赤道地区一次中β尺度对流云团的观测分析

应用MTSAT红外云图、NCEP再分析资料、船载微波辐射计和自动气象站资料对2014年12月22日发生在赤道中太平洋地区的一次中β尺度对流云团降水过程进行研究,揭示了热带对流云团的垂直结构及演变特征。分析表明:(1)中β尺度对流云团的生成和发展与低层切变线有直接关系,云团发展过程呈现尺度小、发展快、移动快的特点。(2)该对流云团向西倾斜的不对称结构造成了降水在东西向的不均匀分布。(3)云团中心与强降水区相互对应,并伴有瞬时大风、低能见度现象。云团中心附近呈现低层存在逆温层、高层多个"冷团"的现象,与中纬度对流降水"中间暖、两头冷"的特点迥然不同。     

梅雨锋上中尺度对流云团的分析

本文利用每小时红外增强显示（EIR）和红外（IR）云图，6小时降水量及常规气象资料，对1991年6月12—14日和7月6—7日江淮地区大暴雨过程进行分析，给出了梅雨锋上中尺度对流云团活动的特征（包括生成源地、生命史、移向移速及对流云团生成的几种形式）；讨论了中低纬度云系相互作用对暴雨云团发生、发展的重要性；最后概括出中尺度暴雨云团发生、发展的云模型和概念模型。     

青藏高原那曲地区一次深对流云垂直结构的多源卫星和地基雷达观测对比分析

为了加强对青藏高原深对流云垂直结构的深入认识,利用TRMM、CloudSat和Aqua多源卫星观测资料及地基垂直指向雷达（C波段调频连续波雷达和KA波段毫米波云雷达）资料,对第三次青藏高原大气科学试验期间2014年7月9日13-16时（北京时）发生在那曲气象站附近的深厚强对流云和那曲气象站以西100 km左右的深厚弱对流云的垂直结构特征进行了分析,得到的结果如下:（1）深厚强对流云和深厚弱对流云的水平尺度均较小（10-20 km）,垂直发展高度较高（15-16 km,均指海拔高度）;深厚强对流云在0℃层以下雷达反射率因子递增非常快,表明对流云内固态降水粒子下落至0℃层以下后融化过程有很重要的作用;在对流减弱阶段有明显的0℃层亮带出现,亮带位于5.5 km左右（距地1 km）;（2）对比TRMM测雨雷达和C波段调频连续波雷达观测到的雷达反射率因子,发现TRMM测雨雷达在11 km以下存在高估;（3）深对流云主要为冰相云,云内10 km以上主要是丰富小冰粒子,而10 km以下是较少的大冰晶粒子;深厚强对流云和深厚弱对流云的微物理过程都主要包括混合相过程和冰化过程,混合相过程分为两种:一种是-25℃（深厚强对流云）或-29℃（深厚弱对流云）高度以下以凇附增长为主,另一种是该高度以上主要以冰晶聚合、凝华增长为主,该过程冰晶粒子有效半径增长较快。这些空基和地基的观测证据进一步揭示了青藏高原深对流云的垂直结构特征,为模式模拟青藏高原深对流云的检验提供了依据。      

中－β尺度云团造成不同降水强度的对比分析

本文对发生、发展在长江中游地区两个中－β尺度云团引起不同强度的降水，进行了对比分析，弄清它们之间的异同，进一步探讨了中－β尺度对流云团产生强降水的条件，从而为难以预报小范围的暴雨提供一些物理依据。     

Comparative Analysis on MCC and Cloud Clusters of General Rainstorm during ＇0811＇ Rainstorm Process

利用T6391°×1°分析场、FY-2红外云图、红外辐射亮温（TBB）、闪电定位和气柱水汽总量等资料,对2010年8月11日发生在山西南部暴雨过程（即“0811”暴雨过程）中的中尺度对流复合体（MCC）和其北部的一般暴雨云团进行了对比分析,结果表明,（1）山西北部暴雨带主要由6个J8中尺度对流云团生成、发展及合并造成;山西南部区域性暴雨则由MCC的生成、发展、东移所引发。（2）山西北部的暴雨云团在850hPa暖切变线南部生成和发展,并在地面切变线附近合并;山西南部的MCC由3个β中尺度对流云团发生、发展及合并形成,该对流云团在700hPa次天气尺度切变线上触发生成;MCC发展、成熟阶段,α中尺度云团沿925hPa暖切变线东移;减弱阶段,随西太平洋副热带高压的南退而南压。（3）在西太平洋副热带高压西进北抬的背景下,同一次暴雨过程中,MCC发生在5880gpm边缘弱的斜压环境中,高层则出现在高压北侧的反气旋环流中;一般暴雨云团发生在5840gpm边缘较强的斜压环境中,高层则出现在急流人口区的右侧。（4）MCC作为大型的中尺度对流系统,不但对低层高温高湿能量的需求比一般暴雨云团更多,而且在垂直方向上,要求湿层、高能舌及暖温结构更深厚。（5）山西南部MCC影响区和5880gpm线边缘为负地闪覆盖区,正地闪主要出现在其北部一般暴雨云团影响区和5840gpm线附近。与MCC相比,一般暴雨云团影响下,局地闪电开始及闪电峰值的出现较降水的开始及降水峰值的出现有更多的提前量。（6）山西北部暴雨云团出现在气柱水汽总量梯度的大值区及水汽锋上;山西南部MCC则出现在水汽锋南侧气柱水汽总量的大值区。气柱水汽总量对“0811”暴雨过程有36h的提前量,对暴雨的落区有很好的指示意义。     

1998-2009年间台风不活跃期间热带云团活动分析

热带云团是台风生成的前兆,虽然一些研究将近20 a来台风不活跃与大尺度环境场相联系,但是还没有人分析台风不活跃期热带云团的活动特点。本文利用目前仅有的1989-2009年全球热带云团资料,分析了西北太平洋热带云团近20 a的变化特征。1998年以后西北太平洋台风生成减少主要发生在7-10月,集中在南海（13～23°N,110～120°E）和西北太平洋台风活动区域的东部（13～23°N,145～170°E）。热带云团除1月外各月都有增加的趋势,特别是与台风生成显著减少区域相联系的热带云团活动具有显著的增加趋势。通过对NCEP/NCAR再分析资料分析发现,1998年后热带云团活动增加与环境风垂直切变增加有关,而增强的垂直切变不利于台风生成。     

2002-07-04子长特大暴雨中尺度分析

对陕北子长一次特大暴雨的中-β尺度对流云团分析得出:云顶亮温较一般暴雨云团偏低,有2个单体在对流尺度内相互作用,一侧单体增伏变化为暴雨云团形成提供了有利抬升机制、水汽资源和能量,为强对流单体形成暴雨云团提供了发展条件。另外,大尺度环流长波槽后部弱上升气流是暴雨发生的大尺度背景场。对流中低层干空气的侵入是特大暴雨形成的重要特征之一。     

梅雨锋上中尺度涡旋与高低层流型演变的关系

利用MODIS卫星、多普勒天气雷达和地面观测资料,对2013年6月30日四川遂宁一次特大暴雨天气过程中涡旋暴雨云团的演变特征进行了详细分析。主要结论是：(1)涡旋暴雨云团与其北侧的积云云团呈前倾结构,说明暴雨云团经历了先由弱积云发展为深对流云、再到云毡的逐步发展成熟过程;(2)涡旋暴雨云团从南到北围绕低涡中心东侧最多时有6条降水云带,其中南部的降水云带碰并增长带(-1~-10 ℃层)厚度大于凝结增长带(3~-1 ℃层)厚度,北部降水云带刚好相反,表明南部以碰并增长过程为优势物理过程,利于较快拓宽云滴谱,使得云滴迅速长大形成雨滴降落下来;(3)涡旋暴雨云团中最强降水云带位于其南部的资阳至遂宁一带,分析雷达回波垂直剖面图发现有8个对流单体分布在云带中,且不断有新生单体移向遂宁,并从南至北依次增强,形成“列车效应”,其成熟阶段-10 ℃高度以下碰并增长很充分,厚度为6 km左右,-10 ℃高度以上存在一个深厚的冰相增长带,厚度5~8 km,发展到成熟阶段碰并增长和冰相过程均为优势微物理过程,云中碰并增长和冰化增长过程向下传递明显,这些特点利于快速形成降水,导致当日10—17时遂宁站连续出现强降水。

     

一次引发强降水的热带低压对流云团的多尺度特征分析

利用每10分种一次地面自动站常规观测资料，以及每5分钟一次多普勒天气雷达和每小时一次卫星等非常规资料，对一次造成上海地区特大暴雨的热带低压对流云团的多尺度特征进行分析，取得主要结果：（1） 本次暴雨过程由三次强降水造成，每次强降水都由?和?中尺度雨团构成，表明引发强降水的热带低压对流云团内部的多尺度特征；（2） 热带低压对流云团在上海地区的维持和加强是由其移动方向右后侧的?和?中尺度对流单体不断新生、发展和合并的结果，这一过程对应于雷达强回波带的新生、发展和合并现象；（3） 自动站风场分析出中尺度辐合线的位置和强度与中尺度雨团的落区和强度对应，雷达基本反射率和径向风资料进一步证实了气流辐合区是对流单体生成的区域。     

2003年7月3日梅雨锋切变线上的β-中尺度暴雨云团分析

利用多种气象卫星遥感资料及加工产品,对2003年7月3日产生在皖北的暴雨过程进行了中尺度分析。分析表明:在切变线云带上有11个β-中尺度对流云团发展,水平范围约100km,生命史约5h;其背景场是整个对流云区内具有高湿、正涡度和上升运动的特征,它们促使切变线内高湿斜压不稳定能量释放,促使β-中尺度云团发展,产生很强的降水,云团的水凝物廓线上部的可降水冰和云冰含量很高,最大值达0.8g/kg,最大高度达18km,云顶亮温低于-80℃。     

CloudSat/CALIPSO卫星资料分析云的全球分布及其季节变化特征

全球气候模式（GCM）中云的参数化方案具有不确定性,了解云的时、空变化能为参数化方案提供有效参考。利用搭载在属于A-Train卫星序列的CloudSat和CALIPSO上的94 GHz云廓线雷达（CPR）以及正交极化云-气溶胶激光雷达（CALIOP）联合的2级云分类产品,分析了2007年3月-2010年2月8种云类及三相态的云量地理分布、纬向垂直分布的季节变化特征以及云层分布概率。结果发现,卷云的分布体系与深对流云相似,主要集中在西太平洋暖池、全球各季风区及赤道辐合带,分布格局与气压带、风带季节性移动一致。层云与层积云主要分布在中低纬度非季风区以及中高纬度的洋面上。高积云与高层云的分布形成明显的海陆差异,雨层云与积云的分布形成明显的纬度差异。冰云分布与卷云相似,云高随纬度递增而递减;水云分布与层积云相似,平均分布于2 km高度;混合云集中于高纬度地区及赤道辐合带,中纬度地区随纬度变化集中于海拔0-10 km的弧形带。层状云多以多层云形式出现,积状云多以单、双层云的形式出现,层状云的云重叠现象比积状云更显著。积状和层状云的分布特征与积云和层云降水的分布特征基本一致,验证了不同类型降水的卫星观测结果,同时为气候模式的云量诊断方案提供对比验证的数据。      

Vertical Structures of Convective and Stratiform Clouds in Boreal Summer over the Tibetan Plateau and Its Neighboring Regions

Cloud is essential in the atmosphere, condensing water vapor and generating strong convective or large-scale persistent precipitation. In this work, the relationships between cloud vertical macro- or microphysical properties, radiative heating rate, and precipitation for convective and stratiform clouds in boreal summer over the Tibetan Plateau (TP) are analyzed and compared with its neighboring land and tropical oceans based on CloudSat/CALIPSO satellite measurements and TRMM precipitation data. The precipitation intensity caused by convective clouds is twofold stronger than that by stratiform clouds. The vertical macrophysics of both cloud types show similar features over the TP, with the region weakening the precipitation intensity and compressing the cloud vertical expansion and variation in cloud top height, but having an uplift effect on the average cloud top height. The vertical microphysics of both cloud types under conditions of no rain over the TP are characterized by lower-level ice water, ice particles with a relatively larger range of sizes, and a relatively lower occurrence of denser ice particles. The features are similar to other regions when precipitation enhances, but convective clouds gather denser and larger ice particles than stratiform clouds over the TP. The atmospheric shortwave (longwave) heating (cooling) rate strengthens with increased precipitation for both cloud types. The longwave cooling layer is thicker when the rainfall rate is less than 100 mm d^?1, but the net heating layer is typically compressed for the profiles of both cloud types over the TP. This study provides insights into the associations between clouds and precipitation, and an observational basis for improving the simulation of convective and stratiform clouds over the TP in climate models.     

梅雨静止锋积云群整体属性的诊断研究

本文利用积云群整体诊断模式，对一次梅雨静止锋暴雨过程的积云对流活动进行研究，计算了质量通量、云内温度、比湿、液态水等积云属性，讨论了云中凝结蒸发过程以及对流能量输送特征。结果表明，梅雨积云质量通量比热带扰动大，但积云的发展高度不及热带深厚对流；积云群的降水效率约为50％；潜热在对流能量铅直输送中占显著地位，其量值远大于热带扰动中的对流活动。     

The LMDZ4 general circulation model: climate performance and sensitivity to parametrized physics with emphasis on tropical convection

The LMDZ4 general circulation model is the atmospheric component of the IPSL–CM4 coupled model which has been used to perform climate change simulations for the 4th IPCC assessment report. The main aspects of the model climatology (forced by observed sea surface temperature) are documented here, as well as the major improvements with respect to the previous versions, which mainly come form the parametrization of tropical convection. A methodology is proposed to help analyse the sensitivity of the tropical Hadley–Walker circulation to the parametrization of cumulus convection and clouds. The tropical circulation is characterized using scalar potentials associated with the horizontal wind and horizontal transport of geopotential (the Laplacian of which is proportional to the total vertical momentum in the atmospheric column). The effect of parametrized physics is analysed in a regime sorted framework using the vertical velocity at 500 hPa as a proxy for large scale vertical motion. Compared to Tiedtke’s convection scheme, used in previous versions, the Emanuel’s scheme improves the representation of the Hadley–Walker circulation, with a relatively stronger and deeper large scale vertical ascent over tropical continents, and suppresses the marked patterns of concentrated rainfall over oceans. Thanks to the regime sorted analyses, these differences are attributed to intrinsic differences in the vertical distribution of convective heating, and to the lack of self-inhibition by precipitating downdraughts in Tiedtke’s parametrization. Both the convection and cloud schemes are shown to control the relative importance of large scale convection over land and ocean, an important point for the behaviour of the coupled model.     

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。     

对流降水云中大气垂直运动反演及个例试验

为深入认识对流降水云结构及动力特征, 基于降水频段调频连续波5520 MHz垂直指向雷达(VPR-CFMCW), 使用地面至15 km高度的反射率因子及径向速度, 建立对流降水云中大气垂直运动的反演方法, 分析对流垂直结构及大气垂直运动随高度分布的演变特征。对在广东龙门测站探测的2019年4月20—22日前汛期4次对流降水进行反演试验发现, 对流降水前大气上升运动对降水云反射率因子及地面降水有正贡献, 深厚对流具有倾斜性, 会导致垂直剖面在某些时刻呈分层结构;对流降水整层以下沉运动为主导, 高层大气上升运动与下沉运动交替出现, 低层大气下沉运动占比最高, 大气上升运动在6 km高度以上占比有所增加;大气垂直速度在高层较大、在低层较小, 超过10 m·s-1的强上升运动与下沉运动多出现在6 km高度以上, 4~6 km高度垂直运动变化较大, 4 km高度以下的平均下沉运动小于5 m·s-1, 上升运动约为2 m·s-1。     

A process oriented characterization of tropical oceanic clouds for climate model evaluation, based on a statistical analysis of daytime A-train observations

This paper aims at characterizing how different key cloud properties (cloud fraction, cloud vertical distribution, cloud reflectance, a surrogate of the cloud optical depth) vary as a function of the others over the tropical oceans. The correlations between the different cloud properties are built from 2?years of collocated A-train observations (CALIPSO-GOCCP and MODIS) at a scale close to cloud processes; it results in a characterization of the physical processes in tropical clouds, that can be used to better understand cloud behaviors, and constitute a powerful tool to develop and evaluate cloud parameterizations in climate models. First, we examine a case study of shallow cumulus cloud observed simultaneously by the two sensors (CALIPSO, MODIS), and develop a methodology that allows to build global scale statistics by keeping the separation between clear and cloudy areas at the pixel level (250, 330?m). Then we build statistical instantaneous relationships between the cloud cover, the cloud vertical distribution and the cloud reflectance. The vertical cloud distribution indicates that the optically thin clouds (optical thickness <1.5) dominate the boundary layer over the trade wind regions. Optically thick clouds (optical thickness >3.4) are composed of high and mid-level clouds associated with deep convection along the ITCZ and SPCZ and over the warm pool, and by stratocumulus low level clouds located along the East coast of tropical oceans. The cloud properties are analyzed as a function of the large scale circulation regime. Optically thick high clouds are dominant in convective regions (CF?>?80?%), while low level clouds with low optical thickness (<3.5) are present in regimes of subsidence but in convective regimes as well, associated principally to low cloud fractions (CF?<?50?%). A focus on low-level clouds allows us to quantify how the cloud optical depth increases with cloud top altitude and with cloud fraction.     

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。     

Thermodynamic Feedback between Clouds and the Ocean Surface Mixed Layer

A cloud-ocean planetary boundary layer (OPBL) feedback mechanism is presented and tested in this paper. Water vapor, evaporated from the ocean surface or transported by the large-scale air flow, often forms convective clouds under a conditionally unstable lapse rate. The variable cloud cover and rainfall may have positive and negative feedback with the ocean mixed layer temperature and salinity structure. The coupling of the simplified Kuo’s (1965) cumulus cloud model to the Kraus-Turner’s (1967) ocean mixed layer model shows the existence of this feedback mechanism. The theory also predicts the generation of low frequency oscillation in the atmosphere and oceans.