基于CALIPSO卫星资料的京津冀地区MODIS卷云云顶高度订正

卷云在大气辐射中扮演着重要角色,对天气系统和气候变化产生重要影响。相比传统地基观测手段,卫星遥感更容易探测到高层卷云的信息,本文利用CALIOP主动遥感仪器可获取较为准确的薄卷云特性的特点,针对MODIS被动遥感探测器反演的薄卷云云顶高度的偏差开展订正研究。研究选取2013～2017年京津冀地区MODIS云产品,结合CALIPSO卫星的卷云云顶高度数据,基于交叉验证的方法得到线性拟合方案,对MODIS卷云云顶高度进行订正。订正后的MODIS与CALIPSO卷云云顶高度差值的分布区间由?3～2 km变为?2.0～2.5 km,峰值由?0.8 km左右变为0.2 km左右。订正效果随云顶高度和云光学厚度的不同有所变化,其中较低层卷云和光学薄卷云的订正效果更明显。     

基于CloudSat/CALIPSO联合探测的南京地区卷云物理特性分析

卷云的物理特性对研究卷云的辐射强迫具有重要意义。利用星载雷达(CPR,Cloud Profile Radar/CALIOP,Cloud-Aerosol Lidar with Orthogonal Polarization)联合探测反演数据产品,对南京地区的2007年1月—2010年12月4 a的卷云物理特性进行了统计分析。研究结果表明:(1)4 a的卷云出现概率均是春季和夏季大于秋季和冬季;(2)全年的平均云底、云顶高度相当,整体相差较小,分布较为稳定,云底、云顶高度年平均值在2009年均出现最大值,分别为10.065 km,11.685 km;(3)冰水含量(IWC)的范围基本集中在0.000 0~0.050 0 g/m~3,粒子有效半径(ER)的范围基本集中在30～40μm之间;IWC和ER的年平均值在2009年均出现最小值,分别为0.045 8 g/m~3,45.893μm。南京地区卷云的物理结构特征可为气候模式或辐射传输模式中典型高云参数的输入和使用提供参考。     

卷云卫星探测新发现

<正>NCAR科学家Steve Massie利用迄今分辨率最高的卫星云资料,即NASA卫星搭载HIRDLS(HIghResolution Dynamics Limb Sounder)与CALIPSO(Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder SatelliteObservations)观测数据,推算出2006年9月至2007年8月之间卷云的逐月分布,分析了卷云在垂直与水平方向的变化,发现卷云的水平尺度在12月至次年1月最大,夏季最小。他们的片状卷云(laminar cirrus)季节图是迄今为止最为完整的同类卷云图。     

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。      

青藏高原夏季卷云分布特征及生成机制研究

卷云在地球能量平衡和大气水循环中扮演着重要的角色。本文使用“云卫星”(CLOUDSAT)联合“云-气溶胶激光雷达与红外探路者卫星”(CALIPSO)数据分析了2007-2010年青藏高原区域夏季6-8月的卷云分布特性和生成机制。结果表明,研究期间高层卷云发生数远远高于低层卷云发生数,高层卷云主要分布在高原南部地区,而低层卷云除了高原西部,在高原的边缘均有较大的发生频率。重力波耗损量和低层卷云发生数成正相关,重力波耗损量越大,导致卷云发生数越多,这是因为高原地区卷云的形成与重力波导致的温度扰动密切相关。深对流活动主要分布在青藏高原东南部,当向外长波辐射(OLR)低于140 W·m^-2,即深对流活动最强时,高层卷云日发生数呈现爆发性增长,远高于高原北部和西部地区。青藏高原南部边缘除了受深对流的影响,水汽含量和垂直向上风速也与卷云发生密切相关,呈现从南到北逐渐减少的趋势,这与高原地形的抬升强迫有直接关系。     

CALIOP对一次秸秆焚烧后气溶胶光学特性的探测分析

采用星载激光雷达(Cloud - Aerosol LIdar with Orthogonal Polarization,CALIOP)资料研究了2008年6月2日华东秸秆焚烧排放气溶胶的光学特性,并与2006～2008年统计结果进行了对比.结果表明:1)CALIOP能够有效探测到气溶胶层,探测结果符合生物质燃烧气溶胶的...     

基于CERES资料的东亚地区单层卷云物理特性时空分布特征

利用2003-2016年的CERES SSF（Clouds and the Earth"s Radiant Energy System Single Scanner Foorprint） 数据，对东亚不同区域的单层卷云物理特性进行研究。结果表明：（1）单层卷云量在东亚地区为25％-46％，低值区分布在青藏高原和云贵高原；单层卷云云厚多为1.2-2.4 km，除南部地区外，东亚其他区域的单层卷云在冬季较厚。（2）东亚地区单层卷云冰粒子等效半径范围集中在22-32 μm，东部海域年平均值在14年中均为最大。冰水柱含量范围集中在12-30 g/m2，西部地区为主要高值区，14年的年平均值均大于24 g/m2。（3）单层卷云光学厚度的高值区（1.7-2.1）分布在青藏高原及其附近，低值多出现在西太平洋上空。东亚五个子区域的云光学厚度均在春季较大。     

基于卫星资料的青藏高原卷云特性研究北大核心CSCD

青藏高原(下称高原)地区是中国气候的敏感区,为准确认识其上空的卷云特征,利用MODIS的M YD06二级云产品数据,对高原地区卷云的概率分布、云顶高度、粒子有效半径以及光学厚度进行了统计分析。结果表明:(1)卷云在3月和4月出现概率最高,10 12月出现概率最低。在全年中,卷云概率分布为双峰型,1 4月为一个高峰期,7 8月为另一个高峰期;两个低值期出现在5 6月和912月。(2)6月和10月卷云云顶高度的概率分布会产生显著的变化。卷云云顶高度平均最大值出现在7 8月,最小值出现在1 2月。(3)卷云的粒子有效半径主要分布在5~40μm之间,15~25μm间概率最大。卷云粒子尺度平均最大值出现在8 9月,最小值出现在12月至次年2月。(4)卷云的光学厚度主要分布在0~40之间,0~10间概率最大。卷云光学厚度最大值出现在8 9月,最小值出现在12月至次年2月。     

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。     

基于卫星资料的青藏高原卷云特性研究

青藏高原(下称高原)地区是中国气候的敏感区,为准确认识其上空的卷云特征,利用MODIS的M YD06二级云产品数据,对高原地区卷云的概率分布、云顶高度、粒子有效半径以及光学厚度进行了统计分析。结果表明:(1)卷云在3月和4月出现概率最高,10 12月出现概率最低。在全年中,卷云概率分布为双峰型,1 4月为一个高峰期,7 8月为另一个高峰期;两个低值期出现在5 6月和912月。(2)6月和10月卷云云顶高度的概率分布会产生显著的变化。卷云云顶高度平均最大值出现在7 8月,最小值出现在1 2月。(3)卷云的粒子有效半径主要分布在5~40μm之间,15~25μm间概率最大。卷云粒子尺度平均最大值出现在8 9月,最小值出现在12月至次年2月。(4)卷云的光学厚度主要分布在0~40之间,0~10间概率最大。卷云光学厚度最大值出现在8 9月,最小值出现在12月至次年2月。     

利用CloudSat/CALIPSO卫星资料分析北半球污染排放区云型频率分布特征北大核心

本文利用A-Train卫星队列中的Cloudsat卫星所提供的二级云分类产品资料(结合了CALIPSO卫星气溶胶激光雷达)2B-CLDCLASS-LIDAR,选取2007年3月至2017年2月的样本数据进行统计分析,研究北半球主要的气溶胶排放源区(中国东部,美国东部和欧洲西部)不同云型出现频率的分布特征。结果表明,在以单层云出现的8种云类中卷云,层积云和积云的发生频率总和高达50%~70%,其次为高层云、高积云和雨层云,而深对流云和层云这两种云仅占10%以下。各类云的发生频率的空间分布可看出卷云和层积云的发生频率可高达90%以上,高层云的发生频率在70%~80%左右,高积云和积云的发生频率则接近70%以上,深对流云和层云的发生频率则在20%以下。其中,卷云、深对流云和积云主要出现在低纬度的海洋上;高层云和高积云主要出现在中低纬工业发达的陆地上;层积云、层云和雨层云主要出现在中高纬地区,其中层积云和层云出现在海洋上居多,雨层云出现频次的海陆差别不大。不同云型在不同的季节出现频次差异明显,在夏季出现较多的云型以卷云、深对流云,积云和层云为主;在冬季则是高层云、层积云和雨层云这样稳定型的云型占据主导,同时还发现卷云和层积云发生频率的月变化相反,而高层云和雨层云发生频率的月变化相似。     

Optical properties of cirrus transition zones over China detected by CALIOP

A transition zone near cirrus lateral boundaries can be detected by CALIOP (cloud–aerosol lidar with orthogonal polarization). In the present study, for such transition zones over China, a number of optical properties, such as the backscatter coefficient and depolarization ratio, showed transitional characteristics between cirrus and clear sky. The stepped horizontal profile showed sharp changes in particle number and morphology between cirrus clouds and clear sky. The color ratio, however, was unable to show cirrus transition features because of the low signal-to-noise ratio. Typical ice particles presented a color ratio of 0.55–1.25 and a depolarization ratio of greater than 0.12, which were significantly higher than those of clear sky. Therefore, optical properties in transition took the form of stepwise horizontal profiles. The proportion of typical-featured particles also demonstrated a stepped horizontal profile similar to the optical characteristics, but the relationship between the proportion and the optical characteristics was not uniform in the cirrus clouds, transition zone, and clear sky. Therefore, the optical changes in the transition zone were caused by not only the change in particle concentration, but also the change in the particles themselves. The probability density distribution of the transition-zone widths showed a positive skewness distribution, and transition zones with widths of 3–5 km occurred most frequently. Overall, transition-zone width decreased with increasing temperature and increased with increasing vertical and horizontal wind speeds. This trend demonstrated independence with the direction of the vertical and horizontal winds. These observations implied that the transitional features were caused by material exchange, such as entrainment and turbulent transport, near the cirrus lateral boundaries, and by the phase transformation of particles, such as sublimation.     

用红外和水汽两个通道的卫星测值指定云迹风的高度

提出了一种改进的用红外和水汽两个通道的测值指定云迹风高度的算法。利用红外水汽散点图和云迹风本身自动地将有低云的目标区、有半透明卷云的目标区、有密蔽高云的目标区分开。在有低云的目标区和有密蔽高云的目标区用红外一个通道指定云高。在有半透明卷云的目标区用红外和水汽两个通道指定云高。在用两个通道的测值指定云高时，假定卷云高度以上不存在水汽，以红外和水汽两个通道亮温相同这个方程与两个通道辐射测值线性相关的方程联立解出云的高度     

Sensitivity Study of Anthropogenic Aerosol Indirect Forcing through Cirrus Clouds with CAM5 Using Three Ice Nucleation Parameterizations

Quantifying the radiative forcing due to aerosol–cloud interactions especially through cirrus clouds remains challenging because of our limited understanding of aerosol and cloud processes. In this study, we investigate the anthropogenic aerosol indirect forcing (AIF) through cirrus clouds using the Community Atmosphere Model version 5 (CAM5) with a state-of-the-art treatment of ice nucleation. We adopt a new approach to isolate anthropogenic AIF through cirrus clouds in which ice nucleation parameterization is driven by prescribed pre-industrial (PI) and presentday (PD) aerosols, respectively. Sensitivities of anthropogenic ice AIF (i.e., anthropogenic AIF through cirrus clouds) to different ice nucleation parameterizations, homogeneous freezing occurrence, and uncertainties in the cloud microphysics scheme are investigated. Results of sensitivity experiments show that the change (PD minus PI) in global annual mean longwave cloud forcing (i.e., longwave anthropogenic ice AIF) ranges from 0.14 to 0.35 W m^–2, the change in global annual mean shortwave cloud forcing (i.e., shortwave anthropogenic ice AIF) from–0.47 to–0.20 W m^–2, and the change in net cloud forcing from–0.12 to 0.05 W m^–2. Our results suggest that different ice nucleation parameterizations are an important factor for the large uncertainty of anthropogenic ice AIF. Furthermore, improved understanding of the spatial and temporal occurrence characteristics of homogeneous freezing events and the mean states of cirrus cloud properties are also important for constraining anthropogenic ice AIF.     

卷云对青藏高原的射出长波辐射影响的研究

本文叙述了一种求解卷云射出长波辐射的方法。通过建立卷云示迹模式,用累加法进行分析,并通过分析卷云的一些微物理特征,假设卷云含水量垂直分布模式,由三层近似化筒求得射出长波辐射通量密度。根据模式计算得到:1.与卫星观测青藏高原高云地区对应射出长波辐射通量密度基本一致的结果。2.卷云底高度及卷云厚度与射出长波辐射通量密度相关的一些有意义的结果,并讨论了青藏高原上卷云影响的特殊情况。     

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。