京津冀夏季强降水下冰云宏微观特征

根据Aqua MODIS 2级云产品和Cloudsat的2级产品资料，结合降水数据和MODIS L1B级辐射率数据，对发生在京津冀地区夏季的三次强降水过程中冰云的宏微观物理量的特征进行分析，并探究这些物理量和降水强度的关系。结果表明：在水平分布中，强降水过程中降水强度高值区内云相为冰云，冰云云顶高度在8~17 km，冰云粒子有效半径、冰云光学厚度、冰水路径分别最高可达60 μm、 150、 5 000 g?m^-2；冰云光学厚度、冰水路径、冰云云顶高度随降水强度增大而增大。在垂直分布中，冰云主要分布在3.5 km以上，发生强降水站点的冰云为深对流云，冰云粒子有效半径、冰水含量、冰云粒子数浓度分别最高可达150 μm、 3 000 mg?m^-3 、 500 L^-1；冰云粒子有效半径高值区存在于云层中下部，且随高度上升而减小，冰云粒子数浓度高值区存在于云层中上部，且随高度上升而增加，冰水含量高值区则存在于云层中部；冰云粒子有效半径、冰水含量、冰云粒子数浓度在9 km以上随降水强度增大而增大。     

层状云微物理属性垂直分布的季节变化——以新疆地区为例

利用CloudSat卫星资料2B-CLDCLASS和2B-CWC-RVOD数据集,分别揭示了层云与层积云的云粒子等效半径、数浓度及含水量等微物理属性的垂直分布特征及其季节变化规律。结果表明：层云所在的云层高度比层积云高,特别是春季,层云可以延伸到11.0 km处,而层积云云层所在高度最高出现在夏季,最高延伸到8.5 km处。层云中的冰水分布在1.0~11.0 km,液态水分布在0~9.0 km,而层积云的冰水和液态水均分布在0~9.0 km。层云与层积云的冰粒子等效半径、水云粒子数浓度、液态水含量呈现随云层高度的增加而减小的趋势,冰粒子数浓度随云层高度增加呈增大趋势,冰水含量呈峰值分布,峰值出现在6~10 km范围内。各季节层积云粒子等效半径、粒子数浓度及水含量的最大值均大于层云的对应值,从这方面看,层积云更适合作人工增水对象。     

天山山脉强降水云宏微观物理属性的空间分布特征

天山山脉是新疆重要的水源地,分析这一区域降水云的宏观和微观物理属性的垂直和水平分布,对于科学高效地开展人工增水作业具有重要意义。利用CloudSat和Aqua卫星资料对天山山脉3次强降水过程云高、云厚、冰粒子等效半径和直径(IER、IED)、水粒子等效半径(LER)、冰水含量(IWC)、液态水含量(LWC)、冰水路径(IWP)、液态水路径(LWP)的分析表明:(1)天山山脉强降水云分布在0.9~9.4 km范围内,天山东、西部云底偏低、云体偏厚,而中部云底偏高、云体偏薄。降水云占有率天山中部、东部分别为5%,西部为15.6%。(2)天山山脉强降水云IER以0~60μm为主,LER以0~5μm为主,IWC和LWC集中在0~50 mg·m~(-3),强降水云从低层到高层这些微物理量的低值段占优势,天山山脉西部、中部这些微物理量的低值段随高度呈单峰分布,西部和中部峰值分别出现在云层下部和中上部;天山山脉东部这些微物理量的低值段随高度呈双峰分布,极大值出现在云层下部和上部。(3)天山南脉、天山西部强降水云的IED较小,而天山中部、东部较大;天山中部云的LER较大,天山东部、西部、天山南脉较小;IWP从大到小依次排序为中部、东部、西部、天山南脉;天山中部云的LWP略大于天山西部和东部,天山南脉最小。     

天山山脉强降水云宏微观物理属性的空间分布特征北大核心CSCD

天山山脉是新疆重要的水源地,分析这一区域降水云的宏观和微观物理属性的垂直和水平分布,对于科学高效地开展人工增水作业具有重要意义。利用CloudSat和Aqua卫星资料对天山山脉3次强降水过程云高、云厚、冰粒子等效半径和直径(IER、IED)、水粒子等效半径(LER)、冰水含量(IWC)、液态水含量(LWC)、冰水路径(IWP)、液态水路径(LWP)的分析表明:(1)天山山脉强降水云分布在0.9~9.4 km范围内,天山东、西部云底偏低、云体偏厚,而中部云底偏高、云体偏薄。降水云占有率天山中部、东部分别为5%,西部为15.6%。(2)天山山脉强降水云IER以0~60μm为主,LER以0~5μm为主,IWC和LWC集中在0~50 mg·m^(-3),强降水云从低层到高层这些微物理量的低值段占优势,天山山脉西部、中部这些微物理量的低值段随高度呈单峰分布,西部和中部峰值分别出现在云层下部和中上部;天山山脉东部这些微物理量的低值段随高度呈双峰分布,极大值出现在云层下部和上部。(3)天山南脉、天山西部强降水云的IED较小,而天山中部、东部较大;天山中部云的LER较大,天山东部、西部、天山南脉较小;IWP从大到小依次排序为中部、东部、西部、天山南脉;天山中部云的LWP略大于天山西部和东部,天山南脉最小。     

基于卫星资料的气溶胶对冰云影响及分布特征分析

通过利用2010年1月—2016年12月CALIOP(the Cloud-aerosol lidar with orthogonal polariz?ation)冰云和气溶胶3级月平均产品和MODIS(Moderate-resolution imaging spectroradiometer)大气3级日平均产品研究气溶胶和冰云空间分布特征及气溶胶对冰云的影响。结果表明:纬度与冰云的分布密切相关,在热带附近的高空区域冰云样本数存在极大值区,随着纬度增加,冰云样本数的最大值和大值区所处的高度也在逐渐减小,且南北半球存在差异;气溶胶在地面附近以赤道为对称的低纬度地区存在极大值,北半球气溶胶能发展到5 km左右,而南半球在3 km左右;气溶胶与冰云随时间变化趋势较为一致,冰水含量和冰云粒子半径随时间变化存在相反的关系,气溶胶与冰水含量和冰云粒子半径的变化在时间上没有较好对应;清洁区域由于海盐粒子作用表现出较大的气溶胶光学厚度,但这不影响清洁区具有较小的冰云光学厚度;气溶胶促进了0℃~-10℃和-20℃~-40℃之间的冰云形成;随着温度降低,云中冰水含量减小,冰云粒子半径增大,在污染区域,冰水含量相对于清洁区域更小,冰云粒子半径也小于清洁区域。     

基于 MODIS 和 CloudSat 的京津冀降水冰云季节分布特征

利用 2008 年 9 月~2016 年 8 月 Aqua MODIS 和 CloudSat 卫星数据，筛选出京津冀地区的降水 冰云，同时将其分为 4 个区域讨论，得到关于该地区降水冰云 4 个季节的分布特征，为该地区的人 工影响天气提供依据。结果表明：京津冀整个地区的降水冰云在夏季的发生率都较高，且发生率 有上升的趋势。从整个地区看来，京津冀地区的降水冰云的云顶高度在冬季最低、夏季最高，云顶 温度的最小值在冬季最高、夏季最低；京津冀地区的降水冰云在春夏秋 3 季均以单层云为主，而在 冬季则以双层云为主；京津冀地区的降水冰云的类型按春夏秋冬分别为 7 种、7 种、6 种和 5 种，且在 夏季该地区的降水冰云以深对流云为主（占 48.3%），而其他季节以雨层云为主；京津冀地区降水冰 云微物理量（包括冰水含量、粒子数浓度、粒子有效半径）主要分布高度分别为 0~13.5 km（春季）、 3.5~17.0 km（夏季）、1.0~14.0 km（秋季）、0~11.0 km（冬季）。冰水含量、粒子有效半径和粒子数浓度 的分布高度和最大值均在夏季最高，但粒子有效半径在秋季最低，冰水含量和粒子数浓度在冬季 最低。这 3 种微物理量随高度的分布特征夏季在京津冀各分区较为一致，都呈单峰结构，在其他季 节差异较大。     

基于CloudSat资料分析北疆强降雪天气的云结构特征

利用NASA发布的2008—2015年CloudSat卫星的2B-CWC-RO、2B-CLDCLASS、2C-SNOW-PROFILE和地面气象站的观测资料，对北疆沿天山及其周边区域内21次强降雪天气降雪前和降雪期间卫星过境时云宏微观特征进行了对比分析。本文将研究区域分为了北疆沿天山西部和中部地区，分析结果表明：（1）降雪前和降雪期间的云类型以层云、积云、高层云和深对流云为主。（2）降雪前冰粒子等效半径均值分布在58.65~67.29 μm之间，冰粒子数浓度的均值在41.2~76.5 L-1之间，冰水含量的均值在25.4~135.1 mg·m^-3之间，雪水含量均值在28.0~88.0 mg·m^-3之间，降雪强度均值在0.08~0.36 mm·h^-1之间。（3）降雪前冰粒子等效半径、冰粒子数浓度、冰水含量、雪水含量和降雪强度均值分别比降雪期间大2.9 %、6.2 %、34.4 %、36.4 %和18.7 %，且高值区主要集中在北疆沿天山西部地区。     

西北干旱半干旱区一次层状云系微物理特征分析

利用西北干旱半干旱区一次飞机探测资料、卫星资料，分析了层状云微物理结构以及作业前后云微物理变化，结果表明：（1） 此次层状云系垂直结构配置为冷暖两层，云层发展厚实。云的垂直和水平分布极不均匀。相对层积云，高层云小云粒子浓度低，大云粒子浓度高，液态含水量高。小云粒子浓度尤其是峰值区域与平均直径呈明显反相关。大于60个·cm^-3和35个·L^-1的小云、大云粒子浓度分别主要由3.5~10 μm、50~200 μm粒径段决定。（2） 不同高度云粒子谱为单峰或双峰分布，总体呈单调递减趋势，但云形成和增长条件存在差异。强可播、不可播和可播性冷云粒子谱基本符合负幂指数的单调递减规律，云粒子浓度差异较大，自然冰晶浓度不可播云较高，可播云次之，强可播云较低。（3） 作业后小云粒子浓度明显降低，在6.5~20 μm粒径段降低了2个量级左右，大云粒子浓度明显增加，谱宽增大，尤其在大于150 μm粒径段。     

石羊河流域下游青土湖近地层风尘分布特征

青土湖属于极端干旱区典型的干涸盐湖,盐尘中含有密度很高、粒径极细的盐碱粉尘,严重污染空气,危害地表植被,威胁干旱区绿洲生态安全。利用建立在青土湖的近地层0~50 m沙尘观测系统近2 a监测的数据,对近地层0~50 m盐尘的分布规律及风速的变化特征进行研究。结果表明:(1)风速在0~50 m垂直梯度的分布符合经典的风速随高度的增加而增大的基本特征,廓线方程遵循幂函数关系;年内月平均风速最大为5月,最小为11月,且表现出明显的季节变化特征,春、夏季平均风速大于秋、冬季;近地层18~2 m内风切变指数较大,且春、夏季风切变指数相对较小;34~28 m、50~34 m内风切变指数变化较小,且四季变化不明显。(2)盐碱沙尘水平通量的空间分布随高度的增加而增加,在垂直高度上遵循幂函数变化规律;受下垫面梭梭林的影响,在6 m高度处有一个较为明显的增加。(3)沙尘水平通量与风速之间呈现出幂函数关系,且呈明显的正相关关系。     

石羊河流域下游青土湖近地层风尘分布特征北大核心CSCD

青土湖属于极端干旱区典型的干涸盐湖,盐尘中含有密度很高、粒径极细的盐碱粉尘,严重污染空气,危害地表植被,威胁干旱区绿洲生态安全。利用建立在青土湖的近地层0~50 m沙尘观测系统近2 a监测的数据,对近地层0~50 m盐尘的分布规律及风速的变化特征进行研究。结果表明：（1）风速在0~50 m垂直梯度的分布符合经典的风速随高度的增加而增大的基本特征,廓线方程遵循幂函数关系;年内月平均风速最大为5月,最小为11月,且表现出明显的季节变化特征,春、夏季平均风速大于秋、冬季;近地层18~2 m内风切变指数较大,且春、夏季风切变指数相对较小;34~28 m、50~34 m内风切变指数变化较小,且四季变化不明显。（2）盐碱沙尘水平通量的空间分布随高度的增加而增加,在垂直高度上遵循幂函数变化规律;受下垫面梭梭林的影响,在6 m高度处有一个较为明显的增加。（3）沙尘水平通量与风速之间呈现出幂函数关系,且呈明显的正相关关系。     

新疆层云和层积云冰粒子属性的季节变化

利用CloudSat 卫星资料,选取冰粒子的等效半径（IER）、数浓度（INC）、含水量（IWC）,统计分析了层云、层积云微物理量的垂直分布和季节变化。层云/层积云小粒子（0～50 μm）、中等粒子（50～80 μm）、大粒子（≥80 μm）出现频率分别为18.7%/16.3%、77.6%/62.6%、3.7%/21.2%。在IER 垂直分布上,层云小、中等粒子在云层中部出现较多,层积云小粒子在云层上部出现较多,中等、大粒子在云层中部出现较多。层云/层积云INC低值段（0～50 L^-1）、中值段（50～100 L^-1）、高值段（≥100 L^-1）出现频率分别为90.1%/76.5%、9.6%/19.5%、0.3%/4.1%。在INC垂直分布上,层云低、中值段在云层中部出现较多,层积云低、中值段分别在云层中部、上部出现较多。层云/层积云IWC低值段（0～50 mg·m^-3）、中值段（50～100 mg·m^-3）、高值段（≥100 mg·m^-3）出现频率分别为96.7%/82.8%、3.2%/13.4%、0.1%/3.7%。在IWC垂直分布上,层云低值段在云层中部出现较多,层积云低、中值段分别在云层中部、上部出现较多。     

古尔班通古特沙漠南缘干季土壤水分含量空间异质性

土壤水分含量是荒漠植被发育的主要制约因子。对古尔班通古特沙漠南缘个体、群落、丘间地0~100 cm干季土壤水分含量的空间异质性进行分析。结果表明：（1）同尺度下,土壤水分含量随土层深度增加呈显著升高趋势,且表层土壤水分含量的变异系数高于其他土层。（2）个体尺度,梭梭树干基部周围土壤水分含量在垂直和水平方向存在格局分异。垂直方向,土壤水分含量随土层深度增加呈升高趋势。水平方向,随距树干基部距离增加,坡顶土壤水分含量呈升高趋势,坡中和坡底土壤水分含量呈降低趋势,但没有显著差异。（3）梭梭群落尺度上土壤水分含量异质性较强,且呈斑块状分布。（4）地形是影响丘间地尺度土壤水分含量空间分异的主要因素,形成坡底土壤水分含量最高、坡中次之、坡顶最低的空间分布格局。     

塔克拉玛干沙漠腹地复合型纵向沙垄区近地层沙尘水平通量及粒度特征

利用BSNE梯度集沙仪采集塔克拉玛干沙漠腹地复合型纵向沙垄区近地层80m高度内秋季不同高度的沙尘物质,探讨沙尘天气下水平输沙通量差异及沙尘的粒度特征。结果表明：由于受到复合型纵向沙垄的影响,沙尘天气过程近地层沙尘水平通量并不遵循幂函数或指数函数分布,在20m以下随高度增加而降低,在32~63m随高度增加而增大,并且在24m和63m两个高度处出现转折点。各层沙尘平均粒径64~80μm,以极细沙为主,分选系数0.96~1.12,分选性中等偏差。粒径频率曲线呈双峰分布,主峰值出现在80~110μm,次峰值在10~12μm,反映了沙尘组成的复杂性,远源沙尘在各高度层的变化幅度较小,以局地和区域源为主。沙尘水平通量与沙尘粒度变化表明沙尘天气主导风速风向、强烈的上升运动及纵向沙垄是影响沙尘水平通量垂直差异的重要因素。     

半湿润地区农田土壤粉尘释放的风洞模拟研究

采用风洞模拟手段对地处半湿润区的北京市农田土壤风蚀中的粉尘释放规律进行研究。结果表明,研究区农田粉尘释放强度随风速增大呈指数规律增大,粉尘在风蚀物的含量随风速增大呈指数规律降低。近地表粉尘质量流量随高度增加呈幂函数规律降低,在风蚀物中的含量随高度增加呈线性增大。粉尘粒径随风速增大而变粗,之后达到稳定状态。近地表粉尘粒度组成沿垂直方向的变化可以划分为两段,0～20 cm高度层的双峰态分布和20～60 cm高度层的三峰态分布。随着高度增加,释尘粒度组成变细。     

新月形沙丘表面100cm高度内风沙流输沙量垂直分布函数分段拟合

为研究新月形沙丘表面不同层位风沙流输沙量的垂直分布函数,实测了塔克拉玛干沙漠腹地典型新月形沙丘表面100 cm高度内(以1 cm分隔)的输沙量。分段拟合分析表明:新月形沙丘迎风坡脚输沙量垂直分布规律不完全服从指数函数,出现与戈壁风沙流结构特征相似的"象鼻效应",在0~3 cm区间内输沙量逐渐增大,3cm以上输沙量随高度呈指数函数衰减;沙丘顶部0~10 cm区间输沙量随高度呈指数函数衰减,10 cm以上呈二次函数衰减;沙丘左翼端输沙量随高度呈幂函数分布,沙丘右翼端0~20 cm内以指数函数衰减,20 cm以上呈三次函数衰减;沙丘背风坡脚风沙流输沙量在0~60 cm和60 cm以上分别呈不同形式的三次函数分布。     

祁连山北坡垂直带土壤碳氮分布特征

对祁连山北坡垂直带山地草原、森林、高山灌丛土壤有机碳和全氮的分布特征进行了研究,结果表明:土壤有机碳和全氮含量山地草原<青海云杉林<高山灌丛,表现为随海拔升高呈现上升趋势,且海拔3 100 m以上土壤碳、氮含量显著高于3 100 m以下土壤碳、氮含量;土壤有机碳和全氮在土壤剖面中的垂直分布大多表现为0~10 cm含量高于10 cm以下各层次的含量。土壤有机碳和全氮含量与土壤水分含量呈显著正相关(r=0.913,0.874,n=117,p=0.001),和年平均气温呈显著负相关(r=-0.883,-0.869,n=10,p=0.001),表明了气候因子对有机碳和全氮在垂直带上的空间分布起决定作用。整个垂直带土壤碳氮比在7.8~24.7间,有利于有机质矿化过程中养分的释放。作为祁连山北坡垂直带乔木林主体部分,青海云杉(Picea crassifolia)林土壤碳密度为18.13kg/m2,与一般常绿针叶林土壤碳密度相当,但远小于针叶林中的云冷杉林土壤碳密度。     

基于FY3A资料的天山山区暴雨云相态分析

利用2009-2011年基本地面气象站降水资料和FY3A/VIRR资料,对暴雨云团在可见光、近红外、红外通道变化特征进行分析,采用多通道多阈值方法,进行云相态判识,识别密实冰云、薄卷云、多层云、低层水云。利用此判识方法对发生在新疆天山及沿天山一带的两次暴雨天气过程云相态特征进行分析,并结合地面降水资料分析了云顶粒子为冰相态的云对地面产生降水的贡献,结果表明:利用FY3A/VIRR的1通道、4通道、5通道、6通道、10通道的资料可以有效地识别出云顶粒子的相态,当亮温值233 k,云顶粒子为冰相态云在0.65μm和1.6μm两个波段具有较大反差,当对流发展旺盛,云层较厚时,两者之间的差值达到4倍左右;通过对暴雨个例的分析,产生暴雨的区域与冰相态的云区较吻合,验证了判识阈值选取的合理性,这为天山山区暴雨监测提供了辅助的手段。     

基于CALIPSO卫星产品的中国区域异质核化冰云比例差异

利用 2012 年 1 月 ~ 2015 年 12 月 CALIPSO 冰云 3 级月平均产品（CAL_LID_L3_Ice_ Cloud） 对中国区域异质核化冰云比例进行分析，研究冰云的比例分布与季节变化特征，探究中国区域冰 云分布情况和影响冰云分布的因素。结果表明：中国南北部冰云的比例差异与地面 2 m 温度、地表 长波净辐射通量和来自地面的冰核有关。-40 ~ 0 ℃之间的冰云比例水平分布，中国大陆北部比中 国大陆南部高约 30%，季节性变化规律明显，冬季南北差异大，夏季南北差异小；云箱温度在-30 ~ 10 ℃之间的冰云，中国大陆北部比例比大陆南部平均高出约 5%，春季、秋季、冬季北部冰云比例 均高于南部，夏季温度在-8 ℃以下，南部的冰云比例超过了北部的冰云比例；在对流层（10 km 以 下），冰云比例分布中国大陆北部比南部高，南北部之间冰云比例差异在 6 km 左右显示出峰值，约 50%，四季冰云比例随高度增加均呈现增大的趋势，且北部冰云比例均高于南部。     

天山山区与塔克拉玛干沙漠云水资源的对比分析

采用NASA地球观测系统(EOS)云与地球辐射能量系统(CERES)2002年7月至2004年6月CERES SSF AquaMOD IS Edition 1B云资料,对天山山区和塔克拉玛干沙漠云水资源进行了研究。得到的结果不仅包括云量、云液态水柱含量,还包括云滴尺度,为无人区的人工增水作业和天气气候研究提供了基础数据。与以往的卫星观测云气候全球数据集相比,该资料具有更高的空间分辨率,且其观测仪器和云反演方法得到了进一步改善,因此其结果较以往更可信。研究结果表明,两地区云参量年变化规律不尽相同,在数值上有很大差别。除了动力条件和气候背景以外,这可能与沙尘气溶胶可以影响云的物理特性和生命期有关。由年变化来看,天山山区的月平均总云量为47%~72%,而塔克拉玛干沙漠为12%~50%;天山山区低云的月平均液态水柱含量为56.6~96.0 g/cm2,高云为30.5~59.8 g/cm2。而塔克拉玛干沙漠低云的月平均液态水柱含量为19.4~43.9 g/cm2,高云为9.3~59.0 g/cm2;天山山区的月平均云滴半径低云为12.6~16.0μm,高云为8.6~14.8μm。而塔克拉玛干沙漠地区低云云滴半径8.8~...     

乌兰布和沙漠流动沙丘下风向降尘粒度特征

选择乌兰布和沙漠典型流动沙丘进行定点野外观测,分析了沙丘下风向不同距离及不同高度降尘的粒度特征及其来源。结果表明:乌兰布和沙漠降尘空间变化大,降尘以细沙为主,随着距离的增加,细沙物质逐渐减少,粉沙和极细沙含量显著增加。降尘平均粒径2.5~3.1 Φ,且随距离、高度的增加而变大。分选系数随着距离、高度的增加而变差; 2 m高度偏度近乎对称,若设沙丘高度为H,则只有在距离为8 H时正偏,高0.5 m处降尘在距沙丘0.5~1 H近对称,2~8 H皆是正偏;峰度随距离的增加逐渐变窄,且2 m高度的变化晚于0.5 m高度。乌兰布和沙漠降尘以局地物质为主,远源物质及区域物质比例很低。<70 μm的远源物质及区域物质的降尘与下风向距离呈正相关,主要来源于沙漠边缘的荒地、河湖沉积物、农田草地,而>70 μm的局地物质的降尘与下风向距离呈负相关,主要来源于沙丘下垫面沙粒的气流短距离输送。