青藏高原地区的总云量——地面观测、卫星反演和同化资料的对比分析

了解云的气候学特征 ,对于深入研究气候变化问题有重要意义 ,而良好的资料质量是其前提和保障。为了充分了解地面观测总云量、卫星反演总云量和资料同化总云量这三种资料在青藏高原地区的共性和差异 ,本文利用 1984— 1990年的青藏高原地面测站的总云量资料、国际卫星云气候学计划中的ISCCP C2总云量资料和NCEP NCAR再分析总云量资料 ,对比分析了三者在青藏高原地区的时空分布关系。分析结果表明 :ISCCP C2总云量与地面观测总云量有较好的相关关系 ,它们在青藏高原地区的空间分布形势相似、年变化和年际变化趋势大致相同 ,在量值上的差异主要源于探测手段的不同 ;NCEP NCAR再分析总云量在青藏高原地区有其固有的缺陷 ,除夏季之外在高原中部地区始终有一个异常的强高值中心 ,由此导致其对时空分布特征和量值的描述与ISCCP C2和地面观测值相差较大 ,因此在有关青藏高原的研究中不宜直接或单独使用NCEP NCAR再分析总云量资料。     

1998年夏季青藏高原及其邻近地区地面总热源季节变化特征及其与西太平洋副热带地区对流的关系

利用98’TIPEX实验资料、1998年5-8月青藏高原6个自动热量平衡站(AWS)资料、青藏高原常规观测资料、中国300多个站的逐日降水资料、国家卫星中心接收的1998年5-8月OLR和日本GMS的TBB资料,研究了1998年5-8月青藏高原及其邻近地区逐日地面总热源的季节变化特征及其与西太平洋副热带地区对流的关系。结果表明:高原地面总热源与高原雨季开始有密切关系,高原雨季开始以后,高原平均的地面总热源明显减小;高原平均的地面总热源与20—30°N附近的西太平洋副热带地区的TBB有很好的负相关关系,表明高原地面总热源可以通过某种机制影响副热带地区的对流。     

利用卫星资料试作青藏高原地表净辐射场的气候反演

利用 ERBE和 ISCCP卫星辐射及总云量资料 ,结合已提出的地表短波吸收辐射 ,大气逆辐射以及地表长波辐射的气候反演方法 ,计算出 2 5°～ 4 0°N,75°～ 95°E间 2 .5°× 2 .5°经纬度网络点及高原 63个站点的各月平均地表净辐射 ,绘制出其在高原的分布图 ,揭示其时空分布特征。     

利用ERBE和ISCCP资料反演青藏高原地表短波吸收辐射场

利用ＥＲＢＥ和ＩＳＣＣＰ卫星辐射及总云量资料,结合青藏高原地面日射资料,讨论了并提出了该地区地表短波吸收气候反演方法,该法的似合精度较高,平均误差为９．８Ｗ．ｍ＾－２据此计算出７５°Ｅ－９５°豚２５°Ｅ－４０°Ｎ间２．５°＊２．５°经纬网格点和高原６３个站点的各月平均地面吸收辐射通量密度,给制出其在高原的分布图,揭示其基本特征。     

青藏高原地面总辐射的地理分布及其季节变化特征

本文利用日照百分率和卫星云图云量与地面总辐射的关系,分别建立了经验计算公式,並绘制了1982年8月—1983年7月青藏高原地面总辐射旬、月总量分布图。受海拔高度的影响,在青藏高原上形成一自成体系的总辐射高值区,它在一年内可以分成雨季型(7—9月)和干季型(10—6月)两种基本分布型式。它们之间的转换与高原自然天气季节的转换完全一致。青藏高原地面总辐射场季节变化的关键是高值中心位置和范围的变化,它的变化不仅改变整个高原上地面总辐射的地理分布特征,而且还与高原地面热低压的位置、范围变化密切相关。     

青藏高原地气系统辐射收支变化特征及其与气候变化的关系

利用ＥＲＢＥ资料分的了１９８５～１９８８年期间青藏高原地气系统辐射收支的分布特征与几次重大天气气候事件的关系,结果表明,ＥｌＮｉｎｏ期间,高原东南部地区（Ⅲ区即９０°Ｅ以东,３５°Ｎ以南）加热场强度比高原西部地区（Ｉ区即９０°Ｅ以西）及高原东北部地区（Ⅱ区即９０°Ｅ以东,３５°Ｎ以北）要大,ＬａＮｉｎａ期间,高原Ｉ区的热源强度比Ⅱ,Ⅲ区大,高原热源强度大,西南季风弱,反之,西南季风强。     

利用卫星云图对1979年夏季青藏高原月、旬有效辐射场的研究

利用1979年5—8月青藏高原气象科学试验期间6个热源点的地面有效辐射观测资料,分析了有效辐射和天空遮蔽度的关系。结果表明:在整个青藏高原的有效辐射值F可以近似地用天空遮蔽度一个物理量来表征。如果取用TIROS-N气象卫星一日两次的红外云图照片得到的卫星平均云量n_1作为天空遮蔽度特征量的话,则F和n_1之间满足经验关系式:F=a_1-b_1n_1~(1:7)。经验系数a_1和b_1不随地点而变,月值和旬值的相关系数分别为-0.96和-0.90,均方差分别为19和31卡/厘米~2·日,相对误差绝对值平均分别为9.0％和13.0％。利用这个关系式按2°×2°的经纬网格计算并绘制了1979年5—8月整个青藏高原月的和旬的地面有效辐射分布图。     

青藏高原上空云的初步分析

根据1979年青藏高原气象科学实验期间,青藏高原上6个热源观测站的云量和云状观测资料,对青藏高原上空的云,特别是对流云的月际变化、日变化、地理分布与青藏高原雨季的关系进行了初步分析。     

青海高原春夏云量场的EOF分析

主要利用青海省26个代表站1970—2002年33a的春夏(3—8月)地面观测总云量资料，采用经验正交函数(EOF)和累积距平法对高原春夏平均总云量的时空分布特征和变化趋势进行了分析。结果表明：经EOF分解后的前三个特征向量累积方差贡献达80．4％，青海高原春夏平均总云量不但具有变化趋势基本一致的特征，而且存在着东西、南北不同分布类型的差异，云的形成分布受地形抬升和大气波动影响比较明显；春夏平均总云量的年际波动变化呈现出较明显的下降趋势，30多年来春夏平均总云量经历了一次大的波动，70年代至80年代末平均总云量变化趋势为持续上升阶段，自1989年以后为下降阶段。     

三种再分析资料计算青藏高原大气热源的比较

选取NCEP1、NCEP2和ERA-Interim中1981—2010年共30 a的风场、温度场和地面气压场再分析资料,利用"倒算法"计算青藏高原大气热源,对三套资料的计算结果进行了多方面比较分析,并运用Morlet小波法分析了区域平均的高原热源的时间变化特征。结果显示:(1)三套资料计算的季节平均的热源在空间分布上基本一致,夏季高原大部分地区为热源,冬季除高原西北部是热源外,其余地区为冷源。其中,ERA-Interim与NCEP1的分布更为接近;(2)三套资料均表明:就30 a平均而言,青藏高原大气为显著的热源,分布上ERA-Interim与NCEP1相似,量值上NCEP的两套资料更为接近;(3)区域平均热源的月际变化十分一致,相关系数均超过99%显著性检验。NCEP的两套资料对年际变化的描述更为一致,二者相关系数为0.88,ERA-Interim与NCEP两套资料的结果略有差距,相关系数分别为0.78和0.70;(4)整体而言,ERA-Interim资料在反映高原热源方面较优,但也要注意考察该资料给出的高原南坡强热源的真实合理性。     

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。     

利用ISCCP资料分析青藏高原云气候特征

利用ISCCP提供的1983年7月－1993年12月3h一次的月平均卫星决云量资料，将整个高原分为39个网格点，分析了高原总云量的年、季节、日变化规律及其空间分布特征，并根据高原水汽条件和地形动力影响以及环流特征作出一定的科学解释。将ISCCP总云量与地面观测总云量分布形势作了比较，证明了ISCCP－D2资料的合理性。对总云量与OLR进行相关分析，发现夏季相关好，冬季相关差。     

基于多种资料的青藏高原地表感热的对比分析

青藏高原地表感热通量是高原热源的主要分量之一,对高原局地天气系统、我国天气气候以及亚洲季风等都有着重要影响。选取1980～2016年青藏高原的站点资料和ERA-Interim、NCEP1、NCEP2再分析资料,计算高原地表感热通量的分布状况和时间变化特征并对不同资料得到的结果进行比较分析,结果表明:4种资料在夏季的空间分布、年际变化,高原中部的年际变化,以及长期变化趋势上具有较好的一致性,其中ERA-Interim感热资料较优于其他两种再分析资料。青藏高原的地表感热通量分布呈西高东低的特征,年均最大值出现在柴达木盆地,最小值位于贡山;区域平均值春季最大,冬季最小。感热逐月变化呈单峰型分布,不同分区的年际变化均在2001年或2003年由减弱趋势转变为增强趋势。      

1979年5—7月青藏高原及其附近地区热源与水汽的诊断分析

本文利用FGGEⅢ_b级资料对青藏高原及其附近地区1979年5月15日到7月20日的热源和水汽分布进行了计算和诊断分析。所用方法同罗会邦的,计算范围为15—60°N,60—120°E,共分10个小区。分析表明:(1)高原地区是这一时期东亚地区内热源最强和出现最早的。雨季前四周几乎还是热汇时,高原上的热源已经很强,並且在对流层高层最强。(2)高原地区上升运动最强和高空湿度最大。它使四周,特别是南方低空的水汽向高原辐合,然后沿上升气流输送到高原上空,在400hPa以上高空把水汽从高原输送到下游(东边)。从而高原对这一时期的水汽输送起到烟囱效应。     

基于CloudSat和ISCCP资料的中国及周边地区云量分布的对比分析

利用2006年7月至2007年6月的CloudSat 2B-GEOPROF-LIDAR产品资料和国际卫星云气候计划(ISCCP)D2月平均云量数据, 统计分析了中国及周边地区午间、凌晨年平均总云量的分布特征, 并对两种探测手段得到的年平均总云量及其昼夜变化进行了对比分析。结果表明, ISCCP与CloudSat总云量的分布形势在午间和凌晨均具有较好的一致性, 即相对多云与少云中心的位置吻合较好。但是, 两种资料得到的总云量在量值上存在一定差异。对于整个研究区域而言, 午间ISCCP较CloudSat平均总云量偏低8.9%, 凌晨偏低15.1%。除了中国北方少云带和日本岛以北海域等区域ISCCP云量高于CloudSat云量外, 其他区域ISCCP云量普遍低于CloudSat云量, 且在青藏高原、帕米尔高原、横断山脉、云贵高原以及印度半岛南端和热带部分岛屿等区域尤其显著。进一步对比表明, ISCCP与CloudSat云量差值总体上随CloudSat云量的增大而呈线性变化, 在CloudSat少云区ISCCP略有偏高, 而在多云区则显著偏低。此外, 对云量昼夜变化的对比分析发现, 青藏高原地区ISCCP云量昼夜变化量显著大于CloudSat。     

近20年中国地区云量变化趋势

利用国际卫星云气候学计划（ISCCP）最新的D2云气候资料集,给出总云量、高云量及中云量在我国地区的分布特征;分别对季节平均和年平均的时间序列进行线性趋势分析,并进行效果检验。结果表明：近20年来中国大部分地区总云量没有显著的变化趋势,但是,在华南地区和西北部分地区的总云量有增加的趋势,青藏高原中部的总云量有所减少;在不同季节,各地总云量、高云量和中云量的变化趋势是不同的。     

中国区域总云量和低云量分布变化

据1960—2009年606个气象台站总云量和低云量观测数据分析显示,我国总云量总体处于下降趋势,相对于20世纪60至70年代云覆盖年变化平稳阶段,1980 2009年全国平均总云量下降了0.6%,但长江以南沿海地区和新疆少部分地区总云量一直变化比较平稳。低云变化空间不均性差异较大,以四川盆地为中心区域50年间低云持续减少,从20世纪60年代开始,平均每10年年平均下降幅度达4.0%;长江以南、东北东部和新疆西部至青藏高原北部区域低云却增加了,平均每10年增加4.8%。     

阿拉善高原近40a总云量变化特征分析

利用阿拉善高原近40a(1971—2010年)观测年及四季平均总云量,分析其时空变化特征及Hurst指数,并对总云量与降水量、平均气温、日照时数及相对湿度等因子之间的关系进行分析。结果表明:(1)阿拉善高原近40a平均总云量在38.3%~45.8%之间;北部地区年平均总云量减少趋势显著,南部地区呈不明显的减少趋势。(2)年平均总云量与相对湿度呈显著正相关,与降水量、日照时数、平均气温相关不显著。春季、秋季和冬季总云量与降水、相对湿度呈显著正相关,与日照时数显著负相关,与平均气温相关性不显著。夏季总云量和降水量相关不显著,与相对湿度呈显著的正相关,与日照时数和平均气温呈显著的负相关。(3)Hurst指数分析显示,阿拉善高原北部地区年平均总云量、南部地区春季总云量、东北地区夏季总云量未来将显著减少,其余地区年及四季总云量的减少趋势不显著。     

春季青藏高原东部热力异常与东亚夏季风关系的年代际变化

利用1948-2002年NCEP/NCAR逐日再分析及月平均资料,分析了春季青藏高原地区大气热源的气候分布和高原东部大气热源的年代际变化特征及其异常与东亚夏季大气环流关系的年代际变化.结果表明:春季青藏高原东部大气热源在1965年存在加强突变,且1970年以后热源加强趋势十分显著.此外,春季青藏高原东部大气热源异常与东亚夏季风强弱具有年代际关系,表现为1977/1978年前春季高原东部大气热源与东亚夏季风存在负相关关系,1977/1978年后两者的关系不明显.     

青藏高原大气热源与江淮梅雨异常的关系

利用江淮流域1954\_2001年梅雨量资料和同期内美国NCEP/NCAR 逐日高度场、 风场、 比湿场和地面气压场再分析资料, 网格距为2.5°×2.5°。采用模糊聚类、 EOF分解、 合成分析、 SVD分解等方法, 详细讨论了青藏高原大气热源与江淮梅雨的关系。结果表明： 梅雨量区域指数能很好地揭示江淮流域梅雨量的丰枯, 高原大气热源大致以90°E为界, 可分为高原东部型和西部型; 高原大气热源与梅雨量存在显著相关关系, 高原大气热源东部型与江淮梅雨量呈显著正相关关系, 西部型与梅雨量呈显著负相关关系、说明高原大气热源东部型增强, 西部型减弱, 江淮梅雨量异常偏多。高原大气热源东部型减弱, 西部型增强, 江淮梅雨量异常偏少; 反之亦然、SVD分解结果与合成分析的结果完全一致。