用相同观测方法提高云量观测质量

云量是指云遮蔽天空视野的成数，分为总云量和单云量，日常工作中所记录的云量实质为观测员所看到的视云量。云量的观测全靠目力估计，观测员本身的主观成分大，加上云在不停地运动变化着，常常分布零散，形状不规则，给观测记录带来不少困难。不同的观测员，特别是不同的     

ASC200型地基双波段全天空云量自动观测仪云量比对分析

采用ASC200型地基双波段全天空云量自动观测仪2019年2—5月在中国气象局长沙国家综合气象观测试验基地和上海宝山国家基本气象站的连续观测数据，分别与人工观测云量及器测云量参考标准进行比对，从综合云量、可见光云量及红外云量3方面初步探究其云量观测能力。比对结果显示：该设备长沙站和宝山站综合云量样本与人工云量参考标准差值在±20%以内的样本分别占总量的92.2%和79.4%，长沙站综合云量样本与器测云量参考标准差值在±20%以内的占样本总量的90.5%，差值在±10%以内的占样本总量的86%。结论如下：①ASC200综合云量样本与人工及器测云量参考标准一致性良好；②验证了可见光云量观测系统在雾霾等天气条件下观测能力较弱，红外云量观测系统对卷云的观测能力较弱；③在能见度良好的观测条件下，双波段云量观测系统的云量观测能力优于单一波段云量观测系统。     

目测云量的几种方法

云量是指云遮蔽天空视野的成数 ,即观测者眼晴所看到的视云量。云量的观测全凭目力估计 ,主观成分较大 ,加之云体本身在不断运动和变化、不能构成完整的、规则的几何图形 ,这就对观测者正确判断云量的多少带来一定的难度。不同的观测方法 ,所观测的结果也就不同 ,特别是天边附近云量的观测 ,在实际工作中 ,往往估计偏多。针对以上问题 ,我们对云量的观测归纳为以下几种方法。1　等分切割法首先 ,观测者将可视“天穹”看做一个圆面(因为“天穹”在地面投影本身就是一个圆面 ,而云量观测与云的高度无关 ,仅与云在视“天穹”投影上所占面积大小…     

全天空成像仪云量计算方法的改进

全天空成像仪（total sky imager 440,TSI-440）可以实现白天全天空云量的持续自动监测,时空分辨率较高,得到的云量计算结果更精确.首先介绍了TSI-440的基本原理和资料格式,并基于太湖地区2008年5-10月的TSI-440资料及无锡站地面观测资料,采用统计方法详细地分析了不同天气情况下图像的成像特征及云量的计算误差.结果发现：图像的成像特征与能见度密切相关,红蓝比值随着能见度的减小而增大.另外,仪器在处理阴天图像及复杂天空（多云）图像时,易造成一定的云量计算误差.针对上述问题,本文通过直方图分析,重新选定了红蓝比阈值（晴空点阈值0.62,云点阈值0.66）,基于新阈值计算的云量结果较仪器自带的处理结果更为准确,减小了因天气状况不同而产生的云量计算误差.     

地基红外测云仪探测能力分析

利用地基红外测云仪(WSIRCMS)在2011年11月北京观象台的连续观测数据,从总云量、云底高和天空类型3个方面初步分析其探测能力。结果表明:1该仪器能够不分昼夜同时实现云高、云量(高、中、低和总云量)和天空类型的连续自动探测;2与参考标准云量的差值在±10%以内的样本数占总样本数的72.5%,有霾存在时,对中高云的观测能力较弱,造成云量观测结果差异较大;3与激光云高仪的天顶方向的无云一致率达94.9%;在中低云情况下,云高观测结果一致性较好,高云时存在较大差异,WSIRCMS观测云高偏高;4与人工分类的天空类型一致的样本数占总样本数的82.63%,对波状云、积状云和混合云的识别能力稍低。     

基于红外实时阈值的全天空云量观测

红外测温传感器在旋转平台控制下定时对全天空进行扫描,拼接全天空红外辐射亮温图像。利用天空中的云点与非云点在红外波段中表现出的不同特性,考虑不同仰角方向天空中云点与非云点的温度差异,结合地面环境参数,实时拟合天顶到水平区间内晴空时刻的温度阈值函数,利用阈值分割方式得出全天空云分布及云量信息。该方法可以有效减少地面环境参数及太阳光照对云图的影响,能够全天实时运行。将利用该方法获取的数据分别与人工观测数据及典型天气条件下可见光测云结果进行对比,结果表明该系统在云量观测方面具有一定的先进性和准确性。     

基于晴空阈值法的全天空红外图像云量计算

为提高新疆戈壁地区云的自动化观测水平,基于全天空红外成像仪(WSIRCMS)获取的红外辐射图像,利用辐射传输模式SBDART分析了仪器测量波段对有云无云状况的敏感性并构建了拟合方程,同时利用典型季节的晴空辐射样本拟合了晴空曲线并统计形成了晴空阈值,最后利用统计晴空阈值对全天空红外辐射图像进行云像素识别和总云量计算。将不同季节总云量计算结果同人工观测结果对比验证表明：观测时段算法计算总云量和人工观测总云量差值在±2成以下的概率均在80%以上,说明该方法具有较高的准确度和较强的实用性,在观测业务中具有较好的应用前景。     

全天空图像分析西藏羊八井2009～2010年云量特征

运用西藏羊八井观测站2009～2010年近1年的高时空分辨率全天空图像资料分析了测站上空的日间云量特征。年平均总云量统计结果为5.2;冬夏季节云量分布差别明显,夏季平均云量大,冬季小;无云、少云天气多出现在冬季上午,而夏季午后满云情况较多;1～4月及11、12月(冬半年)云量日变化特征明显,上午逐步增加,至17:00(北京时间)左右到达高值,随后逐步下降,形成白天云量渐多夜间云量消散的"循环"过程。运用该地资料还分析了运用时间概率方法估算的点云量与实际云量的差异,小时平均结果显示无云及满云天气条件下二者云量一致性较高,而对中等云量天气二者相差较大。更长时间尺度(天平均)的统计对比表明,随着统计样本增加二者差距缩小。总体来看少云天气情况下点概率云量估算低于实际天空云量,当天空多云时点概率云量则大于实际天空云量。     

利用扫描式红外亮温仪对天空云量的试验观测

利用中国科学院大气物理研究所中层大气与全球环境探测实验室自主开发研制的全自动扫描式天空红外亮温仪,于2007年4-8月在北京市气象局南郊观象台进行了试验观测.利用获得的天空红外亮温数据和南郊观象台(54511站)实时地面气象数据,进行了天空云量的计算.将整点前30 min内观测的云量的平均值作为与观象台观测对应的整点观测云量,分不同情况与观象台目视观测结果进行了对比分析.结果表明:(1)对于中低云,两种观测的云量比较一致,但如果在此期间云消散或增加很快,则差别较大.其主要原因是观测的时间和方式不同所造成的.(2)对于以卷云为主的天空情况,特别是高层薄卷云的情况,两种观测的云量差别较大.原因是受到目前试验所使用的红外传感器低温测量范围的限制(-50℃),以及判定云的阈值算法目前还只对于中低云比较适用,对于卷云的判断能力比较薄弱.(3)对于天空情况比较复杂,以及能见度不好的情况(气象站目视云量记录为10-),两种观测的云量差别也很大.其差别既受到仪器性能的影响,也与观测员视力与经验有关.仪器受到最低测量温度的限制,反演算法也有其不确定性,而观测员在低能见度时的观测局限性亦是一个重要原因.利用SIRIS-1进行云量和云底高度观测的优点是时间分辨率高,且全天时自动化,但对于卷云的判断还较薄弱.     

总云量产品在中国区域的分析检验

对ISCCP、常规观测以及MODIS总云量3种目前使用较多的总云量资料进行对比分析, 重点考察时间序列较长的ISCCP和常规观测总云量, 给出定量对比结果, 为使用这3种总云量资料的用户提供参考。研究表明:ISCCP与常规观测总云量相比, 7月二者的空间分布具有很好的一致性, 但白天ISCCP总云量比常规观测总云量多, 夜间却往往比常规观测总云量少, 二者误差分布表现为东部和东南部小于西北部的特征; 而1月二者空间分布比较一致, 但是在天山和东北地区高、低值中心经常不匹配, 这两个区域总云量资料需慎用; 7月ISCCP总云量精度明显高于1月。ISCCP、常规观测以及MODIS总云量对比结果表明:1月MODIS总云量比其他两种资料大, 而7月为最小。相对常规观测, 1月ISCCP总云量精度优于MODIS, 而7月MODIS总云量略优于ISCCP。     

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。     

近40年青藏高原东侧地区云、日照、温度及日较差的分析

统计分析了半个世纪以来，气候变冷区域青藏高原东侧地区云，日照，温度和日较差的变化及相互关系。结果表明，青藏高原东侧地区气候变化具有显著的区域特征,总云量与日照比全国平均情况有更密切的反相关系，并且都与日较差有很好的线性相关。在春，夏季，它们都与温度有，但秋，冬季相关不明显。最后指出了云和日照可能是青藏高原东侧地区春，夏季温度变化的重要原因，而秋，冬季则与亚洲范围大气环流及青藏高原影响等有关。     

太湖无锡地区近40a来日照的变化特征分析

利用无锡站1961—2000年日照时数、日照百分率、总云量及低云量资料，对太湖无锡地区近40a来日照的变化特征进行分析，阐述了其年变化及多年变化特征，分析了日照时数与日照百分率、总云量、低云量之间的关系。结果表明：日照时数呈减少趋势，年日照时数的减少幅度为99．72h／10d，其中又以夏、秋季减少最快；日照时数年内变化为夏秋季大、冬春季小；日照时数与日照百分率变化趋势不完全相同；日照时数与总云量、低云量呈负相关；年日照时数存在突变现象。     

不同分辨率BCC_AGCM模式对东亚区域垂直云量的模拟

基于ISCCP(International Satellite Cloud Climatology Project)和NCEP(National Centers for Environmental Prediction)资料分析了BCC_AGCM2.1(Beijing Climate Center_Atmospheric General Circulation Model 2.1)和BCC_AGCM2.2模拟的云在东亚的垂直分布特点,并探讨了误差来源。两个模式大体上模拟出了总云量的分布形势,较好地模拟出了垂直方向上云量大值带随地形的变化特点,但模拟的总云量偏少。AGCM2.2模拟的云量整体上小于AGCM2.1,除复杂地形外AGCM2.2没有体现出高分辨率的优势。模式对中国东部环流场的模拟效果差导致模拟的云量偏少,尤其是AGCM2.2。模拟的对流层高层相对湿度明显偏大导致高层云量偏大。模式在近海面模拟的相对湿度偏小,四川盆地及周围地区冷季模拟的水汽含量偏少,因而模拟的云量偏少。模式云量对相对湿度的响应能力较好,模拟出了云量对垂直速度和稳定度的响应,但地区差异不明显。模式的云参数化方案中云与相对湿度的关系系数需要调整,应更利于云的生成。     

Short‐term volume changes of the Greenland ice sheet in response to doubled CO2 conditions

This paper focuses on the rôle of accumulation and cloudiness changes in the response of the Greenland ice sheet to global warming. Changes in accumulation or cloudiness were often neglected, or coupled to temperature changes. We used model output on temperature, precipitation and cloudiness from a GCM (ECHAM4 T106). The GCM output was used to drive the Greenland model that exists of a vertically averaged ice flow model, coupled to a 1D surface energy balance model that calculates the ablation. Variables are temperature, accumulation and cloudiness. Sensitivity experiments with this model show that changes in accumulation are very important for the ice sheet mass balance, whereas cloudiness is of secondary importance. If the Greenland model is forced by the GCM output, the Greenland model is found to contribute 70% less to sea level rise after 70 years than is indicated by the results presented in the IPCC report. This large discrepancy is mainly due to the fact that the enhanced ablation is strongly compensated by increased accumulation. Comparing the result obtained here with changes in mass balance derived directly from the same general circulation model, indicates a 20% larger contribution to sea level. This increase is due to changes in ice flow, and a different method for the ablation calculation.     

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。     

Cloudiness over the Black Sea region in 1985–2009 from satellite data

The seasonal and interannual variability ofcloud fraction over the Black Sea region for the period of1985-2009 is analyzed using the CM SAF dataset obtained from the satellite measurements of a high-resolution AVHRR instrument. The features of geographic distribution and seasonal variations in cloudiness are investigated. The causes for its spatial inhomogeneity in different months are analyzed. It is demonstrated using the long-term dataset that the dramatic decrease in the amount of cloudiness occurred over the Black Sea region from 67% in 1985 to 54% in 2008. The value of the trend is -0.4% per year. Both the trends and the features of interannual variability of cloudiness, in particular, strongly pronounced four-year cycles, are in antiphase with variations in sea surface temperature. The cloudiness reduction accompanied by the increase in the influx of short-wave radiation may be the basic reason for the warming and sea surface temperature variations in the Black Sea region.     

Winter cloudiness variability in the Mediterranean region and its connection to atmospheric circulation features

The temporal and spatial variability of winter total cloud cover in southern Europe and the Mediterranean region and its connection to the synoptic-scale features of the general atmospheric circulation are examined for the period 1950–2005, by using the diagnostic and intrinsic NCEP/NCAR Reanalysis data sets. At first, S-mode factor analysis is applied to the time series of winter cloud cover, revealing five factors that correspond to the main modes of inter-annual variability of cloudiness. The linkage between each of the five factors and the atmospheric circulation is examined by constructing the 500 hPa and 1,000 hPa geopotential height anomaly patterns that correspond to the highest/lowest factor scores. Then, k-means cluster analysis is applied to the factor scores time series, classifying the 56 years into six distinct clusters that describe the main modes of spatial distribution of cloudiness. Eventually, canonical correlation analysis is applied to the factor scores time series of: (1) 500 and 1,000 hPa geopotential heights over Europe and the North Atlantic Ocean and (2) total cloud cover over southern Europe and the Mediterranean, in order to define the main centers of action in the middle and the lower troposphere that control winter cloudiness variability in the various sub-regions of the area under study. Three statistically significant canonical pairs are revealed, defining the main modes of atmospheric circulation forcing on cloudiness variability. North Atlantic oscillation and European blocking activity modulate the highest percentage of cloudiness variability. A statistically significant negative trend of winter cloudiness is found for central and southern Europe and the Mediterranean region. This negative trend is associated with the corresponding positive trends in NAO and European blocking activity.     

我国卫星总云量与地面总云量分布的对比分析

根据国际卫星云气候学计划（ISCCP）的总云量和地面总云量资料,分析并讨论了两者在我国的空间分布和单站年变化中的相关性和差异性,对比了两种总云量的全国分布形势。结果指出,在总趋势大致相似的前提下,卫星总云量图能更好地揭示青藏高原、塔克拉玛干沙漠以及沿海地区的云气候特征。最后还就青藏高原总云量分布特点作了分析。