基于CERES卫星资料分析中国近15 a云量变化

利用2001年1月至2015年12月Aqua/CERES卫星产品SYN云量资料,采用趋势分析法、小波分析法分析近15 a我国总云量及中低云、中高云和高云的气候场特征及其与气象要素的相关性。结果表明:总云量整体由东南向西北带状递减,最高值位于西南地区,可达80%以上,最低值位于塔里木盆地及蒙古高原西部地区,可低于30%。高云的高值区主要集中在高海拔区域,中高云分布与高云类似,中低云与总云量分布类似。除中低云外,总云量及不同高度的云量均在夏季达到最高值,且其区域特性显著。近15 a来总云量年际变化整体呈下降趋势,趋势系数为-0. 15%·a-1,主要受较低层云量减少的影响,高云则呈现一定的增加趋势。青藏高原上空不同高度云量变化趋势较其他地区显著,并以减少趋势为主。不同高度的云量季节变化差异较大,总云量在春季和冬季变化较大,高云、中高云的季节变化较小,中低云在春季和夏季变化较大。不同高度的云量均存在2～3 a较短的震荡周期。不同类型云量均受到相对湿度的影响,近期地表温度的增加与高云增加、低云减少相关,高云与降水的相关性更高。     

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。     

利用CFSR资料分析近30年全球云量分布及变化

在利用MODIS卫星的云产品资料对CFSR(Climate Forecast System Reanalysis)再分析资料云产品质量进行检验评估的基础上,采用CFSR资料对1979—2009年全球总云量及低、中、高云量的平均分布及其随纬度的变化进行了分析;用经验模态分解(EMD)方法分析了近30年全球云量的变化趋势,结果表明:(1)全球近30年平均总云量约为59%,全球总云量及低云量、中云量都有明显的纬向分布特征,全球总云量有3个峰值带和3个低值带。(2)低云量的海陆分布差异较明显,陆地上的低云量明显低于海洋上的,除了两个极圈附近,南半球各纬度的低云量都比北半球相应纬度上的都要多;高云量的高值、低值中心均集中在赤道附近到南、北半球30°之间的中低纬度,并且低值中心主要分布在大洋的东部。(3)总云量的总变化趋势为增长,具体表现为随时间呈现先略减少后大幅增加趋势,其突变点大致在1993年,在1993年之后,总云量显著增多。低云量和高云量均呈现增长趋势,中云量则相反,呈减少趋势。低云量增幅最明显,接近2%,中、高云量则增减幅度较小。     

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。     

近二十年全球变暖背景下东亚地区云量变化特征分析

利用ISCCP的D2云气候资料集，采用趋势分析方法得到了东亚地区1984—2006年各种不同种类云量的变化趋势，并重点分析了全球变暖背景下气温与不同云量变化之间的关系。结果表明：近20年东亚地区总云量和高、低云量呈现波动减少趋势，减少量分别为2.24%、1.65%和1.68%，中云量呈增加趋势，增加量为1.07%；且云量变化存在较大的区域差异。温室效应所导致的东亚地区气温改变和水汽含量变化，是导致云量分布变化的重要原因，在青藏高原、孟加拉湾及热带辐合带区域的气温与高云存在显著负相关，与中、低云存在正相关，而在西太平洋、日本以东以北洋面的气温与低云呈显著负相关，与高云呈正相关。     

CMA-GFS云预报的偏差分布特征

利用2021年3月—2022年2月ERA5再分析数据云量、云水凝物对中国气象局研发的全球数值预报系统CMA-GFS同期云量产品和由云量、云水凝物产品计算的云发生、云水凝物积分的偏差特征进行诊断评估, 初步探讨了CMA-GFS云预报偏差存在的可能原因。结果显示:CMA-GFS云量、云水凝物的分布较为合理, CMA-GFS能够描绘全球云量、云水凝物的分布特征, 并能够反映季节特征;CMA-GFS预报高云和中云的云量偏差大于低云的云量偏差, 而高云和中云的云量均方根误差较低云偏小, 说明模式高云和中云的预报稳定性优于低云;与ERA5再分析数据相比, CMA-GFS液相水凝物积分以负偏差为主, 冰相水凝物积分以正偏差为主;云量、云水凝物的偏差在不同地区成因不同, 在热带地区的偏差与对流参数化和微物理方案不协调有关, 在南北半球中高纬度地区的偏差与相对湿度偏差相关。     

长春市近40年月季云量气候变化趋势分析

本文对长春市１９５１年～１９９０年、月、季平均的０２时、０８时、１４时和２０时的云量及白天（０８时和１４时的平均）、夜间（２０时与０２时之平均）总云量和低云量的气候变化趋势进行了线性拟合分析。得出：近４０年长春全年各月季４个标准观测时次的总云量均明显减少;而低云量则是夏半年增加明显,且以夜间增加为主;冬半年,尤其是白昼低云量也呈减少趋势;分析得出：总云量的减少主要是中高云减少所致,也就是说,云的厚度总体来说减少了。这也正是近４０年长春降水量呈明显下降趋势的最直接成因。而气温变化趋势则不仅仅是云量变化所致,其成因较为复杂。     

用卫星资料分析内蒙古云量时空分布及变化趋势

为了解内蒙古地区云的特征，利用1983年7月至2001年9月的ISCCP的云气候资料集中的D2资料集中内蒙古区域部分、内蒙古东部地区48个地面观测站自建站的月平均气温资料，采用趋势分析方法研究分析了内蒙古地区总云量、高、中、低云量的时空分布和多年的变化趋势。结果表明：内蒙古地区总云量、低云量、中云量呈自西向东依次增多，高云量自西南向东北依次减少的空间分布特征；19年来东部地区总云量呈增加的趋势，中、西部地区呈减少的趋势，并且，分析表明温度的变化可能是云量变化的原因之一。     

夏季白天中国中东部不同类型云分布特征及其对近地表气温的影响

本文利用2001～2017年ERA5再分析资料以及CERES卫星资料,探究夏季白天中国中东部不同类型云的云量及其光学厚度的时空变化特征,并利用一维辐射对流模式定量分析不同类型云对近地表气温的影响。观测结果表明:夏季白天中国中东部总云量及其光学厚度整体呈由南向北逐渐减小的分布特征,且中高云量占主导地位。总云量整体呈?0.3% a?1显著减少趋势,其中低云的贡献（?0.27% a?1）最大;总云光学厚度为0～0.1 a?1增加趋势,其中低云光学厚度（0.06 a?1）和中低云光学厚度（0.03 a?1）呈增加趋势,而中高云光学厚度（?0.08 a?1）和高云光学厚度（?0.03 a?1）呈减少趋势。模式结果表明:四种不同类型云的温度效应（Cloud Effect Temperature, CET）均为负值,表现为降温效应。低云、中低云、中高云和高云的年均CET值分别为?2.9°C、?2.7°C、?2.2°C和?1.7°C。其中,低云在华北平原降温可达?5°C;中低云和中高云在四川盆地和云贵高原降温可达?7.8°C。不同类型云温度效应与近地表气温的年际变化具有较好的一致性,具体表现为:2004年前（后）近地表气温呈现下降（上升）趋势,不同类型云的CET在此期间呈下降（上升）趋势,表现为云的降温效应增强（减弱）与近地表气温下降（上升）相对应,体现了夏季白天中国中东部4种不同类型云温度效应与近地表气温都呈正相关关系。特别地,夏季白天中国中东部中高云量占主导地位,其CET与近地表气温的相关系数高达0.63。综上,夏季白天中国中东部不同类型云温度效应对近地表气温的影响不同,但均呈正相关关系。定量分析不同类型云对近地表气温的影响可以为定量研究云反馈对区域增暖的作用以及合理预估未来区域增暖情景提供必要的科学参考。     

近20年青藏高原云分布特征及云参数时空变化分析

准确估算云量是了解青藏高原云参数时空特征的基础。通过相关分析、回归分析、趋势分析方法,分析了近21年来青藏高原云分布的动态变化。利用MODIS云量日产品（MOD08＿D3）数据和ERA5再分析资料,分析了青藏高原不同阶段云量分布和云参数的时空特征。结果表明,高云区云量中心位于墨脱县（77.3%）,林芝（72.5%）地区云量最大,青藏高原日平均云量在过去21年间减少了0.04%。季节分布上,夏季出现水云的概率最高（31.7%）,春季出现冰云的概率最高（26.5%）。每年出现的冰云比水云高2%左右。在全球变暖背景下,青藏高原上空水汽含量呈减少趋势,云水含量呈逐渐增加趋势。年平均云水含量比大气总水汽含量高约0.01 cm,云水总含量增加约0.04 cm。本研究为理解云水资源对全球气候变化和青藏高原地区水循环的影响提供了依据。     

中国云气候特征的分析

利用1983年7月至2001年8月的ISCCP卫星总云量资料, 分析了我国总云量的空间分布特征, 并将全国用193个网格点表示, 采用聚类分析方法, 按照总云量年内变化规律相同的原则将中国分为3个区, 逐区讨论了总云量的年内变化特征;同时, 分析了18年来中国总云量的变化趋势。最后利用奇异值分解法(SVD)找到了我国青藏高原冬季总云量与全国夏季降水的高相关区, 证明青藏高原总云量与我国东北降水正相关密切。     

ISCCP产品和我国地面观测总云量差异

国际卫星云气候计划ISCCP是国际上较权威和客观的云气候性研究计划, 自1983年以来为研究全球云和辐射平衡、云水资源分布等提供了有价值的数据。在分析总云量卫星和地面两种观测方式差异的基础上, 研究了1984-2006年ISCCP D2产品和我国地面观测云资料数据集总云量空间及时间差异。尽管两套资料能一致揭示我国总云量的分布形势和气候变化特征, 但区域性差异仍比较明显。天基、地基数据可对比格点上, 全国平均而言总云量卫星观测结果比地面观测偏高8.46%, 华南地区差异最小、东北地区差异最大。气候变化趋势分析结果表明:近23年我国总云量呈减少趋势, ISCCP D2产品总云量每年减少速度为0.015%, 小于地面观测的总云量每年减少速度 (0.063%); 东北地区总云量缓慢增多, 而青藏高原、西北地区总云量减少。利用卫星和地面资料均以累积距平法检测出1984—2001年总云量减少、2002-2006年总云量显著增加。     

西藏地区1971-2008年台站观测总云量的变化特征

利用1971-2008年西藏地区22个台站观测的总云量资料,初步分析研究了西藏地区总云量的变化趋势。结果表明：西藏大部分区域年总云量呈显著减少的趋势,其中那曲中西部的减幅最大,达2.32%/10a,而南部边缘年总云量减少的趋势不显著。总云量与降水、相对湿度呈正相关,与日照时数、平均气温及气温日较差呈负相关。总云量的Hurst指数表明,西藏大部分地区总云量呈减少的趋势,未来这种减少的趋势将持续,短时期内不会发生逆转。     

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。     

滇南冰雹的预报预警方法研究

利用普洱市探空资料、CIND3830-CC新一代天气雷达资料、地面观测资料,对2004—2011年滇南普洱、西双版纳冰雹天气过程进行统计分析,总结出冰雹4个预报指标:(1)当单体回波满足冰雹云的初始特征和发展阶段特征时,可预报未来出现冰雹的可能较大,预报提前60 min以内;(2)当回波的组合反射率≥55 dBz、宽度≥12.0 km、梯度≥15 dBz·km~(-1)、H_(45 dBz)≥7.5 km、2—5月H_(45 dBz)-H_0≥3.1 km且H_(45 dBz)-H_(-20)≥-0.5 km、6-8月H_(45 dBz)-H_0≥2.0 km且H_(45 dBz)-H_(-20)≥-1.2km、VIL≥30 kg·m~(-2)、D_(VIL)≥3.0 g·m~(-3)时,预报有冰雹发生,预报提前12~102 min;(3)当回波具有弱切变特征、45 dBz回波顶高≥7.5 km、2—5月H_(45 dBz)-H_0≥3.1 km且H_(45 dBz)-H_(-20)≥-0.5 km、6—8月H_(45 dBz)-H_0≥2.0 km且H_(45 dBz)-H_(-20)≥-1.2 km时,可预报有冰雹出现,预报提前18~54 min;(4)若除去飑线和下击暴流回波,当回波的VIL≥30 kg·m~(-2)、D_(VIL)≥3.0 g·m~(-3)时,可预报有冰雹出现,预报提前12~54 min。此外,还总结了冰雹云的生命期特征等,并利用2012年发生的冰雹天气过程检验了预报指标。     

近50年我国西部地区气象要素的变化特征

利用1951-2000年全国194站地面观测资料和高空观测资料,对近50年我国西部地区的气候变化特征进行分析。结果表明:从20世纪70年代开始,我国西部地区年平均气温呈上升趋势,其中河套区和新疆区气温上升最为明显,其次为青藏高原区和河西区,西南区气温增幅最不明显,地表温度变化与气温的变化基本同步,但地温变化要比气温变化更加剧烈一些。西南区的地温从70年代中期开始回升,但始终未达到50年代初期的水平,因此从线性变化上表现为下降趋势。西部地区除了河套区外,其他4个区的年平均降水量均增加,增加最明显的是新疆区和青藏高原区。我国整个西部地区年平均总云量和低云量均呈线性减少趋势,减少最明显的是西南区和河套区。在辐射变化上,我国西部总辐射呈减少趋势,青藏高原区减少最多;西南区的散射辐射呈增加趋势,其他4个区减少,其中新疆区和青藏高原区散射辐射减幅明显。散射辐射的大小与天空中云量和气溶胶含量的多少成正比,西南区散射辐射呈增加趋势,而总云量和低云量呈下降趋势,可以推测是气溶胶含量增加导致了散射辐射的增加。     

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。     

近20年全球总云量变化趋势分析

利用ISCCP月平均云气候资料集的总云量资料, 采用趋势分析的方法, 得到1983年7月至2001年9月近20年来全球平均总云量的变化趋势, 并分析云量变化的可能原因。近20年全球增温幅度加快, 研究这期间云的变化, 对气候研究和模拟具有重要的意义。结果表明:平均大气环流决定总云量的分布;全球平均总云量的变化趋势在20世纪80年代末发生逆转, 即由增加转为减少;全球平均云量呈减少的变化趋势, 2000年与1987年相比, 减少量约占平均总云量的4%;从地理位置上看, 云量的变化存在区域性差异, 热带和中纬度地区的总云量减少较多, 高纬度地区云量略有增加, 其中南极大陆云量增加较多。