10~12 μm, 基本位于1~2 km高度上。从概率分布函数来看, 东亚地区冰/水云云滴数浓度的分布呈现明显的双峰型, 其他量基本为单峰型。本文的结果可以为全球和区域气候模式在东亚地区对以上云微物理量的模拟提供一定的观测参考依据。     

基于CloudSat/CALIPSO卫星的南京地区冰云物理特性分析

该文根据CloudSat卫星搭载的毫米波雷达(CPR)和CALIPSO卫星搭载的激光雷达(CALIOP)联合探测反演2007—2010年南京地区的冰云物理特性,并通过毫米波雷达和激光雷达的对比分析,结果表明:冰云变化趋势随年份先增加后减少,且春夏季发生概率均大于秋冬季;云底高度主要分布在7～8 km之间,云顶高度主要分布在8～12 km之间,云底和云顶高度的最大平均值均出现在2009年,分别为10.07 km、11.69 km,平均值均随年份呈先减后增再减的趋势;冰云冰水含量值主要分布在0～0.005 0 g/m~3内,其值大小与出现的概率呈负相关,平均值随年份呈先增后减再增的趋势;粒子有效半径主要集中在20.0～50.0μm内,均值随年份呈逐渐递减的趋势。     

基于CloudSat资料对中国低纬度陆地区域卷云物理特征的研究

利用2008年9月—2016年8月的CloudSat卫星资料对发生在我国低纬度陆地区域(5°~36.5°N,78°~124°E)的卷云物理特征进行统计分析,并分别讨论东部沿海、中部、西部3个子区域的卷云物理特征的季节变化。结果表明:卷云的整层发生率西部地区整体低于中部与东部沿海地区。3个子区域整层发生率均在夏季最高、冬季最低。卷云的主要发生高度在5.04~18.71 km,垂直分布中卷云发生率的最大值出现在春季中部地区,为15.34%,高度为9.83 km。冰水路径最大值出现在夏季的东部沿海,液水路径最大值在秋季的西部地区。冰水含量、冰粒数浓度、冰粒有效半径的主要分布高度与卷云的发生高度一致,液水含量、液滴数浓度、液滴有效半径的主要分布高度在5.04~9.35 km。3个子区域卷云冰水含量、冰粒数浓度、冰粒有效半径垂直分布中大多集中在中上部;液水含量垂直分布主要集中在分布高度的中下部。四季卷云雷达反射率因子的最大值在-19.89~-16.78 dBZ,分布高度在7.19~10.55 km。     

基于CloudSat卫星资料分析青藏高原东部夏季云的垂直结构

本文利用CloudSat卫星资料,对青藏高原东部2006~2010年6~8月云垂直结构的空间分布进行分析,结果表明:(1)夏季青藏高原东部云发展可达到平流层,且高原东部云在5km以下以水云存在,5~10km以液相和固相共存的混态存在,在垂直高度10km以上以冰云存在。由于CloudSat卫星资料云相的反演问题,可能会造成水云和混态云的发展上限偏低,冰云的发展下限抬升。(2)研究区整层水汽输送和云水平均路径空间分布存在一定的差异性,云水含量纬向分布表现为在26.5°~30.5°N附近存在一个明显的峰值区,经向分布表现为95°E以西云水含量低于以东。(3)研究区以单云层为主,尤其在青藏高原主体。单云层平均云层厚度4182 m,云顶高度、云厚限于水汽的输送,表现为由南向北波动下降。多层云发生频率在27°N以北明显减少,说明强烈的对流运动更容易激发多层云的产生。     

基于卫星资料的中国西部地区云垂直结构分析北大核心CSCD

利用2007年3月2008年2月CloudSat与CALIPSO卫星相结合的云分类产品2B-CLDCLASS-LIDAR数据,分析了中国西部及周边地区云的垂直结构特征。研究结果表明,各地区单层云出现频率均大于多层云,天山山脉、祁连山脉中西段多层云出现频率全年均大于周围地区;所有云的云顶和云底高度在不同高度的出现频率具有明显的区域和季节变化特征,且云顶高度的季节变化较云底高度显著;西北地区各云层高度的季节变化不明显,青藏高原(下称高原)地区各云层高度在冬、夏季反差较大;单层云的平均厚度超过2 km,2层云和3层云的厚度基本在1~2 km;云层间距以2层云最大,且高原地区云层间距季节变化较西北地区明显;高原南坡夏季冰云出现频率较多,其他地区冬、春季冰云出现较多,除高原南坡外,冬季冰云出现频率均在80%以上。     

中国东部夏季深对流云的微物理特征

利用2007年1月—2010年12月的Cloud Sat-CALIPSO卫星资料,对中国东部及其周边海域(20°—35°N,103°—137°E)夏季(7—8月)深对流云的云水路径、云水含量、粒子有效半径以及粒子数浓度等微物理变量进行了统计分析,并研究了上述微物理变量的概率密度分布以及垂直变化。结果表明:中国东部夏季深对流云液态水路径可以达到1 000 g/m~2,海上液态水路径逐渐减小到600 g/m~2左右,在海洋上深对流云的冰水路径约为1 600 g/m~2,而在中国东部冰水路径大约为1 200 g/m~2;夏季深对流云的液态水含量在47—104 mg/cm3范围内分布概率最大,分布高度在5 km左右达到极大值,冰水含量的分布概率单调递减,在7—11 km高度的值大于200 mg/cm~3;液态水粒子的有效半径在8—13μm的分布概率最大,其有效半径随着高度的增大而逐渐增大,冰粒子有效半径在108μm处分布概率达到最大,最大值出现在5.8 km高度处且值为108μm;液态水粒子数浓度在55—65个/cm~3范围内分布概率最大,数浓度极大值出现的高度最大值为4.6 km,冰粒子数浓度小于297个/L,在5 km高度以上随着高度增加而逐渐增大,到12.3 km高度处达到最大。     

基于卫星资料的中国西部地区云垂直结构分析

利用2007年3月2008年2月CloudSat与CALIPSO卫星相结合的云分类产品2B-CLDCLASS-LIDAR数据,分析了中国西部及周边地区云的垂直结构特征。研究结果表明,各地区单层云出现频率均大于多层云,天山山脉、祁连山脉中西段多层云出现频率全年均大于周围地区;所有云的云顶和云底高度在不同高度的出现频率具有明显的区域和季节变化特征,且云顶高度的季节变化较云底高度显著;西北地区各云层高度的季节变化不明显,青藏高原(下称高原)地区各云层高度在冬、夏季反差较大;单层云的平均厚度超过2 km,2层云和3层云的厚度基本在1~2 km;云层间距以2层云最大,且高原地区云层间距季节变化较西北地区明显;高原南坡夏季冰云出现频率较多,其他地区冬、春季冰云出现较多,除高原南坡外,冬季冰云出现频率均在80%以上。     

基于CloudSat资料的中国地区深对流云物理特征研究

利用2007-2010年和2013-2014年Cloud Sat卫星资料,分析了中国11个地理区域的深对流云发生率、冰/液态水路径、冰/液态水含量等分布特征及其季节变化。结果显示,深对流云发生率整体呈现从东南到西北递减的趋势,高值区主要集中在西北地区东南部、西藏东南部、西南地区东部和南部、黄淮西部和南部、江汉、江淮、江南和华南等地,就各个地区不同季节而言,江南地区夏季的值最大,达到10.34%。在垂直高度上,深对流云发生率分布在18 km以下,最大值为11.31%,出现在江南夏季4.08~4.56 km高度上。深对流云中冰水路径最大值出现在华南夏季,液态水路径最大值出现在黄淮秋季,西藏地区的深对流云中冰水路径的比例明显高于液态水路径。冰水含量在垂直高度上存在两个高值区,分别位于6~8 km、14~18 km,最大值发生在江南夏季19.44 km左右高度上,达到1 018.87 mg·m~(-3),季节差异较大的高度位于14~18 km。液态水含量最大值发生在江淮冬季,达到411.50 mg·m~(-3),高度在9.36 km左右,垂直高度上最大值在2~6 km上均有出现。该结果可以更好地揭示深对流云的气候特征,并为人工影响天气以及数值模式中对深对流云物理量的模拟提供一定的参考依据。     

基于DARDAR数据的中国地区不同光学厚度下冰云特性分析

利用CALIPSO和Cloud Sat协同反演产品DARDAR四年数据,分析了中国地区各种光学厚度冰云的发生概率,水平和垂直方向的分布规律,季节变化及微物理特性差异。结果表明:我国冰云特性不仅有明显区域和季节变化特征,还与不同光学厚度所定义的冰云类型有关。中国区域主要发生薄冰云(0.03τ0. 3)和不透明冰云(0. 3τ3)较多,发生率高值区均在青藏高原地区。除不可见冰云(τ0. 03)外,其余类型冰云的主要发生高度会随着光学厚度的增加而降低。不同类型冰云的季节变化并不明显,但是夏季更容易出现有利于光学较厚(τ3)冰云发生的条件。微物理特性方面,冰水含量明显随冰云类型的变化而变化,而冰云有效粒子半径与高度的关系比与光学厚度的关系更为密切。全国冰云特征的平均数值并不能代表区域内的冰云特性,由光学厚度定义的不同种类冰云的具体分析极为重要。     

利用CloudSat卫星资料分析云微物理和光学性质的分布特征

利用2007年1月2010年12月高垂直分辨率CloudSat卫星的2B数据产品,对云微物理特征量(包括云中液态水/冰水含量、液态水/冰水路径、云滴有效半径等)以及云光学参数(云光学厚度等)的全球分布和季节变化进行了统计分析,并研究了云微物理性质对光学性质的影响。结果表明,冰水路径分布在北美南部、南美大陆、非洲大陆、澳大利亚和南亚的陆地上空,以及太平洋、大西洋和印度洋的洋面上空,高值区最大值达600 g·m-2以上;垂直方向上,高值区位于赤道地区8 km附近以及中纬度地区4~8 km高度上。液态水路径在300 g·m-2以上的高值区主要位于太平洋、印度洋和大西洋的中低纬度海域上空,垂直上液态水含量随高度递减。冰云有效半径在高纬度地区近地面层达200μm以上,在赤道附近4~8 km上有1个高值区,南北半球中纬度地区2~4 km上有2个高值区,最大值均达到80μm以上。在1 km以下的边界层水云有效半径值较大,达到12μm以上。总云光学厚度在全球大部分地区40,高值区普遍位于中高纬度的广阔地区和低纬度靠近大陆的洋面上空;垂直方向上,云光学厚度的高值集中在2 km以下的边界层。云光学厚度的分布受云量、云水含量和云滴有效半径的影响,云量大的地区基本为云光学厚度的大值区。     

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。     

Characterization of cloud microphysical properties in different cloud types over East Asia based on CloudSat/CALIPSO satellite products

利用CloudSat/CALIPSO卫星资料,本文揭示了东亚三个代表性区域的云微物理属性,为评估和改进模式云微物理过程提供重要的观测基础.研究的云微物理量包括云水/冰质量,数浓度和有效半径.研究表明:暖云中云水质量和数浓度随高度增加而减小,有效半径处于8-14μm范围.对于冰云,云冰质量和有效半径随高度增加而减小,而数浓度在垂直方向上变化不大.此外,云微物理属性在不同云型之间存在显著差异:积云的云水质量和数浓度最大,而卷云的云水质量和数浓度最小.从三个区域的对比结果来看,相比于华东和西北太平洋地区,青藏高原地区暖云的云水质量和数浓度较小,而冰云的则较大.     

中国地区夏季云粒子尺寸的时空分布特征

利用CloudSat卫星资料,分析了2006～2008年中国地区夏季月平均云粒子有效半径的垂直和区域变化特征。结果显示,水云粒子有效半径在对流层低层达到最大,并随高度增加而减小。30°N纬度带的水云相对以南及以北纬度带的粒子有效半径偏大。6月水云粒子有效半径较大,应与梅雨季节有密切联系。对于中国北部和中部,水云粒子有效半径在西部较东部偏大,而在南部地区,东西部差异不明显。不同纬度带上的冰云粒子有效半径相类似,在冰云下边界最大,随高度增加而减小。水云和冰云的云粒子尺度的年际变化不明显。对上述特征的成因分析表明,高原地形以及东亚夏季风对月平均云粒子有效半径具有明显影响。所揭示的云粒子有效半径特征为天气和气候模式改进、人工影响天气及云—辐射—气候相互作用等研究提供了重要的基础信息。     

青藏高原四季开始日期随海拔高度和纬度变化

利用中国气象局国家气象信息中心提供的青藏高原60个测站1961~2007年逐日气温资料, 分析了青藏高原近47年来四季开始日期随海拔高度和纬度的变化趋势。结果表明, 春季和夏季开始日期是整体提前, 而秋季和冬季开始日期是整体延迟的, 春季和冬季开始日期的变化相对夏季和秋季更为明显;四季开始日期随海拔高度变化分布明显不同, 海拔越高, 春夏季开始日期来临越晚, 秋冬季开始日期来临越早, 海拔越低, 春夏季开始日期来临越早, 秋冬季开始日期来临越晚;海拔越高, 春夏开始日期提前的天数越多, 秋冬开始日期推迟天数越多, 反之低海拔地区相对更小, 由此得知高海拔地区的季节开始日期对当地气温的增温更为敏感;春季开始日期在36°N以南基本随纬度递增而开始日期推后, 36°N以北地区春季相对偏早, 夏季、秋季、冬季开始日期随纬度的变化和春季变化基本相似;四季开始日期来临的早晚受到多种因素包括气温、海拔和纬度共同影响, 季节延迟率也受到气温和海拔的影响, 但是纬度对季节延迟率影响不大;四季开始日期的提前和延迟变化和当地气温的变化几乎一致, 秋冬季节的开始日期对气温变化更为敏感, 高海拔地区的季节开始日期对气温变化更为敏感。      

基于CloudSat/CALIPSO资料的我国北方2个区域云垂直分布差异研究

选用2008年1月—2014年10月的Cloud Sat/CALIPSO卫星资料,对中国北方两个4°×4°区域云垂直结构及其微物理参量进行了对比研究,区域1(114~118°E,37.5~41.5°N)和区域2(110°E~114°E,37.5~41.5°N)纬度相同经度不同。结果表明:1)区域1(E1)和区域2(E2)暖云层、混合云层和冷云层的云出现概率(Cloud Occurrence Probability,COP)差别较大。E1暖云层COP春季最大,E2则在夏、秋季达到较大值;E1混合层COP最大值出现在冬季,E2则出现在春季;2个区域冷云层COP均在春季达到最大。2)2个区域的COP高值区厚度有明显的季节性差异,E1的COP高值主要出现在夏、冬季,E2则主要出现在春、夏季。E1秋、冬季云体雷达回波最大值强于E2,但春、夏季弱于区域1。3)E2在春、秋季的液水含量、冰水含量、云滴有效半径均高于E1。     

SRES A1B情景下中国区域21世纪最高、最低气温及日较差变化的模拟分析

利用区域气候系统模式PRECIS(Providing Regional Climates for Impacts Studies)分析A1B情景下中国区域21世纪3个时段2011~2040年、2041~2070年、2071~2100年最高、最低气温及日较差相对于气候基准时段(1961~1990年)的变化。结果表明:中国区域未来3个时段平均最高、最低气温呈逐渐增大趋势,日较差呈逐渐减小趋势;最高气温增幅分别为1.7、3.2、3.9°C,最低气温增幅分别为1.9、3.6、4.7°C,最低气温增幅与最高气温增幅相比可达1.1倍以上。未来最高、最低气温冬季增幅最大、春季最小,日较差则表现为冬季减小幅度最大、夏季减小不明显。最高、最低气温及日较差变化的空间分布显示,最高气温在东北地区升幅最大,在西北、黄土高原和四川盆地亦有较大幅度的上升,但在青藏高原北部和华南地区升幅较小;最低气温在西北地区升幅最大,在东北和青藏高原北部升幅较大,而四川盆地和华南地区升幅较小;日较差在中国北方地区普遍减小,在青藏高原北部减小最为明显,但在四川盆地与云贵高原东部地区日较差则呈增大趋势。     

西北地区夏季降水与大气水汽含量状况区域性特征

运用NCEP/NCAR 1958～1997年格距为2.5°×2.5°的多个气象要素资料和1960～2000年西北地区95个测站的夏季降水资料,对西北地区夏季水汽含量特征及其水汽状况特征进行了分析.分析研究结果表明:(1)夏季西北地区西部整层大气水汽含量分布与降水的分布特征基本相似,而对于西北地区中东部,二者分布特征略有不同,无论干、湿年西北中东部大气水汽含量均存在相对高值区,表明西北地区整层大气水汽含量具有区域性可开发潜力.(2)西北全区夏季在20世纪60年代中期以前和80年代中期以后,大气中水汽含量较多,70年代前后较少.对于西北各个分区而言,北疆区夏季空中水汽含量最大,高原东北区最少.(3)西北地区夏季降水和西北地区西部哈萨克斯坦地区以及赤道东印度洋和赤道西太平洋交汇处的大气水汽含量相关最为显著.     

青藏高原与中国西北干旱区地面感热季节增强时间的差异及相互关系

利用1982-2015年中国西北干旱区88个、青藏高原中东部70个常规气象站逐日地表感热通量计算资料,分析了青藏高原和中国西北干旱区地表感热的气候差异特征及其相互关系。结果表明：（1）青藏高原在春季感热增强的时间普遍早于中国西北干旱区,干旱区春季感热异常增强时间偏早（晚）的地方,在秋季感热异常减弱的时间也更偏早（晚）。（2）青藏高原感热全年表现为正值,春季感热最强,夏季次之;西北干旱区感热冬季表现为弱的负值,夏季感热最强。春季青藏高原感热呈东部偏弱（强）、西部偏强（弱）的分布时,夏季塔里木盆地及其东北部、甘肃西南部以及宁夏平原等干旱区感热偏弱（强）。（3）当青藏高原感热增强时间呈西北部偏早（晚）、东南部偏晚（早）分布时,中国西北干旱区的塔里木盆地南部以及甘肃北部感热增强时间偏早（晚）,准噶尔盆地感热增强时间偏晚（早）。这一研究结果对进一步认识青藏高原和中国西北干旱区下垫面感热通量及陆气相互作用的时空变化特征,为青藏高原草地生态系统的保护及东亚气候的预测提供理论依据。     

基于CloudSat卫星资料分析东太平洋台风的云、降水和热力结构特征

利用2006～2010年的CloudSat热带气旋过境数据集资料,依据风速大小划分为不同演变阶段,对各阶段内东太平洋台风的云、降水和热力结构进行综合分析。结果表明:雷达反射率在5 km高度上下的分布截然相反,沿径向回波强度和顶高不断减小。各类云沿径向和垂直方向的分布差异较大,而深对流云的垂直尺度和发生概率始终较大。有效粒子半径、分布宽度参数和冰水含量随高度减小而粒子数浓度却增大,沿径向各冰云参数以及降雨率都不断减小。各阶段降雨率总体上夏季大于秋季,沿纬向各季节在不同阶段的分布各异。内核区降雨率近似服从指数分布且对暖的海面温度SST较为敏感,其与雷达反射率的散点分布集中在三个区域内。内核区5～10 km高度存在暖核结构,其下方恰好对应湿心区,而10 km以上相对湿度距平较大值区对应台风顶部的卷云罩。各阶段4.5 km以上为对流性稳定层结而该高度以下的层结特性各异,此外假相当位温沿径向不断减小。