基于卫星资料的青藏高原卷云特性研究北大核心CSCD

青藏高原(下称高原)地区是中国气候的敏感区,为准确认识其上空的卷云特征,利用MODIS的M YD06二级云产品数据,对高原地区卷云的概率分布、云顶高度、粒子有效半径以及光学厚度进行了统计分析。结果表明:(1)卷云在3月和4月出现概率最高,10 12月出现概率最低。在全年中,卷云概率分布为双峰型,1 4月为一个高峰期,7 8月为另一个高峰期;两个低值期出现在5 6月和912月。(2)6月和10月卷云云顶高度的概率分布会产生显著的变化。卷云云顶高度平均最大值出现在7 8月,最小值出现在1 2月。(3)卷云的粒子有效半径主要分布在5~40μm之间,15~25μm间概率最大。卷云粒子尺度平均最大值出现在8 9月,最小值出现在12月至次年2月。(4)卷云的光学厚度主要分布在0~40之间,0~10间概率最大。卷云光学厚度最大值出现在8 9月,最小值出现在12月至次年2月。     

基于CALIPSO卫星资料的京津冀地区MODIS卷云云顶高度订正

卷云在大气辐射中扮演着重要角色,对天气系统和气候变化产生重要影响。相比传统地基观测手段,卫星遥感更容易探测到高层卷云的信息,本文利用CALIOP主动遥感仪器可获取较为准确的薄卷云特性的特点,针对MODIS被动遥感探测器反演的薄卷云云顶高度的偏差开展订正研究。研究选取2013～2017年京津冀地区MODIS云产品,结合CALIPSO卫星的卷云云顶高度数据,基于交叉验证的方法得到线性拟合方案,对MODIS卷云云顶高度进行订正。订正后的MODIS与CALIPSO卷云云顶高度差值的分布区间由?3～2 km变为?2.0～2.5 km,峰值由?0.8 km左右变为0.2 km左右。订正效果随云顶高度和云光学厚度的不同有所变化,其中较低层卷云和光学薄卷云的订正效果更明显。     

基于CERES卫星资料的青藏高原有效辐射变化规律

有效辐射作为地表辐射平衡的重要组成部分,其对大气的加热对辐射平衡,能量平衡以及周边大气环流起着重要的作用。基于2000-2014年的Aqua/CERES卫星产品地表长波辐射及其他相关参数,研究了青藏高原(下称高原)地区全天气和晴天两个不同条件下地表有效辐射的时空分布及其成因。结果表明:在高原地区有效辐射呈现出西部地区较大,东南部较小的空间分布。由于高原有效辐射的变化存在区域性的不同,应用经验正交分解方法将高原分为高原西部边缘(Ⅰ区)、中西部腹地(Ⅱ区)、东北(Ⅲ区)和东南(Ⅳ区)4个气候区。有效辐射与地表向上长波辐射的增加(减弱)趋势基本一致,而大气逆辐射的改变对有效辐射的影响在不同气候分区的不同季节呈现出不同的变化趋势,且云通过增加大气逆辐射进而减小有效辐射。在高原中西部腹地(Ⅱ区)以冷平流为主,相对湿度偏低,而在其他三个地区则以暖平流为主,相对湿度偏高。温度平流和大气水汽等因子均通过影响大气逆辐射进而影响有效辐射。研究结果可为认识高原整体非绝热加热特征及影响机理提供参考。     

卷云卫星探测新发现

<正>NCAR科学家Steve Massie利用迄今分辨率最高的卫星云资料,即NASA卫星搭载HIRDLS(HIghResolution Dynamics Limb Sounder)与CALIPSO(Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder SatelliteObservations)观测数据,推算出2006年9月至2007年8月之间卷云的逐月分布,分析了卷云在垂直与水平方向的变化,发现卷云的水平尺度在12月至次年1月最大,夏季最小。他们的片状卷云(laminar cirrus)季节图是迄今为止最为完整的同类卷云图。     

卷云对青藏高原的射出长波辐射影响的研究

本文叙述了一种求解卷云射出长波辐射的方法。通过建立卷云示迹模式,用累加法进行分析,并通过分析卷云的一些微物理特征,假设卷云含水量垂直分布模式,由三层近似化筒求得射出长波辐射通量密度。根据模式计算得到:1.与卫星观测青藏高原高云地区对应射出长波辐射通量密度基本一致的结果。2.卷云底高度及卷云厚度与射出长波辐射通量密度相关的一些有意义的结果,并讨论了青藏高原上卷云影响的特殊情况。     

基于CERES资料的东亚地区单层卷云物理特性时空分布特征

利用2003-2016年的CERES SSF（Clouds and the Earth"s Radiant Energy System Single Scanner Foorprint） 数据,对东亚不同区域的单层卷云物理特性进行研究。结果表明：（1）单层卷云量在东亚地区为25％-46％,低值区分布在青藏高原和云贵高原;单层卷云云厚多为1.2-2.4 km,除南部地区外,东亚其他区域的单层卷云在冬季较厚。（2）东亚地区单层卷云冰粒子等效半径范围集中在22-32 μm,东部海域年平均值在14年中均为最大。冰水柱含量范围集中在12-30 g/m2,西部地区为主要高值区,14年的年平均值均大于24 g/m2。（3）单层卷云光学厚度的高值区（1.7-2.1）分布在青藏高原及其附近,低值多出现在西太平洋上空。东亚五个子区域的云光学厚度均在春季较大。     

基于CloudSat卫星资料的青藏高原云系发生频率及其结构

应用2006年5月至2013年5月7年的Cloud Sat卫星观测资料,针对青藏高原上空不同高度、不同季节8类云(卷云、高层云、高积云、层云、层积云、积云、雨层云、浓积云)的发生频率,分析研究了青藏高原地区云的水平和垂直分布特征及其物理成因,为数值预报模式对云系模拟能力的评估提供了有效的验证信息。研究表明:青藏高原云的发生频率为35%,其中:低云的频率最大,接近21%;中云次之,频率14%;高云的频率最小。垂直分布上,低云最大频率的高度为5~6 km,中云为7~8 km,高云为11~12 km。水平分布上,高原东南部、西北部云发生频率较高,是高原的两个相对多云中心。低云与总的云频率水平分布基本一致;中云是高原北部、中部频率高,南部低,与低云明显不同;高云主要是夏季在高原南部频率高。从不同季节来看,冬季高原西部的低云频率高;春季高原中北部的中云频率高,西部和东南部的低云频率高;夏季南部的低云和高云频率高;秋季云发生频率都很低。在物理成因上,低云的形成主要是地形抬升作用,中云的形成与高原热力作用相关。     

基于CloudSat卫星资料分析青藏高原东部夏季云的垂直结构

本文利用CloudSat卫星资料,对青藏高原东部2006~2010年6~8月云垂直结构的空间分布进行分析,结果表明:(1)夏季青藏高原东部云发展可达到平流层,且高原东部云在5km以下以水云存在,5~10km以液相和固相共存的混态存在,在垂直高度10km以上以冰云存在。由于CloudSat卫星资料云相的反演问题,可能会造成水云和混态云的发展上限偏低,冰云的发展下限抬升。(2)研究区整层水汽输送和云水平均路径空间分布存在一定的差异性,云水含量纬向分布表现为在26.5°~30.5°N附近存在一个明显的峰值区,经向分布表现为95°E以西云水含量低于以东。(3)研究区以单云层为主,尤其在青藏高原主体。单云层平均云层厚度4182 m,云顶高度、云厚限于水汽的输送,表现为由南向北波动下降。多层云发生频率在27°N以北明显减少,说明强烈的对流运动更容易激发多层云的产生。     

青藏高原地表热状况的卫星资料分析

在云辐射强迫→地表热力强迫→气候变化→云辐射强迫这一反馈过程中,地表热力过程是一个要环节。青藏高原地表热状况集中集现了青藏高热力作用的基本状态,因而 热力强迫作用下的气候变化如降水、季风等密切相关。因此,研究青藏高原地表热状况的变化,对深入了解青藏高原热力作用及其对周边气候环境的影响,进而对气候变化预测有重要意义。本文利用１９８３年７月至１９９０年１２月菜９０个月的ＩＳＣＣＰ－Ｃ２卫星观测地表温度     

青藏高原地表反射率卫星反演资料的评估

该文重点介绍了ＩＳＣＣＰ资料中的地表可见光反射率资料及ＬｉＺｈａｎｑｉｎｇ等用参数化反演模式从ＥＲＢＥ宽带行星反射率得到的地表反射率资料。我们选择青藏高原及其邻近地区为目标区，结合高原野外地面观测资料对它们进行了比较和评估，分析了误差的可能原因，并提出了反演青藏高原地表反射率时注意的问题。     

青藏高原夏季卷云分布特征及生成机制研究

卷云在地球能量平衡和大气水循环中扮演着重要的角色。本文使用“云卫星”(CLOUDSAT)联合“云-气溶胶激光雷达与红外探路者卫星”(CALIPSO)数据分析了2007-2010年青藏高原区域夏季6-8月的卷云分布特性和生成机制。结果表明,研究期间高层卷云发生数远远高于低层卷云发生数,高层卷云主要分布在高原南部地区,而低层卷云除了高原西部,在高原的边缘均有较大的发生频率。重力波耗损量和低层卷云发生数成正相关,重力波耗损量越大,导致卷云发生数越多,这是因为高原地区卷云的形成与重力波导致的温度扰动密切相关。深对流活动主要分布在青藏高原东南部,当向外长波辐射(OLR)低于140 W·m^-2,即深对流活动最强时,高层卷云日发生数呈现爆发性增长,远高于高原北部和西部地区。青藏高原南部边缘除了受深对流的影响,水汽含量和垂直向上风速也与卷云发生密切相关,呈现从南到北逐渐减少的趋势,这与高原地形的抬升强迫有直接关系。     

卫星反演降水资料在青藏高原地区的适用性分析

利用2000—2012年青藏高原附近地区251个台站的降水观测资料评估了CMOR.PH、PERSI—ANN、TRMM3B41RT、TRMM3B42RT和TRMM3B42V7等5种卫星反演降水资料在青藏高原地区的差异性和一致性。结果表明,5种卫星反演降水资料均能较好地表征降水量在青藏高原地区从东南向西北递减和夏季降水多、冬季降水少的特征。通过分析相对误差和空间相关系数表明,5种卫星资料在夏季的反演效果最好、冬季最差,白天好于夜间。相对于其他4种资料,TRMM3B42V7资料与观测值之间的差异最小,除了冬季一段较短时间内空间相关系数较低外,一年之中大部分时段空间相关系数都在0.5以上。CMORPH仅次于TRMM3B42V7,在青藏高原地区的适用性也较好;对不同等级降水频数的反演效果表明,CMORPH和TRMM3B42V7反演的小雨降水频数与台站观测值基本一致,高估了大雨和暴雨的降水频数,而TRMM3B42V7对中雨降水频数的反演较为合理。     

基于CloudSat资料对中国低纬度陆地区域卷云物理特征的研究

利用2008年9月—2016年8月的CloudSat卫星资料对发生在我国低纬度陆地区域(5°～36.5°N, 78°～124°E)的卷云物理特征进行统计分析,并分别讨论东部沿海、中部、西部3个子区域的卷云物理特征的季节变化。结果表明：卷云的整层发生率西部地区整体低于中部与东部沿海地区。3个子区域整层发生率均在夏季最高、冬季最低。卷云的主要发生高度在5.04～18.71 km,垂直分布中卷云发生率的最大值出现在春季中部地区,为15.34%,高度为9.83 km。冰水路径最大值出现在夏季的东部沿海,液水路径最大值在秋季的西部地区。冰水含量、冰粒数浓度、冰粒有效半径的主要分布高度与卷云的发生高度一致,液水含量、液滴数浓度、液滴有效半径的主要分布高度在5.04～9.35 km。3个子区域卷云冰水含量、冰粒数浓度、冰粒有效半径垂直分布中大多集中在中上部;液水含量垂直分布主要集中在分布高度的中下部。四季卷云雷达反射率因子的最大值在-19.89～-16.78 dBZ,分布高度在7.19～10.55 km。     

基于CloudSat/CALIPSO卫星资料的青藏高原云辐射及降水的研究进展

青藏高原上空的云及其相关联的降水和辐射影响了高原上空非绝热加热的空间结构。2006年卫星发射升空的CloudSat/CALIPSO卫星提供了定量的、完整的云垂直结构信息。本文回顾了国内外基于该资料进行的青藏高原上云宏观和微观结构特征,云与降水相关性,云辐射效应以及模式中的云-辐射问题方面的研究。指出抬升的青藏高原上水汽较少,限制了高原上云的垂直高度,对云层厚度和层数有显著压缩作用。在云量及其季节变化上,单层云的相对贡献大于亚洲季风区的其他区域;夏季对流云比较浅薄,积云发生频率最高,云内滴谱较宽;降水云以积云和卷云为主,云对总降水的贡献随着云层数增多而减小,降水增强时高层冰粒子的密集度趋于紧密;夏季青藏高原地区云的净辐射效应在8 km高度存在一个厚度仅1 km左右但较强的辐射冷却层,而在其下（4~7 km高度之间）为强的辐射加热层。最后展望了未来需要进一步开展的研究。     

基于OLR资料的青藏高原地区对流活动研究

本文利用1980～2019年美国NOAA系列卫星观测的向外长波辐射(OLR)月平均资料和欧洲中心ERA5月平均地表热通量资料,研究青藏高原(以下简称高原)地区OLR与对流活动的时空分布及其演变特征,以及地表热通量与高原夏季对流活动之间的关系.结果表明:高原地区平均OLR强度由高原周边地区向中部递减,高原东部OLR低于西...     

利用卫星数据分析青藏高原云微物理特性

青藏高原(下称高原)对东亚大气环流、气候变化及灾害性天气的形成和发展都有重要的影响.首先比较了不同空间分辨率数据对云微物理特性分析结果的影响,结果表明,在整体区域性变化分析中,利用0.01°×0.01°高空间分辨率的MODIS数据和2.5°×2.5°低空间分辨率的ISCCP数据所反映的云特性变化趋势相当.与ISCCP资料相比,高空间分辨率的MODIS资料可以更多地反映出云的局地性特征.其次,利用近10年高空间分辨率的卫星资料分析了高原云微物理特性的时空变化,结果表明,近10年高原上云的光学厚度有减小的趋势,云水路径的年、季变化有少许波动,但多年变化没有明显趋势.在空间分布上,高原云光学厚度和云水路径从东南向西北减少,充分反映了高原西北部干旱少雨,东南部湿润多雨的事实.     

利用TRMM卫星资料对青藏高原地区强对流天气特征分析

利用热带测雨卫星TRMM(Tropical Rainfall Measure Mission)多种探测结果,结合NCEP再分析资料,研究了发生在青藏高原地区的一次强对流天气特征,综合分析了高原地区对流云特殊的水平、垂直结构特征。结果表明:(1)该强对流降水系统由几个孤立、零散的块状降水云团组成,以深厚弱对流降水为主,微波亮温的低值区也呈孤立、零散的块状分布,并且整个对流系统的云顶高度一致偏高,深厚强对流降水的雨谱主要集中在1～20mm.h-1的范围内,90%以上的深厚弱对流降水样本数和降水量都集中在0～5mm.h-1范围内,在垂直方向上呈被"挤压"状态。除云冰粒子集中在6～18km高度外,可降冰、可降水和云水粒子都集中在低层8km以下,冰雹天气表现为可降冰粒子在低层含量偏高。(2)高原地区强对流天气的特征与其他地方的不同,表现为雨强较小,比平原地区明显偏弱,且对流云降雨样本在不同降雨率范围内分布不均匀,降水云团雨顶高度也远低于平原地区的对流云,地表降水率大值区与微波辐射亮温低值区呈不完全对称分布,潜热释放呈单峰型。(3)高原地区强对流系统发生时,垂直上升运动在400hPa达到最大,水汽主要集中在400hPa高度以下的范围内。     

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。     

ATMS和CrIS卫星资料同化对青藏高原天气预报的影响

利用WRF模式和GSI同化系统同化美国最新一代的ATMS和Cr IS卫星资料,探讨卫星辐射资料同化对青藏高原天气要素预报准确性的影响。进行了四组试验模拟,即无资料同化的控制试验(CTRL)和三组同化试验,三组同化试验分别为:只用常规观测资料进行同化(CONV)、常规观测资料和ATMS卫星资料同化(ATMS)、常规观测资料和Cr IS卫星资料同化(CRIS)。分析了2015年1月及7月的温度场、相对湿度场和风场的预报能力,除了分析近地表2 m温度场、2 m相对湿度场及10 m风场外,也分析了高地形区域以及低地形区域不同高度层上气象要素的预报能力。结果表明:ATMS和CRIS同化对青藏高原天气要素预报效果改进并不具有普遍性,ATM S同化试验可以有效的增进7月低地形区域的2 m温度场、7月高地形区域2 m相对湿度场以及1月高地形区域10 m风场的24 h、48 h预报能力;CRIS同化对1月高地形区域2 m温度场24 h预报、1月与7月高地形区域10 m风场24 h与48 h预报有改善效果。就垂直分层来讨论,CRIS同化试验不管在哪个高度分层都无法有效地改进模式预报能力,ATMS同化试验则在不同分层、不同变量场有着不一样的预报效果。资料同化后温度场预报主要的误差来源是系统性误差,而相对湿度场和风场在同化后主要误差是由非系统性误差造成的。整体上ATMS同化试验效果优于CRIS同化试验。     

卫星遥感结合气象资料计算的青藏高原地面感热特征分析

本文选取1981年7月至2012年12月美国国家航空和航天局（NASA）制作的归一化的动态植被指数（NDVI）资料、根据NDVI值计算地表热力输送系数（C_H）的参数化关系式（C_H-I_NDV）和青藏高原70个常规气象观测资料,计算了青藏高原全区的逐月地表热力输送系数（C_H）,讨论了其时空分布特征,并在此基础上计算了高原70个常规台站的感热通量（SSHF）序列,并与已有感热资料进行了对比。随后,探讨了地面感热通量的气候特征及其年际变化与气候因子的关系。结果表明:高原地区的C_H值具有明显的空间差异和季节差异,表现为东高西低、夏季大、冬季小的特点。感热的年际变化在冬季主要响应于地气温差的变化,夏季则受地面风速影响较大;由于风速减小趋缓,地气温差增大,变化趋势在2003年前后由减弱趋势转变为增强趋势,这种趋势的转变最早发生在2001年秋季,且在高原全区具有较好的一致性。