中国东部云-降水对应关系的分析与模式评估

为评估和改进模式中不同类型云与降水的对应关系,利用1998—2007年卫星-台站融合降水资料和国际卫星云气候计划的卫星观测云资料,采用诊断方法分析了中国东部季风区冬季层云、夏季对流云、层云与降水的水平分布及季节变化对应关系,并评估了BCC_AGCM模式的T42和T106分辨率版本对云-降水对应关系的模拟能力。观测资料分析结果表明,中国东部冬季云带和雨带都稳定少动,降水主要来自雨层云和高层云,南部沿海层云和层积云也对降水有贡献;夏季,中国东部表现为层积混合云降水特征,对流云带与降水带具有较好的对应关系,并具有一致的移动特征。对流降水主要来自深对流云和卷层云,深对流云云量和降水中心完全吻合,卷层云云带则表现出比深对流云主体和降水带偏北的现象;层云降水主要来自高层云和层积云。模式评估结果表明,中、低分辨率版本的BCC_AGCM模式均模拟出了冬季层云和稳定少动的降水带、夏季深对流云、卷层云和降水带的对应关系及随季风推进的移动特征。与T42模式版本相比,T106模式版本在夏季对流云云量的模拟及其与降水带的对应关系方面有所改善,说明改进的BCC_AGCM积云对流参数化方案与高分辨率模式网格更匹配,但冬季层云云量模拟误差变大,与降水带的对应关系变差,其原因值得进一步分析研究。     

宁夏三类降水云的时空分布及环流特征分析

利用宁夏24个测站1971—2000年常规地面观测中云状、总云量、低云量、天气现象、降水量等资料,对宁夏30年中层状云、对流云及混合云降水的时空变化特征进行了分析。同时,利用NCEP/NCAR(1971—2000年)全球再分析资料,对宁夏三类降水云的环流特征进行了诊断分析。结果表明:30年中层状云降水次数明显多于对流云和混合云降水次数,是宁夏降水的主要类型,而混合云降水是宁夏大雨以上降水的主要类型;宁夏南部地区以层状云降水为主,北部地区对流云和混合云降水次数相对较多;三类降水云的月、年际和年代际变化特征及所对应的环流背景和影响系统具有明显的差异。     

基于ISCCP云资料的中国地区不同类型云的时空分布

利用1994—2009年国际卫星云气候计划ISCCP中D2卫星观测月平均云数据集,从不同区域、不同云类角度出发,详细分析中国地区云量、云水路径、云光学厚度的时空分布特征。结果表明:(1)中国地区大部分水云分布在四川盆地至东南沿海一带,而大部分冰云分布在北方和青藏高原地区,其中卷云覆盖最广、云量最大,其次为卷层云、水高层云、水积云,而冰云中低云云量最小。(2)水云中层积云、雨层云和冰云中深对流云总云量、云水路径和云光学厚度均较大,云水含量丰富,对四川盆地至东南沿海一带降水贡献较大。(3)不同云类的总云量季节变化明显,不同区域表现不一,多数水云尤其是雨层云在北方和高原地区夏多冬少,而在西南和东南地区冬多夏少;冰云季节变化的地域性差异较小,多数区域高积云和高层云冬多夏少,卷层云和深对流云夏多冬少,表明冬季对流减弱使得冰云集聚且向中低层发展,而夏季温度升高、对流增强使得水云集聚并向高层发展。(4)水云中层云和雨层云的云水路径有明显的季节变化,且地域性特征明显,尤其是东南地区,表现为双峰型分布,峰值分别在2月和11月;冰云的云水路径在北方地区夏季达到峰值,而在南方地区冬季达到峰值。     

四川地区云和空中水资源分布与演变

利用1971～2000年台站云降水资料和NCEP再分析资料,分析了四川地区云和空中水资源的分布与演变。研究发现:四川地区平均总云量为7.2成,低云量4.7成,全年阴天日数193.5天,降水日数154.0天,小到中雨日147.1天;全年大气可降水量为181.7kg.m-2。云有明显的季节变化特征,总云量夏季最高,春季次之,冬季最低,低云量夏季最高,秋季次之,冬季最低。大气可降水量夏季最大,秋季次之,冬季最少。云和小到中雨日的空间分布具有明显的地域性,且夏季分布与全年分布显著不同。在高原上,总云和低云、降水日、小到中雨日呈相反的变化趋势,总云在平均状态附近波动略有减少,而低云、降水日、小到中雨日在平均状态附近波动略有增加;在盆地内,云和降水日的演变趋势相同,总云量、低云量、降水日、小到中雨日都在线性减少。30年来四川地区大气可降水量线性变化则略有增多。     

宁夏适宜人工增雨作业天气条件分析

利用宁夏24个测站1971～2000年常规地面观测中总云量、低云量、云状、降水量等资料，结合NCEP／NCAR（1971～2000年）逐日全球再分析资料，对宁夏30年层状云、对流云及混合云降水的时空分布及环流特征进行综合分析。结果表明：30年中，宁夏层状云降水次数明显多于对流云和混合云降水次数，是宁夏降水的主要类型；而大雨以上降水主要为混合云降水；宁夏南部地区以层状云降水为主，北部地区对流云和混合云降水次数相对较多。     

台湾岛云量,降水量的EOF分析及其与EL Nino关系的研究

本文根据最新整理的台湾岛地面气象要素观测资料,利用ＥＯＦ方法分析了台湾总云量、低云量和降水量的年变化和年际变化特征,结果表明：季节变化中,总云量、低云量和降水量的ＥＯＦ模态一各自反映了它们的基本气候特征,即台湾岛的东北（包括台北）及东部地区全年总云量、低云量较多,除花莲以外,云量以低云为主,１２月￣５月较多,６月￣１１月较少;台湾岛的西南地区虽然全年总云量、低云量较少,但夏季云量明显增多,台湾岛的     

黄河上游玛曲地区近40a云量的变化特征

利用玛曲国家基本气象观测站1971—2010年的总云量、低云量等观测数据,用线性趋势分析、小波分析等方法对玛曲地区近40 a总云量、低云量的月、季、年际、年代际变化和周期性变化特征进行分析。研究表明,近40 a来,平均总云量距平在-0.1%～0.1%之间,保持了很好的稳定性,平均低云量以4.0%/10 a的速率递增;春、夏、秋季低云量呈现出不同程度的增多趋势,夏季增加趋势非常明显达7.3%/10 a。平均总云量周期变化不明显,平均低云量有明显的6～7 a的周期。玛曲地区在总云量保持稳定的情况下低云量不断增多,夏季低云量的增多趋势非常明显,且积雨云的增多是主要特征,是对玛曲草原气候变化的一种响应机制,反映出在气候变暖的大背景下,玛曲草原对流性天气活动频繁。     

中国天山区域云量的变化及其与降水的关系

基于1961-2008年天山区域24站云量的逐日资料,使用相关和M原K检验等统计方法,分析中国天山区域云量的时空变化特征及其与降水的关系。结果表明：（1）春季、秋季和冬季,伊犁河谷以北总云量最多,夏季则在中天山和东天山的部分区域最多,低云量在夏季占总云量的比重最大;（2）区域平均总云量在春季和秋季呈减少趋势;低云量在各季节均呈增加趋势,尤其在冬季和夏季;（3）总云量的年代际变化不明显,而低云量自20世纪90年代至今,都处在高值期。（4）低云量在春季、夏季和秋季,均在20世纪90年代,而冬季在2000年左右发生了由少到多的气候突变;总云量未发生明显的气候突变。（5）总云量和低云量均和同期降水有较好的相关性。春季低云量和夏季降水,相关系数可达0.52。     

GRAPES-Meso模式浅对流云辐射效应的改进试验

在万子为等（2015）对GRAPES-Meso模式浅对流参数化改进的基础上,进一步引入了浅对流云量诊断计算,并设计旨在完善浅对流云辐射效应的浅云云量和云中水凝物的补偿方案,以改进模式低层云量偏少和浅对流云辐射效应不足的问题。通过对数值试验结果的诊断和对比分析以及与观测的比较,重点考察了浅对流云量计算与浅对流激发的协调性、浅对流云对低云补偿后所产生的辐射效应以及对模式地面要素预报的影响等,验证了改进方案的合理性与有效性。结果表明:（1）浅对流云量诊断计算合理,其云覆盖区与浅对流激发区相吻合,引入浅对流云量的计算可减小模式云量的计算偏差、使其向观测结果靠近;（2）改进方案在浅对流发生区低层0.5-4 km高度范围内,对影响模式云辐射过程的浅云云量和云中水凝物形成有效补偿,最明显的浅云补偿在1-1.5 km高度处,浅对流活跃时期浅对流过程对浅云水凝物（云水和雨水之和）的补偿量可达20%-55%;（3）云光学厚度对浅云水凝物的补偿响应合理,即水凝物的补偿引起云光学厚度增大,两者的变化特征在时空分布上十分相似,且云光学厚度之变化受云水补偿的影响比受雨水补偿的影响更明显;（4）在白天时段,浅云补偿所产生的辐射效应使模式地表太阳总辐射有所下降,缩小了与观测的偏差,进而使地表温度和地面2 m气温模拟偏差减小。改进方案在缓解模式云量偏少、地表太阳总辐射偏强和地面2 m气温偏高等方面的作用,在批量试验中得到了验证。      

南宁市云量变化特征及其与气温、降水的关系分析

利用广西南宁站1951~2005年的云量、气温和降水资料,分析了云量变化特征及其与气温、降水的关系,结果表明:总云量和低云量长期变化分别呈减少和增加的趋势,且趋势显著。总云量和低云量季节变化都是在初春或冬春交接季节达到最高值,秋季降到最低值,平均云量白天多于晚上。总云量与平均气温、最高气温有很显著的反相关,与最低气温相关不显著;低云量与最高气温有很显著的反相关,与最低气温有显著的正相关,与平均气温相关不显著。总云量与降水有显著的反相关关系,而低云量与降水相关不显著。     

南宁市云量变化特征及其与气温、降水的关系分析

利用广西南宁站1951～2005年的云量、气温和降水资料,分析了云量变化特征及其与气温、降水的关系,结果表明：总云量和低云量长期变化分别呈减少和增加的趋势,且趋势显著。总云量和低云量季节变化都是在初春或冬春交接季节达到最高值,秋季降到最低值,平均云量白天多于晚上。总云量与平均气温、最高气温有很显著的反相关,与最低气温相关不显著;低云量与最高气温有很显著的反相关,与最低气温有显著的正相关,与平均气温相关不显著。总云量与降水有显著的反相关关系,而低云量与降水相关不显著。     

中国东部暖季对流云与层状云的比例及与降水的对应关系

基于1985~2011年逐时地面台站观测云资料,分析了对流云和层状云及其比例关系的时空演变特征,结合逐日融合降水资料研究了对流云、层状云与季风雨带的对应关系。结果表明,中国东部暖季（5~9月）对流云发生频率平均为15.4%,层状云为30.0%。对流云与层状云发生频率的比例在广东、广西、海南省东部和贵州省大部分地区大于1,其它地区均小于1。伴随季风雨带的北进南退,层状云发生频率和云量中心均与降水中心对应,且层状云云带与季风雨带位置吻合,随时间的演变趋势也相同,说明季风雨带主要由层状降水构成,对流云发生频率和云量大值中心则位于季风雨带南侧。对流云和层状云发生频率/云量的变化在华南地区和江淮流域呈显著负相关,云的类型主要由大气稳定度决定。对流云和层状云发生频率在华北地区呈显著正相关,水汽是形成云的决定因素。就降水频率而言,华南地区层状云降水和对流云降水各占一定的比例,而江淮流域和华北地区层状云降水频率更大。     

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。     

昭苏夏季层状云和对流云降水的雨滴谱特征

利用2020—2021年昭苏地区夏季的雨滴谱数据，研究层状云和对流云降水的微物理参量及雨滴谱特征。结果表明：对流云降水的粒子数浓度和粒子直径明显偏大，较大的粒子直径和粒子数浓度使得其降水强度和液态含水量远大于层状云降水。两类降水云的雨滴谱均为单峰结构，峰值直径主要分布在0.5～0.625 mm，对流云降水的雨滴谱谱宽明显大于层状云降水。两类降水云的雨滴直径和粒子数浓度与青藏高原中部的观测值相近，且昭苏地区的对流云滴谱更倾向于大陆性对流簇。研究结果有助于加深对昭苏地区降水的微物理特征及其演变规律的理解。     

2014年青藏高原云和降水多种雷达综合观测试验及云特征初步分析结果

加密外场试验可提供云降水物理过程新的数据。2014年7月1日—8月31日,第3次青藏高原大气科学试验项目组在那曲开展了水汽、云和降水的综合观测,使用了中国最先进的Ka波段毫米波云雷达、Ku波段微降水雷达、C波段连续波雷达和激光雷达,并配以微波辐射计、雨滴谱仪等设备,获取了高时空分辨率的云和降水宏微观垂直结构特征数据;利用C波段双线偏振雷达与新一代天气雷达配对,进行双多普勒雷达观测,获取青藏高原对流云三维风场和降水粒子相态的结构和演变数据。文中简单介绍了本次试验的情况,并利用这次观测的云雷达数据对那曲地区夏季云的云顶和云底高度、云厚、云量、云层数等特征的日变化进行了初步统计分析,对不同类型云的宏观特征进行了讨论。结果表明:本次外场试验首次成功获取到了多种雷达的云观测数据。那曲地区夏季云主要集中在6 km(距地面高度,下同)以上和4 km以下;总云量、高云的云顶、云量和云厚等云的统计参数有明显的日变化,10时(北京时)为云发展最弱的时段,20时云发展最为旺盛;初生的积云和层云常常出现在3 km高度上,这一高度上常常存在明显的上升气流;深对流系统高度可达16.5 km,同时存在上升气流和下沉气流,对流中可能存在过冷水。这些数据和初步结果为进一步开展高原云和降水机理、云和降水物理过程参数化方案研究及卫星反演结果的订正提供了基础。     

东亚夏季风活动与不同类型云的相关性研究

利用1998~2007年候平均卫星-台站融合降水资料以及ISCCP (International Satellite Cloud Climatology Project) D1云资料,分别定义了标准降水指数和两类云指数。降水指数大值区的移动能很好的表征东亚夏季风活动,两类云指数能分别反映某个区域深对流云(DC)、高积云(Ac)和积云(Cu)云量的集中变化特征。根据不同地区降水集中时段以及降水量等气候特征,结合中国气候区划(温度带及干湿区)及不同地域的地形特征,把中国大陆受东亚夏季风影响的地区划分为五个子区域。利用ISCCP D1云气候资料和降水资料,在候时间尺度上通过分析降水与不同云类、标准降水指数与两类云指数的相关性研究了东亚夏季风活动与不同类型云的对应关系。研究表明:ISCCP定义的深对流云(DC)、卷层云(Cs)与降水量在五个区显著正相关,表明东亚夏季风活动伴随有大量的对流云及云砧出现;高积云(Ac)、积云(Cu)的总云量与降水量在五个区显著负相关,表明夏季风活动增强时,Ac和Cu云量减少;层云(St)和层积云(Sc)与降水量在南方和北方分别呈显著的负相关和正相关,说明季风活动在南方伴随着对流云的显著增加,在北方则使层状云和对流云均有所增加;高层云(As)、卷云(Ci)和雨层云(Ns)与季风活动没有显著的相关性。     

中国地区云的气候特征分析

文中对比分析了国际卫星云气候计划(ISCC)的D2资料和地面测站云资料,发现二者总云量的整体分布和气候变化都比较一致,但定量上略有差别,尤其是中国北方地区差别较大。ISCCP资料比较齐全,尤其在站点稀少的高原、荒漠地区比其他云资料更有优势。文中分析了中国云的气候特征,发现在华北地区和南海北部的总云量有减少的趋势;四川盆地、长江三角洲等地区存在低云量异常减少的现象;而在天山、帕米尔高原、柴达木盆地、横断山脉等地区存在低云量增加的趋势。文中特别指出西北山区常年维持着的相对稳定的多云带,云层深厚、含水量大,有利于进行进行人工增雨作业。     

中国北方云量变化趋势及其与区域气候的关系

利用我国35°N以北地区333个测站46年逐日地面观测总云量、低云量、降水量和温度资料,系统地研究了该地区云和降水的空间分布特征,用趋势分析方法分析了各区内的总云量、低云量及降水量的变化趋势。结果表明,我国35°N以北地区东部总云量、低云量呈明显减少趋势,而西北区西部略有增加。降水量表现出西北区西部及东北区西部呈增加趋...     

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。     

厄尔尼诺事件对中国夏季水汽输送和降水分布影响的新研究

基于1961-2016年中国地面台站降水观测资料和多种再分析资料,分析了东部型和中部型两类厄尔尼诺事件对中国夏季水汽输送和降水的不同影响。结果表明：（1）厄尔尼诺事件对中国夏季降水的影响在发生当年和次年有明显的不同,主要影响是在其发生的次年,中国大部分地区的夏季降水明显偏多。（2）东部型厄尔尼诺事件当年夏季,西北太平洋副热带高压（副高）偏东偏弱,水汽输送条件较弱,不利于中国大范围降水的发生;中部型事件当年夏季,低纬度印度洋和西太平洋蒸发异常偏强,来自阿拉伯海、孟加拉湾和西北太平洋向华南地区的水汽输送和净水汽收支增加,有利于华南地区降水的异常增多。（3）东部型厄尔尼诺事件次年夏季,副热带太平洋蒸发异常偏强,副高西伸,由于东亚-太平洋（EAP）遥相关型的建立,副高西侧的强西南气流将来自太平洋蒸发的大量水汽持续输送至中国中东部地区。此外,在东亚-太平洋遥相关型影响下中高纬度地区建立了亚洲双阻型环流,其间的低槽冷涡与上游阻高之间的强偏北气流有利于北冰洋的水汽持续输送到西北和华北北部地区,中国大部分地区净水汽收支均增加,中国北方和南方地区的降水均产生了明显的同步性增多响应,形成了南北两条异常雨带。中部型厄尔尼诺事件次年夏季,副高较常年偏西且偏北,来自太平洋蒸发的大量水汽输送到江淮地区,使其净水汽收支增加和降水偏多。因此,厄尔尼诺事件的发生不仅对长江流域和淮河流域等南方地区的降水有重要影响,对华北、东北和西北地区的降水异常也有相当的作用。