厄尔尼诺次年夏季中国地区云的变化特征及其与降水的关系

基于1961—2010年中国地面台站和卫星观测等多种数据,对不同类型厄尔尼诺事件次年夏季中国地区云的变化特征和不同类型降水的变化特征进行了分析,探讨云的变化特征与总降水异常的复杂联系。结果表明:站点数据中,厄尔尼诺事件次年夏季总云量和低云量的异常与降水异常分布形势大致相同;积雨云、雨层云和层积云等低云的出现频率有所增加。云量与降水异常在全国范围内表现出显著的正相关;通过显著性检验的正相关站点,云量与降水异常的线性关系也通过了显著性检验,总云量和低云量与降水的增加比例分别接近1:3和1:1。卫星观测数据中,厄尔尼诺事件次年夏季高云量、深对流云量、光学厚度和云水路径的变化与站点降水异常基本呈正相关;黄河以南地区总降水的变化主要来源于对流降水的异常,其贡献比例高达80%。中国东部地区低云对降水具有很好的指示作用;厄尔尼诺事件次年夏季南方地区总降水的异常主要来自对流降水的变化;对流降水异常增加与深对流云的异常增多有关。厄尔尼诺事件的发生使得次年夏季中国季风区对流活动增强,对流云云量增多,云层增厚,云顶向上发展,故而对流降水增加,异常雨带形成。      

1961～2005年新疆夏季低云量长期变化特征及影响因素分析

利用新疆51个观测站1961～2005年低云云量资料,采用趋势分析、小波分析等方法分析了新疆夏季低云量的长期变化特征,并对500hPa环流指数与新疆夏季低云量做奇异值分解,重点讨论了极涡对新疆夏季低云量的影响。结果表明:近45年新疆夏季低云量增加趋势显著,并在1987年发生突变;新疆夏季低云量存在2～3年、准6年和准11年的显著周期;环流分析表明新疆夏季低云量与副热带高压、极涡及青藏高原高度场指数关系密切,当极涡面积减小、强度减弱时,西亚高空急流偏弱,新疆上空高空急流偏强,而低层大气主要表现为南风增强,水汽输送辐合加强,因此新疆夏季低云量偏多,反之,低云量偏少。     

四川地区云和空中水资源分布与演变

利用1971～2000年台站云降水资料和NCEP再分析资料,分析了四川地区云和空中水资源的分布与演变。研究发现:四川地区平均总云量为7.2成,低云量4.7成,全年阴天日数193.5天,降水日数154.0天,小到中雨日147.1天;全年大气可降水量为181.7kg.m-2。云有明显的季节变化特征,总云量夏季最高,春季次之,冬季最低,低云量夏季最高,秋季次之,冬季最低。大气可降水量夏季最大,秋季次之,冬季最少。云和小到中雨日的空间分布具有明显的地域性,且夏季分布与全年分布显著不同。在高原上,总云和低云、降水日、小到中雨日呈相反的变化趋势,总云在平均状态附近波动略有减少,而低云、降水日、小到中雨日在平均状态附近波动略有增加;在盆地内,云和降水日的演变趋势相同,总云量、低云量、降水日、小到中雨日都在线性减少。30年来四川地区大气可降水量线性变化则略有增多。     

黄河上游玛曲地区近40a云量的变化特征

利用玛曲国家基本气象观测站1971—2010年的总云量、低云量等观测数据,用线性趋势分析、小波分析等方法对玛曲地区近40 a总云量、低云量的月、季、年际、年代际变化和周期性变化特征进行分析。研究表明,近40 a来,平均总云量距平在-0.1%～0.1%之间,保持了很好的稳定性,平均低云量以4.0%/10 a的速率递增;春、夏、秋季低云量呈现出不同程度的增多趋势,夏季增加趋势非常明显达7.3%/10 a。平均总云量周期变化不明显,平均低云量有明显的6～7 a的周期。玛曲地区在总云量保持稳定的情况下低云量不断增多,夏季低云量的增多趋势非常明显,且积雨云的增多是主要特征,是对玛曲草原气候变化的一种响应机制,反映出在气候变暖的大背景下,玛曲草原对流性天气活动频繁。     

近43 a潮州市蒸发变化特征及其影响因素

利用潮州市气象观测站1969—2011年蒸发量、平均气温、降水、总云量、平均风速、水汽压和相对湿度等资料,采用距平百分率、累积距平、Mann-Kendall、小波分析等方法,分析潮州市蒸发变化特征及其影响因素.结果表明：潮州市蒸发量在20世纪70年代和80年代最多,90年代最少,四季蒸发量的波动比较明显;突变检验表明,20世纪70年代日照时数出现突发性上升,但是没有出现明显突变点;通过对全年和季节蒸发量的周期分析,在比较显著的时间尺度上蒸发量目前处于偏多的时期;年蒸发量减少与平均气温增加关系密切,同时也和夏季日照时数的增加有一定关系.     

末次冰期冰盛期中国地区水循环因子变化的模拟研究

ISCCP卫星资料(1983—2006年)的结果显示:青藏高原地区是高云的高值中心;而以四川为中心直到同纬度的中国东南沿海地区是中云的高值区,同时,青藏高原地区是中云的低值中心。利用全球气候模式CCM3嵌套区域模式MM5模拟了现代和末次冰期冰盛期的气候。MM5模拟的结果与ISCCP的卫星资料对比表明:模拟结果再现了中国地区高云和中云分布的主要特征。这暗示云分布的气候特征可能主要由相对湿度决定。同时,通过MM5的结果与NCEP资料的对比也说明,模式可以较好地模拟水汽和温度的垂直分布。在此基础上,研究了末次冰期冰盛期水循环因子的变化。模拟结果显示:末次冰期冰盛期夏季对流层的温度降低,在对流层中上层存在温度降低的中心;而在冬季在南方的对流层中层存在降温中心,在北方的对流层中上层温度升高。大气中水汽含量与温度变化有很好的正相关,除了冬季北方对流层中上层水汽增加外,水汽含量一般降低,而且在近地层降低的最多,随高度增高水汽变化逐渐变小。但是,水汽的相对变化在对流层上层存在降低的高值中心。相对湿度存在变化,最大的变化超过15%,而且有增加,也有减少。在区域尺度相对湿度不是保守的。相对湿度变化与中云和低云的变化一致。在末次冰期冰盛期,中国地区高云量减少,除中国西南地区外,中云和低云量减少,低云量减少的最多。降水的变化与中云和低云的变化相对应,云量增加降水增加,云量减少降水也减少。从相对湿度和有效降水可以看到在西南地区末次冰期冰盛期变得潮湿,在夏季西北地区也变得潮湿。     

中国天山区域云量的变化及其与降水的关系

基于1961-2008年天山区域24站云量的逐日资料,使用相关和M原K检验等统计方法,分析中国天山区域云量的时空变化特征及其与降水的关系。结果表明：（1）春季、秋季和冬季,伊犁河谷以北总云量最多,夏季则在中天山和东天山的部分区域最多,低云量在夏季占总云量的比重最大;（2）区域平均总云量在春季和秋季呈减少趋势;低云量在各季节均呈增加趋势,尤其在冬季和夏季;（3）总云量的年代际变化不明显,而低云量自20世纪90年代至今,都处在高值期。（4）低云量在春季、夏季和秋季,均在20世纪90年代,而冬季在2000年左右发生了由少到多的气候突变;总云量未发生明显的气候突变。（5）总云量和低云量均和同期降水有较好的相关性。春季低云量和夏季降水,相关系数可达0.52。     

近二十年全球变暖背景下东亚地区云量变化特征分析

利用ISCCP的D2云气候资料集，采用趋势分析方法得到了东亚地区1984—2006年各种不同种类云量的变化趋势，并重点分析了全球变暖背景下气温与不同云量变化之间的关系。结果表明：近20年东亚地区总云量和高、低云量呈现波动减少趋势，减少量分别为2.24%、1.65%和1.68%，中云量呈增加趋势，增加量为1.07%；且云量变化存在较大的区域差异。温室效应所导致的东亚地区气温改变和水汽含量变化，是导致云量分布变化的重要原因，在青藏高原、孟加拉湾及热带辐合带区域的气温与高云存在显著负相关，与中、低云存在正相关，而在西太平洋、日本以东以北洋面的气温与低云呈显著负相关，与高云呈正相关。     

基于多源卫星资料的中国地区云宏微观特征研究

利用2007—2016年国际卫星云气候计划（International Satellite Cloud Climatology Project,ISCCP）、云和地球辐射能量系统（Clouds and the Earth''s Radiant Energy System,CERES）和中分辨率成像光谱仪（Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer,MODIS）卫星反演云产品,对比分析了不同数据反演的中国地区云系结构的宏微观特征,并采用复合评价指标定量评估了不同数据之间时间和空间上的一致性。结果表明：三套卫星数据都能较好地反演出中国地区总云量呈南高北低、东高西低、夏高冬低的分布特征,但通过比较时间技巧（Temporal Skill,S_T）及空间技巧（Spatial Skill,S_S）复合评价指标及其各项分量发现,与MODIS相比,CERES与ISCCP数据反演的总云量时间序列演变特征明显更为一致,且其评分均有南方优于北方,夏季优于冬季的特征;进一步分析不同高度云量的S_T评分发现,CERES和ISCCP两套数据在南方地区的总云量差异主要来自于低云量的绝对偏差,而北方地区的偏差则同时存在于低云和中云;对比分析MODIS和CERES反演的云滴有效半径发现,高云对应的冰相云一致性较高,而中低云相对应的液相云的偏差则有夏季高于冬季的规律。针对夏季液相和冰相云滴粒径及概率密度分析则表明,相比CERES数据,MODIS对夏季液水和冰水粒子的有效半径在不同地区均有不同程度的高估,液（冰）水谱宽则更宽（窄）。     

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。     

西北地区不同类型云的时空分布及其与降水的关系

利用1983年7月～2001年9月国际卫星云气候计划ISCCP D2的月平均资料，对西北不同区域不同类型云的云量和云水路径的时空分布及其与降水的关系进行了研究。结果表明:高原气候区是各种云出现最多的地区，特别是积状云的云量明显高于其他两区，但这些云的云水路径值低；西北地区大多数云云量的高值区出现在天山山区、北疆地区、陕西东南部和青藏高原的部分地区。高云和部分中云云量空间分布特征与降水有着较好的一致性:沿着天山—昆仑山—祁连山一带以及陕南和／或陇南地区是高值区，低值区在塔里木盆地—内蒙古西部戈壁沙漠—黄土高原西北部一带；绝大多数云类春夏季节云量维持较高，秋冬季节云量较少。云水路径值较大的层状云类的云量多寡与降水多寡相一致；积状云类和层积云类云量多少与降水没有一定的关系，在降水偏少时，这类云的云量大多与降水正常时相近，有些云的云量甚至比降水偏多时还要多。     

Simulations of Hydrological Cycle Changes Between the LGM and the Present Day over China

Based on the International Satellite Cloud Climatology Project (ISCCP) data in 1983–2006,it is found that there is a high value center of high cloud amount over the Tibetan Plateau (TP),while there is a high value center of middle cloud amount over the Sichuan Basin extending to the coastal area of southeastern China along the same latitude,and a low one over the TP.The present day (PD) and Last Glacial Maximum (LGM) climates are simulated by using the NCAR Community Climate Model (CCM3) nested with a regio...     

Cloud Properties and Its Relation to Precipitation over Northwest China

The temporal and spatial distribution of cloud properties over Northwest China has been analyzed using the ISCCP (International Satellite Cloud Climatology Project) monthly mean D2 data from July 1983 to September 2001. The result shows that the regional average total cloud amount, optical thickness, and water path are 52.5%-58.3%, 2.6-6.6, and 44.9-77.6 g m-2, respectively. The major feature of spatial distribution is that higher value areas of cloud properties are all over Tianshan, Kunlun, and Qilian Mountains, while the lower values of cloud properties are over Tarim Basin, the western desert of Inner Mongolia, and the northwestern part of the Loess Plateau. The higher values of cloud amounts are generally associated with higher level of precipitation. For example, the amounts of stratiform clouds with large water path values are good consistent with precipitation. But the amounts of cumuliform and stratocumuliform clouds do not have de nite relation to precipitation.     

中国东部云-降水对应关系的分析与模式评估

为评估和改进模式中不同类型云与降水的对应关系,利用1998—2007年卫星-台站融合降水资料和国际卫星云气候计划的卫星观测云资料,采用诊断方法分析了中国东部季风区冬季层云、夏季对流云、层云与降水的水平分布及季节变化对应关系,并评估了BCC_AGCM模式的T42和T106分辨率版本对云-降水对应关系的模拟能力。观测资料分析结果表明,中国东部冬季云带和雨带都稳定少动,降水主要来自雨层云和高层云,南部沿海层云和层积云也对降水有贡献;夏季,中国东部表现为层积混合云降水特征,对流云带与降水带具有较好的对应关系,并具有一致的移动特征。对流降水主要来自深对流云和卷层云,深对流云云量和降水中心完全吻合,卷层云云带则表现出比深对流云主体和降水带偏北的现象;层云降水主要来自高层云和层积云。模式评估结果表明,中、低分辨率版本的BCC_AGCM模式均模拟出了冬季层云和稳定少动的降水带、夏季深对流云、卷层云和降水带的对应关系及随季风推进的移动特征。与T42模式版本相比,T106模式版本在夏季对流云云量的模拟及其与降水带的对应关系方面有所改善,说明改进的BCC_AGCM积云对流参数化方案与高分辨率模式网格更匹配,但冬季层云云量模拟误差变大,与降水带的对应关系变差,其原因值得进一步分析研究。     

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。     

中国大陆卫星反演云参数的评估

该文选取１９８３年７月和１９８４年１月份代表夏季和冬季，利用中国地面气象月报的云量资料以及多年平均的地面观测云气修资料，与中国大陆地区ＩＳＣＣＰ卫星反演的去量和云状资料进行了对比分析。参照大气环流和云天气气候特征，从卫星得到的从云状是比较合理的，但干旱沙漠地区的高云量的估计不足，低云估计偏多。     

Cloud cover over the Tibetan Plateau and eastern China: a comparison of ERA5 and ERA-Interim with satellite observations

This study examines the progress made by reanalyses and satellite products in the estimation of cloud cover over China: the ECMWF reanalyses ERA5 and ERA-Interim, geostationary satellite observation Himawari-8 (H8) and the International Satellite Cloud Climatology Project H-series (ISCCP) product. There is great similarity in spatial patterns of cloud cover in reanalyses and satellite observations, especially between ERA5 and H8. Distinct characteristics of the seasonal evolution of cloud cover are shown over the Tibetan Plateau (TP), the southeast (SE) and northeast (NE) of China. Differences in magnitudes of cloud cover exist. Overestimations are about 10% for reanalyses and about 20% for ISCCP in compared with certain cloud cover in H8. When probable cloud (about 10%) in H8 is included in the estimation, biases reduce the most in ERA5. The cloud hit rate (CHR) and false alarm rate (FAR) in against H8 and ISCCP reveal that simulated clouds in ERA5 have been improved especially over eastern China, but with limited improvement over TP in compared with ERA-Interim. Diurnal variations of cloud cover are characterized by increases during daytime over those three regions. Amplifications of diurnal variation vary over different regions and months. Satellite observations and ERA5 indicate distinguished diurnal cycle of cloud cover over TP, while further investigation based on ERA5 reveals coherent diurnal cycle in meteorological environment. Long-term changes of cloud cover highlight decreasing trends over TP and particular during March in past decades based on ISCCP and ERA5, which require further investigation in future.     

中国西北地区云的分布及其变化趋势

利用1983年7月—2001年9月ISCCP D2云的月平均资料,针对西北地区15种不同类型云的分布特征进行了分析,给出了中、低云量之和以及高云量在3个气候子区的多年变化趋势,初步探讨了其形成机制。结果表明:水层云、冰层云、水雨层云、冰雨层云和深对流云的光学厚度和云水路径值最大;水层云主要出现在天山山区、北疆地区和陕西南部,冰层云主要出现在北疆地区,水雨层云、冰雨层云和深对流云以及水高层云、冰高层云、卷层云的云量高值区在天山—昆仑山—祁连山一带以及陕南和/或陇南地区,因此上述地区也是有利于人工增水作业的地区。近20年中,高云量在3个气候区都呈明显下降趋势,中、低云量之和则呈上升趋势。西北地区云与地气系统之间可能存在这样一个过程:地面气温的升高,促使地面蒸发加剧,从而导致中、低云量增多而使降水增多,同时高云云量减少。