一次降水性层积云系的微物理特征分析

利用飞机云微物理探测资料,对2004年6月29日甘肃省东南部地区一次层积云(Sc)降水云系的微物理结构特征进行了详细的分析。飞机探测表明,此次云系主要分为两层,上层是纯冷性高积云(Ac),下层是层积云,观测分析主要针对Sc云。对不同高度层及Sc云顶附近的云粒子探测数据的分析结果表明,Sc云中云粒子的垂直及水平特征具有明显的不均匀性;Sc云区下层粒子特征参量起伏变化大,上层起伏变化小;云中含水量和大粒子浓度随高度升高有递增趋势。同一高度云区的粒子特征参量存在差别,表明即使在云区同一高度,不同水平区域的粒子形成和增长条件也有差异。Sc云中含水量较大,暖区最大液水含量达0.34 g·m-3。Sc云底有较强的逆温层存在,对云底附近的微物理结构特征造成一定影响,使得较小的云滴在逆温层顶附近和逆温层下部累积,含水量增大,但对较大尺度的液滴影响不明显。Sc云中不同高度处普遍存在暖雨过程,以Sc中部最为活跃;云顶附近冰相粒子的存在对云中暖云过程具有增强作用,对降水有利。     

山西夏季层积云降水微物理特征分析

利用Droplet Measurement Technology(DMT)资料,分析了山西2008年7月17日降水性层积云的云微物理结构,通过对云中粒子浓度、平均直径、二维图像以及谱型分布变化,并结合宏观记录特征,详细分析了飞机上升和下降阶段云系的垂直结构特征。结果表明,飞机上升阶段云系为高积云,下降阶段云系为高积云—层积云结构,云粒子探头(Cloud Droplet Probe,CDP)和云粒子图像探头(Cloud Imaging Probe,CIP)测得粒子浓度偏大,最大浓度分别为236cm-3和9.74cm-3。层积云云中微物理量水平分布特征具有明显的不均匀性。飞机上升阶段降水的雨滴主要是冰粒子融化形成的,冷云过程占主导地位,在0℃层附近存在明显的融化层亮带。飞机下降阶段降水机制为高积云冷云过程和层积云暖云过程相结合。     

山西夏季层积云降水微物理特征分析

利用Droplet Measureinent TeehnologY（DMT）资料,分析了山西2008年7月17日降水性层积云的云微物理结构,通过对云中粒子浓度、直径、二维图像以及谱型分布变化,并结合宏观记录特征,详细分析了飞机上升和下降阶段云系的垂直结构特征。结果表明：飞机上升阶段云系为高积云,飞机下降阶段云系为高积云一层积云结构,Cloud Droplet Probe（CDP）和Cloud Imaging Probe（CIP）测得粒子浓度偏大,最大浓度分别为236em。和9．74cm^-3。层积云云中微物理量水平分布特征具有明显的不均匀性。上升阶段降水的雨滴主要是冰粒子融化形成的,冷云过程占主导地位,在0℃层附近存在明显的融化层亮带。下降阶段降水机制为高积云冷云过程和层积云暖云过程相结合。     

中国北方典型地区不同类型云微物理特征分析

对2009—2011年内蒙古通辽地区41架次穿云飞行探测结果进行统计分析,探讨中国北方典型地区的各类型云的微观特征。结果表明:该地区不同云型的平均云滴粒子数浓度Nc按大小排序为:层积云Sc积云Cu高层云As雨层云Ns高积云Ac。降水性云(Ns,As和Sc)的Nc值一般跨度范围较大,且累计概率的减小幅度较为平缓。降水性云(Sc,Ns和As)的平均液态含水量LWC比非降水云(Ac和Cu)要大,As和Ns的LWC多介于0.01～0.3g·m~(-3)之间。不同云型的平均直径Dm特征与有效直径De类似,有较大Nc的云类,一般云滴尺度小,平均De的大小顺序是NsAsAcCuSc。高云和中云(Ac,As和Ns)的De和Dm普遍比低云(Sc和Cu)大,降水性云中与非降水性云中相比具有较多的大云滴。此外,各类云滴谱的相对离散度在Nc较小时分布较为分散,随着Nc的增加,相对离散度收敛到0.3～0.6,最终各类云相对离散度都收敛到0.4附近。     

宁夏层状云宏观和微观物理特征综合分析

利用1978-1990年间宁夏地区5-9月的飞机云物理观测资料,重点分析了无层积云的高层云宏观和微观物理结构.研究表明:(1)无层积云的高层云云底比有层积云的高层云云底略高,云滴谱小粒子的数浓度也较大.暖层中的大云滴浓度高于冷层,可为云滴的碰并增长和冰晶繁生提供一定的大滴,利于降水的形成.(2)含水量的垂直分布具有多个峰值,极大值位于云的中下部,有利于高层冰雪晶粒子下落过程中碰并增长.(3)高层云雪晶谱总体上呈单调下降型,尺度为0.3～0.6 mm的雪晶浓度达到最大,优势晶形以立体枝状、柱状和针状为主.用M-P分布N=N0exp(-λr)来拟合雪晶谱,系数N0为0.132,系数λ为2.681,相关系数r为0.975,拟合精度优于Γ函数N(r)=ar2exp(-br).     

云的基础知识讲座——云的宏观特征

云的宏观特征是把云作为一个整体来看的许多特征,如云的外貌、生命史,云内的温度、湿度、含水量和气流分布等。而云中水滴的大小、分布等特征则属于云的微观特征。在云雾研究中一般将云按形状和形成系统分为积状云(或称对流云,简称积云,包括积云、积雨云、卷积云、卷云)和层状云(包括高层云、层云、雨层云和卷层云,高积云和层积云也归于这一类)两大类;或按云中的相态分成冰云、水云和混合云;或按云中的温度分为暖云(高于0℃)和冷云(低于O℃)。这一讲将对积状云和层状云的一些主要宏观特征作些     

不同积云微物理特征的卫星反演分析

利用NOAA卫星多光谱资料反演了云滴有效半径,采用多信息组合的RGB彩色显示方法,分析了云顶微物理特征;运用Rosenfeld的卫星微物理反演分析方法,根据云中物理过程与T-re分布关系,着重分析了不同积云的云物理过程和微物理特征.结果表明:中高纬内陆地区积云底层一般具有较深厚的凝结增长带和较小的云滴有效半径,晶化增长起始温度较低,具有典型的大陆性云物理特征;低纬度海岛与近海地区积云与大陆性积云相比,底层云滴有效半径普遍较大,碰并作用较强,晶化增长起始温度较高,具有大陆性到海洋性过渡的云物理特征;海洋上空积云底层的云滴有效半径最大,晶化增长起始温度高,降水带较深厚,具有海洋性云物理特征.     

1985—2011年中国不同类型云发生频率、持续时数及伴随降水概率

基于1985—2011年逐时地面台站观测资料,分析了中国地区不同类型云的发生频率和持续时数的空间分布及其长期变化趋势和季节变化,并统计了不同类型云所伴随的降水概率及降水性质。结果表明,中国地区各类云的发生频率与持续时数的空间分布有较好的一致性。层积云是我国发生频率和持续时数最大的云类,主要分布于四川盆地,在四川盆地其发生频率超过50%,持续时数达20.1 h;雨层云持续时数仅次于层积云,在长江中下游以南其持续时数达12.8 h;卷云、高积云和积云的发生频率及其持续时数的大值区分别位于北方、中部和南方。研究时段内,中国地区总云的发生频率以0.095%/a的速度呈微弱的增加趋势。在云类典型分布区,层积云的发生频率和持续时数在冬半年较大,而积状云在夏季达到峰值;层状云的发生频率在上半年较大,而持续时数在冬半年较大。不同类型云产生降水的概率及对应的降水性质均有差异。层状云单独出现时伴随间歇性或连续性降水,其中雨层云单独出现时伴随降水的概率接近70%;积雨云的降水概率达50.89%,主要伴随阵性和不明类型降水;层积云主要伴随间歇性降水,降水概率约为17%。     

北京“7.21”特大暴雨云降水结构及云雨转化特征

利用多普勒雷达资料、FY-2E静止卫星和MODIS极轨卫星反演产品,研究2012年7月21日北京特大暴雨的云降水结构及云雨转化特征。结果表明:降水过程三阶段的云降水垂直结构不同。1)在暖区对流降水阶段,降水以暖雨机制启动,雨滴在暖区存在深厚的碰并增长过程,暖雨过程对降水起主要贡献。随着云体的发展,冷雨过程加剧。T-Re分析表明,-10℃层以下云滴凝结碰并显著,-10℃层以上为深厚的冰相增长带,云顶以冰相大粒子为主,云水向雨水转化迅速。2)在锋面对流降水阶段,降水系统为高度组织化的"低质心"强降水液态MCC(Mesoscale Convective Complex)系统。回波强度在冰水混合层增长较快,冻结层是此阶段成雨微物理的关键层。降水粒子在暖云区碰并增长较快,而蒸发或破碎过程并不显著。3)在锋后降水阶段,0℃层附近冰晶粒子与云水的碰并增长较为明显。前期降水存在明显的雨滴蒸发过程。随着云体的发展,暖区云水含量较少,降水粒子不能有效碰并增长。     

基于MODIS云宏微观特性的卫星云分类方法

利用MODIS云光学厚度、云粒子有效半径、云顶高度、云相态等产品,以及表征6种云类的云光学厚度、云粒子有效半径、云顶高度、云相态的特征值,采用最小距离分类法和多阈值判识法相结合,对卫星观测像元的云进行分类,包括层云、层积云、积云、积雨云、雨层云、高积云/高层云、卷云以及卷云伴随高积云或高层云的多层云、卷云伴随层云或层积云的多层云、高积云或高层云伴随层积云或层云的多层云10类。2008年、2013年卫星分类结果与地面站云类观测对比,达到60%的一致性;将相同时间的地面小时降水量与分类结果叠加显示,出现降水处多为雨层云或积雨云。     

Aircraft observations of electrical conductivity in warm clouds

Aircraft observations of electrical conductivity and cloud microphsical, dynamical and other electrical parameters were made in warm stratocumulus and cumulus clouds forming during the summer monsoon seasons (June-September) of 1983 and 1985 in the Deccan Plateau region, India. A Gerdien type cylindrical condenser was used for the measurement of electrical conductivity. The variations in the electrical conductivity are observed to be closely associated with the updrafts and downdrafts in the cloud, liquid water content, cloud droplet charge and coro-na discharge current. The value of electrical conductivity in warm clouds is found to be in the order of 10-12 ohm-1 m-1 which is two orders higher than that observed in clear-air at cloud-base levels in some regions by other investigators.Classical static electricity concepts predict reduced conductivity values inside clouds. Cloud electrical conductivi-ty measurements, particularly in warm clouds are few and the results are contradictory. The recently identified mech-anism of vertical mixing in clouds lends support to coovective charge separation mechanism with inherent larger than clear-air values for cloud electrical conductivity and therefore consistent with the measurements reported herein.     

南方夏旱期积云含水量和降水效率的云模式估算

在胡志晋二维对流云模式的物理框架上增加了对整块积云的含水量、地面降水量、降水效率的估算部分.改进后的模式模拟了福建夏旱期37 个降水个例,并估算出南方夏旱期冷云、混合云和暖云的含水量、地面降水、降水效率,其结果与湖南积云的实测值较接近.分析了含水量在关键时段的主要分布情况,为研究南方夏旱期积云的人工影响方法提供物理依据.     

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。     

贵州夏季自然云中冰雪晶和大粒子观测结果的分析

本文对夏季贵州自然降水性云的冰雪晶、大粒子作了初步分析。主要结果有:(1)冰雪晶平均浓度比北方地区的低,另外云中含水量大的区域冰雪晶平均浓度值也较大。(2)积状云冰雪晶浓度频数分布较集中,大多数集中于平均值附近,不超过一个量级。(3)冰雪晶和大粒子空间分布有明显差异。(4)在浓积云内暖云部分有冰雪晶沉降。(5)贵州夏季自然云降水及其人工催化的研究必须考虑冰相过程。     

拉萨地区汛期积状云及其人工增雨作业研究

本文利用拉萨地区1981 ～2010年汛期5～9月4个台站的地面观测资料,统计分析了汛期5～9月各类积云的发生频率及其降水过程,分析了各类积云的降水能力;从卫星云图、天气雷达图识别及目测三个方面对拉萨地区汛期适宜高炮（火箭）人工增雨作业云系做了初步探讨.结果表明：拉萨地区平均每年有40d以上的积云降水;其中伴随碎雨云的积雨云（Cb＋Fn）降水概率最大.各县区平均积云降水过程占总降水过程的52.6％,平均积云降水量占总降水量的54.8％;汛期降水过程中由积云带来的降水占一半以上,一般产生小雨及小到中雨的雨量,产生大雨及暴雨的概率极小.降水性积云不仅人工增雨潜力很大,实施人工增雨催化作业的机会也较多.适合人工增雨作业影响的积云降水云系按其对降水量的贡献大小依次为伴随碎雨云出现的积雨云（Cb＋ Fn）、伴随碎积云出现的混合层积云（Sc＋Fc）、积雨云（Cb）、层积云（Sc）.     

闽东干旱概况及夏季人工增雨作业天气形势分析

对闽东干旱的成因和干旱的环流形势进行了探讨,着重分析了夏旱期间人工增雨作业的天气形势以及不同形势、不同云型下的降水情况。结果表明:闽东干旱的形成与大型环流形势、地理因素、土壤植被等有关,平均而言,沿海干旱明显多于内陆山区;夏季发生干旱的机率最大而且强度级别高,西太平洋副热带高压是致旱的主要天气系统;在夏季,台风型(T)、弱流场型(R)是进行人工增雨作业的优势天气型,Cb、Cu、Sc云是开展人工增雨作业比较适合的作业云。这些结果为夏旱期间开展人工增雨作业提供了理论依据。     

基于CloudSat云分类资料的华北地区云宏观特征分析

利用2007年1月至2008年12月的CloudSat 2B-CLDCLASS-LIDAR云分类资料对华北地区(36°~42°N,110°~120°E)各类云在单层及多层云中的出现频率、平均高度及平均厚度进行统计分析。结果表明:华北地区单层云和多层云出现频率存在明显的季节变化,夏季最大,春秋次之,冬季最小。单层云的出现频率远高于多层云,单层云出现频率在春、夏、秋、冬4个季节分别为44.3%、46.1%、37.8%和32.8%,而多层云中2层云所占比例最大。单层云和多层云各云层平均高度、平均厚度分析显示,3层云上层云顶云底高度最高,3层云下层云顶云底高度最低,单层云平均厚度明显大于多层云,云层数越多,各云层的平均厚度越小。对不同类型云出现频率分析显示,卷云主要出现在单层云及多层云中、上层,高层云和高积云在单层云和多层云各云层中均占有一定的比例,层云主要出现在多层云下层,层积云、积云、深对流云主要出现在单层云及多层云下层,雨层云主要出现在夏季单层云中。卷云、高层云、高积云的平均高度及厚度在不同云系统中存在显著的差异。     

Observation and Simulation of Abnormal Transmittance over Yangbajing,Tibet

Defining abnormal transmittance as the case where the magnitude of the shortwave flux transmittance is greater than 1.0, the authors used surface solar irradi- ance and all-sky images obtained at the Yangbajing site in Tibet to analyze the reasons for the occurrence of abnor- mal shortwave flux transmittance. Based on the Interna- tional Intercomparision of Three-Dimensional Radiation Code （I3RC） Monte Carlo community model of three-dimensional radiative transfer, the authors also per- formed simulations at a nonabsorbing wavelength and an absorbing wavelength through a stratocumulus and a cu- mulus field. The results showed the detection of abnormal transmittance on more than half the days, and the maxi- mum transmittance was 1.34. The probability of the oc- currence of abnormal transmittance appeared to be largest in summer, and on a daily basis was mainly at about noon local time. Abnormal transmittance mainly appeared when clear sky and clouds co-existed, especially at the edges of broken clouds and nearby regions with clear-sky conditions. The flux transmittance decreased as the solar zenith angle increased.     

福建省干旱概况及夏旱期间人工增雨条件分析

对福建省干旱的成因和干旱的环流形势进行了探讨,着重分析了夏旱期间人工增雨作业的天气形势、云状、回波特征及云顶温度等条件,结果表明福建省干旱的形成与大型环流形势、地形、地貌及土壤植被条件有关;平均而言,闽东南沿海干旱多于内陆地区;西太平洋副热带高压是夏季致旱的主要天气系统;夏季,西风槽前型、台风外围影响型、副热带辐合带型是进行人工增雨作业的有利天气形势,Sc、Cb、Cu云都有一定的人工增雨作业条件,其中降水时长1～5 h,过程雨量1.0～5.0 mm的云是旱季作业比较适合的作业云.这些结果为开展人工增雨作业提供理论依据,达到解除或缓解干旱的目的.     

A treatment for the stratocumulus-to-cumulus transition in GCMs

Numerical models of climate have great difficulties with the simulation of marine low clouds in the subtropical Pacific and Atlantic Oceans. It has been especially difficult to reproduce the observed geographical distributions of the different cloud regimes in those regions. The present study discusses mechanisms proposed in previous works for changing one regime into another. One criterion is based on the theory of stratocumulus destruction through cloud top entrainment instability due to buoyancy reversal—situations in which the mixture of two air parcels becomes denser than either of the original parcels due to evaporation of cloud water. Another criterion is based on the existence of decoupling in the boundary layer. When decoupled, the stratocumulus regime changes to another in which these clouds can still exist together with cumulus. In a LES study, the authors have suggested that a combination of those two criteria can be used to diagnose whether, at a location, the cloud regime corresponds to a well-mixed stratocumulus regime, a shallow cumulus regime, or to a transitional regime where the boundary layer is decoupled. The concept is tested in the framework of an atmospheric general circulation model (GCM). It is found that several outstanding features of disagreement between simulation and observation can be interpreted as misrepresentations of the cloud regimes by the GCM. A novel criterion for switching among regimes is proposed to alleviate the effects of these misrepresentations.