热带地区云量日变化的气候特征

利用国际卫星云气候计划（ISCCP）1984—2003年共20年云量资料,统计分析了热带地区的云量日变化特征,研究结果表明,云量峰值时间和变化幅度在全球的分布都较为均匀,而海陆差异明显。高云和低云在变化机制上相对独立,其云量日变化并非同步。全球云量日变化由4类基本形式组成,分别为洋面高云型、陆面高云型、洋面低云型和陆面低云型。高云日变化与地表辐射加热状况密切相关,其形式在洋面和陆面类似,均为早晨出现云量最小值而午后到达云量峰值。相比于洋面,陆面高云的峰值在夜间持续时间较长,可发展至更为稳定深厚的云系。低云多在局地5时附近出现云量峰值,18时左右达到云量极小值,其中陆面低云在12时出现第二峰值。     

浙江一次江淮气旋后部强对流暴雨过程诊断研究

利用地面降水观测、NCEP/NCAR FNL再分析、ECMWF模式预报场和FY-2H静止卫星TBB资料, 对2020年6月30日浙江省一次暴雨过程进行了综合分析。结果表明: (1) 200 hPa南亚高压强高空辐散、中纬度低槽东移、副热带高压带状稳定的阻塞形势、江淮气旋后部下摆冷空气与暖湿气流交汇形成的冷式切变等共同提供了有利的环境条件; (2)对流层中低层水汽通量向高空伸展、700 hPa正的垂直螺旋度中心都对暴雨落区有示踪作用, 高层正水汽通量散度强于低层负水汽通量散度, 垂直螺旋度和垂直速度中心几乎重合, 先低层强辐合后强垂直上升运动均为本次暴雨的发生提供了重要的水汽和动力条件; (3)暴雨发生在MPV、MPV1和MPV2为正负过渡的零值区, 为对流不稳定和斜压不稳定相结合区域, θ_se线密集区与地面近乎垂直, 湿位涡的高值中心位于θ_se梯度最大处, 高空湿位涡下传触发了位势不稳定能量的释放, 引起大范围的强对流暴雨; (4) 850 hPa冷切变线附近的降水云团, 是由多个块状对流云团合并加强形成完整的带状积雨云团, 而上游不断有新生对流云团生成东移补充消散的老单体, 触发阶段对流云后向传播, 扰动发展阶段对流云团合并过程, 形成对流云串的“列车效应”。      

四川盆地低空飞行的气象条件分析

根据2011～2018年四川省152个站点逐日08、14、20时的常规地面观测资料、逐小时加密自动站资料，以及3个探空站08时探空资料，详细分析了四川盆地低空(3000m以下)飞行的气象条件，包括不同高度层风场、温度、低云等气象要素的时空分布特征，以及对通用航空飞行器的影响。结果表明:四川盆地一年之中春季以及一日之中下午地面风对通航飞行的影响最大，秋季最小；盆地西北地区850hPa以下存在逆温层以及风向的切变，因此容易产生飞机颠簸，700hPa高度层因风向均匀而受到切变的影响最小；冬季盆地西北地区最易产生飞机积冰，且850hPa高度最容易发生中度积冰；盆地中部低云对飞行的影响最小。      

CPR雷达探测北半球夏季多层云系结构统计特征分析

利用2007~2010年北半球夏季（6~8月）CloudSat卫星搭载的云廓线雷达（Cloud Profile Radar,CPR）探测结果对0°~60°N区域单层、双层和三层云系的水平分布、垂直结构特征及各云层云类组成、云水路径等物理量分布进行分析。云量的统计结果表明CPR探测的单层、双层和三层云系的云量分别为36.63%、8.26%和1.40%,云量的水平分布表明其高值区主要位于对流旺盛区域,且高值区的云层云顶高、厚度大,而低值区则多位于副热带高压区域。对不同云类的出现频率统计分析结果表明,单层云系中各云类的出现频率相近;多层云系的上层以卷云为主,下层以层积云为主。对比海陆差异发现洋面卷云和层积云的出现频率显著高于陆面,但高层云和高积云的出现频率低于陆面。云水路径分析表明,单层云系的冰水路径和液水路径均最大,而在多层云系中云层越高、厚度越大、冰水路径越大,液水路径则随着云层的降低增大。     

内蒙古地区云量时空分布及变化趋势分析

利用1983年7月至2001年9月ISCCP云气候资料集D2资料集内蒙古区域云资料和内蒙古地区117个地面观测站的多年月平均气温、降水资料,采用趋势分析方法分析了内蒙古地区总云量和高、中、低云量的时空分布和多年变化趋势,以及温度和降水的多年变化趋势。结果表明：内蒙古地区总云量、低云量、中云量呈白西向东逐渐增多,高云量自西南向东北逐渐减少的空间分布特征;19年来东部地区总云量呈增加趋势,中、西部地区总云量呈减少趋势,温度的升高可能是云量变化的原因之一,内蒙古东北部云量和降水量变化趋势一致。     

Simulations of 20th and 21st century Arctic cloud amount in the global climate models assessed in the IPCC AR4

Simulations of late 20th and 21st century Arctic cloud amount from 20 global climate models (GCMs) in the Coupled Model Intercomparison Project phase 3 (CMIP3) dataset are synthesized and assessed. Under recent climatic conditions, GCMs realistically simulate the spatial distribution of Arctic clouds, the magnitude of cloudiness during the warmest seasons (summer–autumn), and the prevalence of low clouds as the predominant type. The greatest intermodel spread and most pronounced model error of excessive cloudiness coincides with the coldest seasons (winter–spring) and locations (perennial ice pack, Greenland, and the Canadian Archipelago). Under greenhouse forcing (SRES A1B emissions scenario) the Arctic is expected to become cloudier, especially during autumn and over sea ice, in tandem with cloud decreases in middle latitudes. Projected cloud changes for the late 21st century depend strongly on the simulated modern (late 20th century) annual cycle of Arctic cloud amount: GCMs that correctly simulate more clouds during summer than winter at present also tend to simulate more clouds in the future. The simulated Arctic cloud changes display a tripole structure aloft, with largest increases concentrated at low levels (below 700 hPa) and high levels (above 400 hPa) but little change in the middle troposphere. The changes in cloud radiative forcing suggest that the cloud changes are a positive feedback annually but negative during summer. Of potential explanations for the simulated Arctic cloud response, local evaporation is the leading candidate based on its high correlation with the cloud changes. The polar cloud changes are also significantly correlated with model resolution: GCMs with higher spatial resolution tend to produce larger future cloud increases.     

华东地区夏季云微物理结构的飞机观测分析

利用飞机搭载云粒子探头对2014年8月12-28日华东地区云的空间分布特征进行了探测,分析了云的垂直结构和水平分布特征,结合同时探测的气溶胶数据,探讨了云与气溶胶的相互作用关系。探测结果表明,安徽地区层状云云滴平均数浓度在24~297 cm^-3,液态含水量在0.04~0.13 g·m^-3,云滴数浓度随云底高度升高而减小,云滴粒径则随云底升高而增大。层积云(Sc)和雨层云(Ns)的云滴数浓度在云底最高,随高度上升浓度下降,液态含水量在云中部最高,云顶和云底处较低,高层云(As)云滴数浓度和液态含水量峰值均出现在云中上部。云的水平分布不均匀,云粒子双峰分布区域对应液态含水量高值区。Ns对气溶胶清除作用明显,清除方式以活化清除为主、碰并清除为辅。     

长波辐射对大气变化的敏感性和在WRF模式中的应用检验

用RRTM长波辐射 (LWR)参数化方案测试了LWR对大气变化的敏感性。结果表明 :高云对向外长波辐射(OLR)、30 0和 5 0 0hPa净LWR通量的减弱作用较中、低云大 ;低云对 85 0hPa和地表净LWR通量的减弱作用较中、高云大。在云层中 ,LWR冷却率受云影响最大 ;在云层下方 ,云对LWR的影响迅速减小 ;而在云层上方 ,冷却率几乎不受云的影响。当水汽含量减少或增加时 ,地表向下LWR受到相应减弱或增强 ,而净LWR则在一定程度上受到相应增强或减弱 ,并且越接近地面 ,受到水汽变化的影响就越大。O3 对LWR的影响相对云和水汽来说是比较小的。文中介绍了在WRF模式中应用RRTM方案预报LWR不同季节的 2个个例 ,给出了应用NCEP/AVN分析资料预报和验证中国范围 2d之内LWR通量的模拟结果。试验表明 ,OLR和 5 0 0hPa净LWR通量与高度形势场有较好的对应关系 ,而地表净LWR很大程度上还受到地形的影响。     

华北两次副高边缘暴雨过程卫星云图释用

利用实况探空资料与FY 2C、2E卫星探测资料,对2005年8月16日、2010年8月20—21日两次西太副高与西风槽共同作用下出现的华北暴雨过程进行分析,将两次过程卫星云图与各种物理要素场的配置进行对比,得到以下结果。两次过程云系均表现为典型的锋面云系特征,靠近冷空气一侧云带边界光滑整齐。从结构上看,锋面云带主要由多层云系组成。整个云系位于高空槽前580 dagpm线与副高外围588 dagpm线之间;降水云带由对流云团、稳定性降水云带及混合性降水云带3部分组成,对流云团集中发展在云带靠近副高边缘晴空区一侧,通常位于在584 dagpm线与588 dagpm线之间靠近副高一侧;稳定性降水集中高空槽前,即云带后部,580 dagpm线与584 dagpm线之间;混合性降水位于两个云系之间,多产生于584 dagpm线附近。云系的分布与各层的垂直速度场、涡度场、散度场,以及中高层的涡度平流场有很好的对应关系。比湿通量、比湿通量散度与假相当位温等温湿参量的分布特征,清楚的解释了锋面云带的移动、发展和分布特征。     

南半球中高纬度区域不同类型云的辐射特性

利用CloudSat的2B-CLDCLASS-LIDAR云分类产品和2B-FLXHR-LIDAR辐射产品4 a（2007-2010年）的数据,定量分析了单层云（高云、中云、低云）和3种双层云（如:高云与中云共存、高云与低云共存以及中云与低云共存）在南半球中高纬度（40°-65°S）的云量、云辐射强迫和云辐射加热率。其中云辐射加热率定义为有云时的大气加热率廓线与晴空大气加热率廓线的差值。结果表明:研究区域盛行单层低云和单层中云,其云量分别为44.1%和10.3%。并且,中云重叠低云在双层云中云量也是最大（8.7%）。不同类型云的云量也显著影响着其云辐射强迫。单层低云在大气层顶、地表以及大气中的净云辐射强迫分别是-64.8、-56.5和-8.4 W/m2,其绝对值大于其他类型云。虽然单层的中云在大气层顶和地表的净辐射强迫也为负值,但其在大气中的净云辐射强迫为正值（2.3 W/m2）。最后,讨论了不同类型云对大气中辐射能量垂直分布的影响。所有类型云的短波（或长波）云辐射加热率都随高度升高表现为由负值转为正值（或由正值转为负值）。对于大部分云,其净云辐射加热率主要由长波云辐射加热率决定。这些研究结果旨在为模式中云重叠参数化方案在区域的适用性评估及改进提供观测依据。      

基于美国AMF寿县观测的云特性研究

美国能源部大气辐射观测计划移动观测ARMAMF（atmospheric radiation measurement mobile facility）2008年首次在我国寿县开展综合观测,为研究云特性提供了很好的资料平台。本文在此次云雷达等观测资料基础上,研究了寿县秋末冬初云高、云厚、云量及其辐射特性,结果发现,寿县有76．3％的观测日有云出现,54．0％的观测时间有云覆盖,中云（以下简称M云）和高云（以下简称H云）出现频率占全部云系的76．7％,天气系统对寿县云系形成有较大影响;云底高度大于3km的降水性云（以下简称P云）出现频率占全部P云的67．7％,是云底高度小于3kmP云的5．3倍,发生在下午的降水占全部P云的47．8％,气溶胶可能对P云的这种分布有较大影响;云和气溶胶减少地面短波辐射的日均值达一99．1W／m。,其中气溶胶减少约占25．1％。不同高度和厚度云对地面辐射通量的影响有较大差异,P云产生最大的冷却效应（一201．9W／m。）,厚度小于2km的H云对地面辐射通量的减少量最少（一32．9w／m。）。另外,用地面单点云辐射观测与中分辨率成像光谱仪MODIS（moderate resolution imaging spectroradiometer）资料估计结果对比发现,两种资料有较大差异,差异可达-1．9～-36．9W／m。     

一次典型降水层状云的结构特征和增雨潜势分析

利用FY-2C卫星资料、雷达资料和逐时降水资料及NCAR/NCEP(1°×1°)再分析资料,对2005年9月24-25日河南省出现的层状云降水过程进行了分析。结果表明:影响降水过程的是低槽—切变云系,切变线云系为暖云云系,结构较均匀,低槽云系主体为冷云,云顶亮温不均匀,有低亮温带结构,当东移的低槽云系与北抬的切变线云系叠加后,叠加区上有中小尺度云团活动,促使降水加强。强降水出现在700 hPa、850 hPa切变线之间及500 hPa低槽前部,并与云顶亮温的发展变化趋势表现出相似性;500 hPa槽前、700 hPa切变线北侧的降水,雨强与亮温值的对应关系不确定。这主要是由于低槽云系和切变线云系的叠加部位不仅具有深厚的湿层,而且具有较强的动力抬升和水汽辐合条件;切变线北侧处于低空辐散区且水汽条件较差,自然降水产生的条件不是很好。最后借助于FY-2C卫星资料反演的云物理参数,对低槽—切变云系的增雨潜势进行了简要分析,认为低槽—切变云系上云顶温度较高的部位符合“播云窗”概念,具有很好的增雨潜势,切变线北侧的低槽云系由于云顶温度低、低空水汽不充分,“播撒—供应”机制不能很好地建立,其增雨潜势条件也弱。     

基于两次副高边缘川西暴雨的预报思考

对于发生在副高边缘的川西暴雨,由于开始期影响系统不明显,暴雨云团完全由盆地内部自身生成并发展,预报难度较大。利用过程开始前能够获得的常规观测资料和数值预报资料对发生在副高边缘的两次对流性川西暴雨个例进行对比分析。分析指出:这类暴雨一般发生在中高纬度盛行纬向环流,巴湖-贝湖为宽广槽区,中低纬度维持稳定而强盛的东西向副热带高压环流背景下;高能不稳定及高湿区是这类暴雨易发的温湿能背景条件;当四川盆地以北、以东为高气压区,四川盆地内为低气压区时,有利于此类暴雨的发生。分析又指出:850hPa河套偏东气流的形成与维持以及武都、汉中、安康站和盆地出现3℃左右温差对此类暴雨的发生有提前意义;500hPa北支锋区前沿南压到达青海中部,副高西界东退到盆地西部边缘或北界南落到盆地北部边缘对过程开始具有指示意义。在认识这类暴雨发生背景基础上,合理应用数值预报产品是提高这类暴雨预报准确率的有效途径。      

中国西北地区云时空分布特征的初步分析

利用国际卫星云气候计划（ISCCP）获取的1983年7月－1993年12月的月平均云资料，分析了西北地区云的分布特片和季节变化，发现西北地区的云量与地形有很好的一致性；塔里木盆地是云量最少的地区，而且以云层较薄的积云和高云为主，在天山，昆仑山，祁连山一带，存在着云量的极大值区，其中云层较厚，水汽含量较高的层云，雨层云，深对流云占了很大的比例，值得注意的一点是，云的这种时空分布特征具有明显的地域性和稳定性，有利于开展人工增雨工作。     

基于CloudSat–CALIPSO资料的全球不同类型云的水平和垂直分布特征

基于Cloud Sat-CALIPSO(Cloud Sat–Cloud Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observations)卫星观测资料,分析了全球总云量和8类云的云量、云底高、云顶高、云厚度的水平和垂直分布。分析结果表明,全球平均总云量为66.7%,其中卷云(Ci)和层积云(Sc)云量之和与其他6类云量总和相当,是全球云量最多的两类云。积状云云量呈现从赤道向极地递减的特征,层状云则相反,反映了二者不同的生成环境,同时下垫面地形和天气系统也严重影响云的分布。8类云的高度及厚度特征有显著差异。Ci的云底高度和云顶高度都较高,厚度则较薄;高层云(As)和高积云(Ac)的云底高度和云顶高度都位于大气中层,但As比Ac出现的高度高且厚度大;层云(St)、层积云和积云(Cu)的云底高度和云顶高度都很低,属于薄的低云;雨层云(Ns)和深对流云(DC)云底较低但云顶伸展很高,归属于厚云类。总体而言,海洋上云底高度较陆地低;赤道等大气不稳定地区,云底较高,云厚度较大;高原地区则表现出"高云不高,低云不低,云厚较薄"的特征。     

2012年7月27日陕北佳县特大暴雨天气的成因

利用常规高低空气象观测资料、地面逐小时降水、物理量、NCEP再分析资料和卫星云图,对2012年7月27日发生在陕北佳县的一次特大暴雨天气进行诊断分析,结果表明：暴雨前期副热带高压较强,当西风带的冷空气与副热带高压西北侧的西南暖湿气流交汇时,触发对流产生;低层700 hPa西南气流、850 hPa东南气流为特大暴雨提供了比较充沛的水汽;大气低层存在大量不稳定能量;高空200 hPa陕西北部位于浅槽的前部、急流入口区的右侧,存在正涡度平流,这一区域有强烈的辐散,提供了较强的上升运动,是特大暴雨产生的主要机制;在卫星云图上表现为一个水平尺度为200~400km、云顶亮温最低为-60℃,生命史为14 h的中-α尺度对流云团。     

Observational Diagnosis of Cloud Phase in the Winter Antarctic Atmosphere for Parameterizations in Climate Models

The cloud phase composition of cold clouds in the Antarctic atmosphere is explored using data from the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) and Cloud-Aerosol Lidar with Orthogonal Polarization (CALIOP) instruments for the period 2000--2006. We used the averaged fraction of liquid-phase clouds out of the total cloud amount at the cloud tops since the value is comparable in the two measurements. MODIS data for the winter months (June, July, and August) reveal liquid cloud fraction out of the total cloud amount significantly decreases with decreasing cloud-top temperature below 0oC. In addition, the CALIOP vertical profiles show that below the ice clouds, low-lying liquid clouds are distributed over ～20% of the area. With increasing latitude, the liquid cloud fraction decreases as a function of the local temperature. The MODIS-observed relation between the cloud-top liquid fraction and cloud-top temperature is then applied to evaluate the cloud phase parameterization in climate models, in which condensed cloud water is repartitioned between liquid water and ice on the basis of the grid point temperature. It is found that models assuming overly high cut-offs (》-40oC) for the separation of ice clouds from mixed-phase clouds may significantly underestimate the liquid cloud fraction in the winter Antarctic atmosphere. Correction of the bias in the liquid cloud fraction would serve to reduce the large uncertainty in cloud radiative effects.     

Spatiotemporal Variations of Cloud Amount over the Yangtze River Delta, China

Based on the NOAA's Advanced Very High Resolution Radiometer(AVHRR) Pathfinder Atmospheres Extended(PATMOS-x) monthly mean cloud amount data, variations of annual and seasonal mean cloud amount over the Yangtze River Delta(YRD), China were examined for the period 1982–2006 by using a linear regression analysis. Both total and high-level cloud amounts peak in June and reach minimum in December, mid-level clouds have a peak during winter months and reach a minimum in summer, and lowlevel clouds vary weakly throughout the year with a weak maximum from August to October. For the annual mean cloud amount, a slightly decreasing tendency(–0.6% sky cover per decade) of total cloud amount is observed during the studying period, which is mainly due to the reduction of annual mean high-level cloud amount(–2.2% sky cover per decade). Mid-level clouds occur least(approximately 15% sky cover) and remain invariant, while the low-level cloud amount shows a significant increase during spring(1.5% sky cover per decade) and summer(3.0% sky cover per decade). Further analysis has revealed that the increased low-level clouds during the summer season are mainly impacted by the local environment. For example,compared to the low-level cloud amounts over the adjacent rural areas(e.g., cropland, large water body, and mountain areas covered by forest), those over and around urban agglomerations rise more dramatically.     

一次副高边缘强对流天气的水汽图像特征

利用惺水汽图像、红外云图和常规天气资料,对１９９８年８月１０日凌晨发生在山东半岛东部的副高边缘强对流天气进行了诊断分析。结果表明：高空弱冷空气侵入、副高西北部边缘减弱东移、副高边缘８５０ｈＰａ风的辐合、山东半岛对流不稳定环境的有利于强对流天气发生、发展,强对流天气发生在水汽图像最白亮区域与红外云图对流云团西端的重合区。     

夏季黄河下游地区中尺度对流系统的气候特征分布

利用1996~2008年逐小时卫星资料、NCEP再分析资料及统计方法, 研究了位于黄河下游地区的中尺度对流系统(Mesoscale Convective System, 简称MCS)的气候特征, 其中包括中尺度对流复合体(Mesoscale Convective Complex, 简称MCC)、持续拉长状对流系统(Permanent Elongated Convective System, 简称PECS)、β中尺度对流复合体(Meso-β Scale MCC, 简称MβCCS>)、β中尺度持续拉长状对流系统(Meso-β Scale PECS, 简称MβECS)4类。结果表明:MCC和PECS是黄河下游地区影响夏季降水的主要MCS, 其中7月份MCC最多, 并且MCC的数量明显大于PECS;与发生在美国的MCS比较, 发生在黄河下游地区的MCC和PECS在成熟期的面积和平均偏心率较大、生命史较长, 但MβCCS和MβECS的生命史较短、平均偏心率变化不大;黄河下游地区PECS表现出成熟较快和消亡较慢的特征, 其最低相当[A1] 黑体温度 (BlackBody Temperature, 缩写为TBB) 平均值为-72℃, 比MCC低1℃左右, 生命史比MCC长0.9 h;在MCC的形成、成熟及消亡期, 其日循环特征均表现为明显的双峰特征, 而PECS却呈现出单峰特征;黄河下游地区MCC的发生时间主要集中在2个时段, 一个是在下午形成, 傍晚成熟, 凌晨消亡, 另一个则在后半夜形成, 凌晨成熟, 上午甚至中午才消亡;MCS具有明显的年际变化特点, 在MCS较少的1999年, 500 hPa的副热带高压偏南, 华北地区位势高度较常年明显偏高, 而在MCS较多的2001年, 副高异常偏强, 华北地区位势高度较常年明显偏低, 850 hPa上为一低压槽, 黄河下游地区主要受副高边缘的西南气流影响。