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。     

冰云粒子微物理属性在一次强降雨过程中的垂直分布

采用美国宇航局NASA的Cloud Sat卫星资料2B-CWC-RVOD和2B-CLDCLASS,并结合CERES Aqua MODIS Edition 3A资料,分析了一次降水过程中云类型和云中冰粒子微物理属性的垂直分布特征,探讨其与降雨量大小的关系。结果表明:冰云分布在2~11 km,越小的云参量值的出现频率越大。冰粒子有效半径在垂直高度上的分布存在明显的分层现象,且随着高度的升高呈变小的趋势。半径150μm的粒子集中在2~4 km;半径在100~150μm的粒子85.6%分布在2~6km;而半径50μm的粒子在整个云层均有分布,且分布比例随云层的升高而增大。冰水含量在垂直高度上呈近似正态分布,高值分布在云层中部6~7 km,且正在降雨地区云的冰水含量和柱含量值比非降雨区大。冰粒子数浓度随云层高度的上升呈增大的趋势。     

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。     

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。     

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。     

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。     

基于CALIPSO星载激光雷达的中国沙尘气溶胶观测

基于2006年6月至2012年5月无云条件下CALIPSO星载激光雷达观测资料,分析中国典型地区（塔克拉玛干沙漠、柴达木盆地、戈壁区和华北）沙尘气溶胶分布。结果表明：塔克拉玛干沙漠和戈壁区为沙尘天气发生频率高值区,且前者在各高度层的沙尘发生频率都大于后者。沙尘发生呈季节性分布。塔克拉玛干沙漠在春季沙尘发生频率最大,抬升最高可至10 km,冬季频率最小,高度最低,主要分布在3 km以下。戈壁区在春季沙尘发生频率、抬升高度最大,冬季抬升高度最低,但低层发生频率大于夏、秋两季。在塔克拉玛干沙漠,沙尘光学厚度春季最大约为0.44,冬季最小约为0.17,春,冬季消光系数峰值最大,可达0.25 km^-1,且随高度的递减率大于夏,秋季。在戈壁区和柴达木盆地,沙尘光学厚度春季最大、秋季最小。在华北,沙尘光学厚度春季最大、夏季最小,消光系数在2 km以上春季最大,这主要是由于春季远距离高空传输到华北的沙尘量最多。塔克拉玛干沙漠与柴达木盆地的退偏比为0.2~0.35,戈壁区为0.16~0.28,可能是由于塔克拉玛干沙漠的物质组成与柴达木盆地相同,而与戈壁区不同。华北因低层沙尘与其他气溶胶混合导致退偏振比廓线随高度递增。4个区域对流层上部退偏比全为0.2,表明高空气溶胶可能为来自相同源区的沙尘。     

新疆巴州地区降水量、可降水量及降水转化率计算解析北大核心CSCD

利用1965-2014年巴音郭楞蒙古自治州（简称巴州）地区11个气象站降水量和水汽压月资料,运用整层大气可降水量经验公式,计算巴州不同区域降水量、可降水量和降水转化率,并对其进行分析。结果表明：（1）巴州各区域月降水量、可降水量与降水转化率都呈单峰形态分布。（2）各区域夏季降水量均最大,冬季降水量最小,20世纪60年代降水量普遍偏少,80和90年代为降水量的高值年代,巴州从北到南,从东到西,降水量逐渐减少。（3）可降水量近50 a均呈上升趋势,其中上升最为显著的为焉耆盆地,其次为南部地区,四季可降水量均呈现上升趋势,其中夏季可降水量增加最明显。（4）各区域降水转化率均在夏季达到最大,南部地区最小值出现在秋季,其它三区最小值均出现在冬季,北部山区各季节降水转化率均最大。（5）降水量、可降水量及降水转化率相互间均呈正相关关系,降水量与降水转化率之间相关性最好,相关系数介于0.96~0.99之间。     

Statistics of cloud heights over the Tibetan Plateau and its surrounding region derived from CloudSat data

Cloud-radiation interaction has a large impact on the Earth's weather and climate change, and clouds with different heights cause different radiative forcing. Thus, the information on the statistics of cloud height and its variation in space and time is very important to global climate change studies. In this paper, cloud top height (CTH), cloud base height (CBH) and cloud thickness over regions of the Tibetan Plateau, south slope of the plateau and South Asian Monsoon are analyzed based on CloudSat data during the period from June 2006 to December 2007. The results show that frequency of CTH and CBH in unit area over the studied regions have certain temporal-spatial continuity. The CTH and CBH of different cloud types have different variation scopes, and their seasonal variations are distinct. Cloud thickness is large (small) in summer (winter), and the percentages of different cloud types also have certain regularity.     

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。     

东亚沙尘源区晴空和云上沙尘气溶胶特征

利用2006年6月至2012年12月的CALIPSO Level 2 VFM产品、5 km分辨率的Aerosol Profile、Cloud Layer产品以及MISR反演的产品,揭示了东亚地区不同高度层上沙尘的时空分布特征,重点对比分析了东亚沙尘源区晴空和云上沙尘的垂直分布特征、消光系数和光学厚度。结果表明：塔克拉玛干沙漠和戈壁沙漠是东亚沙尘的主要源区,沙尘出现频率具有显著的季节差异,春季最多,夏秋相当,冬季最少,无论在晴空还是有云条件下,前者出现频率大于后者。对于同一地区而言,云上沙尘出现的最大高度较晴空沙尘更高。塔克拉玛干沙漠云上沙尘消光系数高值区集中在2~4 km,而戈壁沙漠则集中在3~5 km,但是在云层之上晴空和云上沙尘消光系数差别不大。塔克拉玛干沙漠以沙尘气溶胶为主,约占总气溶胶光学厚度的77%,晴空和云上沙尘光学厚度平均值分别为0.22和0.15;戈壁沙尘气溶胶约占总气溶胶光学厚度的52%,晴空和云上沙尘光学厚度的平均值分别为0.09和0.06。     

乌鲁木齐市城区和郊区近地层比湿分布和廓线特征

利用乌鲁木齐市城区和郊区的5座100 m气象铁塔10层比湿数据和乌鲁木齐气象站L波段探空雷达资料,详细分析了边界层2 km内比湿廓线特征,城区和郊区近地层比湿季节变化和日变化特征,揭示了乌鲁木齐逆湿的原因,得出以下结果：（1） 乌鲁木齐市比湿季节差异明显,冬季最小,春季、秋季稍大,夏季最大,夏季比湿约为冬季的4~5倍,但秋季仅比春季大1 g·kg^–1。除冬季外,比湿均随高度增加而趋于减小,夏季减小最显著,冬季比湿的垂直变化很小。比湿廓线极小值白天和夜间出现高度相近,且有多个极小值。夏季和冬季比湿日变化最大,且位相相反;夏季夜间大、白天小,冬季与之相反。冬季,郊区比湿小于城区;其余季节城、郊比湿差异不明显。（2） 2 km内存在逆湿现象,逆湿出现概率高于35%,概率1月最大、7月最小。1月逆湿最大高度超过1 500 m,7月逆湿最大高度可达到1 900 m,且最大厚度可达到1 550 m。逆湿强度最大在7月和10月可达2. 5 g·kg^–1·（100 m）^–1,而1月最小。（3） 1月逆湿往往与逆温相伴随,逆温层改变了水汽的垂直分布结构,从脱地逆温层顶起出现逆湿现象,逆湿还与水汽输送有关。本研究可以有效地揭示空气湿度的季节特征,为研究城市大气污染形成的气象因素提供了一个思路。     

基于CERES的宁夏空中云水资源特征及其增雨潜力研究

利用2009-2014年NASA地球观测系统(EOS)云与地球辐射能量系统(CERES)云资料和气象站降水资料,对宁夏北部引黄灌区、中部干旱带及南部山区3个具有不同地形、地貌、气候特征的地区云水资源及增雨潜力特征进行了对比研究。结果表明:宁夏地区大气可降水量在空间分布上呈现从东南向西北方向递减,从季节变化看表现出随夏秋春冬依次递减的特征。在东亚季风和贺兰山地形的共同影响下,全年总云量和低云量在南部山区最大,北部川区最小。云光学厚度与水云粒子半径及冰云等效直径呈显著的负相关关系,其中中部干旱带相关关系最强是开展人工增雨效果最显著的地区。随着全年四季天气气候变化,宁夏人工增雨主要潜力区会逐渐由春季的贺兰山沿山、中部干旱带地区,移动到夏季的银川以南同心以北和固原西南部地区,秋季缩减到海原、西吉一带。