利用ERBE资料分析中国地区云辐射强迫的时空变化

利用１９８５￣１９８８年４年的ＥＲＢＥ资料,分析和揭示了我国大陆地区云辐射强迫变化的一些基本事实。结果发现：云强迫存在很大的区域差异和较强的季节变化,其中川黔地区是全国最大的云强迫负值区,其次是长江中下游地区和华北地区青藏高原为正、负值的过渡区,高原北侧的西北干旱区冬季为较弱的云强迫正值区。此外,云强迫还具有一定的年际变化。     

西南地区不同类型云的云水含量时空分布和变化趋势

利用NASA/CERES发布的L3级云资料,选取西南地区(云南、贵州、四川、重庆)2001~2010年水高层云、水雨层云、水层积云、水层云的云水含量数据,研究了该区域4种类型云的年和季节云水含量时空分布特征和变化趋势。结果表明:(1)4种类型云的年和季节云水含量均在海拔低的地方偏多,海拔高的地方偏少。重庆、贵州云水含量高于云南、四川;(2)水雨层云年和季节云水含量最大,其次为水层云和水高层云,水层积云云水含量最少;(3)近10 a来,整个西南地区4种类型云的年平均云水含量均呈递减趋势;(4)4种类型云的云水含量秋季高于春季;(5)春季,中云(水高层云、水雨层云)云水含量既有增加区域,也有减少区域,低云(水层积云、水层云)云水含量呈递减趋势;秋季,中云、低云云水含量均为递减趋势;水雨层云和水层云年和季节云水含量的递减趋势最显著。     

利用ISCCP资料分析青藏高原云气候特征

利用ISCCP提供的1983年7月－1993年12月3h一次的月平均卫星决云量资料，将整个高原分为39个网格点，分析了高原总云量的年、季节、日变化规律及其空间分布特征，并根据高原水汽条件和地形动力影响以及环流特征作出一定的科学解释。将ISCCP总云量与地面观测总云量分布形势作了比较，证明了ISCCP－D2资料的合理性。对总云量与OLR进行相关分析，发现夏季相关好，冬季相关差。     

应用ISCCP云资料反演青藏高原地面总辐射场

利用ＩＳＣＣＰ云资料和青藏高原日射资料，讨论并提出了该地区地表总辐射的气候反演方法，据此计算出７１．２５～１０３．７５°Ｅ，２８．７５～４１．２５°Ｎ间２．５°×２．５°经纬度网格点及高原７０个站的各月平均总辐射通量密度，绘制出其在高原的分布图，进一步揭示和证实了高原总辐射场的基本特征。     

基于CloudSat-CALIPSO资料的全球不同类型云的水平和垂直分布特征

云是天气与气候变化的重要影响因子,准确估量云顶高度和云量对分析云特性、降水及强天气预报、估算云辐射强迫等都具有重要意义。利用2006-2010年6-8月CloudSat卫星搭载的微波云廓线雷达（CPR,简称微波雷达）和CALIPSO卫星搭载的云-气溶胶偏振激光雷达（CALIOP,简称激光雷达）的探测资料,分析了全球云顶高度及云量的空间分布特征。结果表明,热带地区微波雷达探测云顶高度平均比激光雷达低约4 km,但均超过12 km;副热带洋面云顶高度在4 km以下,且两部雷达探测的云顶高度差异存在地域性。微波雷达对薄云、云砧及云顶高度低于2.5 km的低云存在漏判,对厚云的云顶高度偏低估;微波雷达探测的全球总云量均值为51.1%,比激光雷达少23.3%;两者给出的云量分布也存在显著的海-陆差异,其中洋面云量差异更大,如微波雷达测出局部洋面云量为80%,而激光雷达的探测结果却超过90%。由于激光雷达发射波长短,对云顶微小粒子比较敏感,而微波雷达波长较长,对相对较小粒子的探测存在局限性。因此,激光雷达对云顶高度的探测优于微波雷达。此结果不仅加强了对激光雷达和微波雷达探测原理的认识,而且进一步理解了云的气候特征。     

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。     

基于CERES资料的新疆云物理参数时空分布特征

利用2011—2020年ERA5再分析降水资料、CERES云物理参数产品,分析新疆云参数的时空变化分布特征,归纳总结云物理参数与降水的相关性,结果表明：1）云水路径（冰相）值、云粒子有效半径（冰相）、云光学厚度与降水量的空间分布一致,均为山区最大,北疆次之,南疆最小。2）夏季（6—8月）在南、北疆、山区云水路径（液、冰相）、云顶（底）温度、云光学厚度与降水量呈同位相变化;云粒子有效半径（液、冰相）、云顶气压与降水量呈反位相变化。3）夏季（6—8月）北疆、山区的云水路径（液、冰相）值、云顶（底）温度、云光学厚度,南疆云光学厚度与降水量呈正相关;北疆云粒子有效半径（冰相）,南疆云粒子有效半径（液相）、云顶气压,山区云粒子有效半径（液、冰相）、云顶气压与降水量呈负相关。     

基于CloudSat–CALIPSO资料的全球不同类型云的水平和垂直分布特征

基于Cloud Sat-CALIPSO(Cloud Sat–Cloud Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observations)卫星观测资料,分析了全球总云量和8类云的云量、云底高、云顶高、云厚度的水平和垂直分布。分析结果表明,全球平均总云量为66.7%,其中卷云(Ci)和层积云(Sc)云量之和与其他6类云量总和相当,是全球云量最多的两类云。积状云云量呈现从赤道向极地递减的特征,层状云则相反,反映了二者不同的生成环境,同时下垫面地形和天气系统也严重影响云的分布。8类云的高度及厚度特征有显著差异。Ci的云底高度和云顶高度都较高,厚度则较薄;高层云(As)和高积云(Ac)的云底高度和云顶高度都位于大气中层,但As比Ac出现的高度高且厚度大;层云(St)、层积云和积云(Cu)的云底高度和云顶高度都很低,属于薄的低云;雨层云(Ns)和深对流云(DC)云底较低但云顶伸展很高,归属于厚云类。总体而言,海洋上云底高度较陆地低;赤道等大气不稳定地区,云底较高,云厚度较大;高原地区则表现出"高云不高,低云不低,云厚较薄"的特征。     

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）。     

基于ISCCP和CMORPH-AWS资料的中国南方地区云与降水关系分析

探究中国南方地区不同高度云量的时空变化及其与降水的关系,可了解云在降水中的作用和反馈机制并为空中云水资源开发提供基础和依据。利用国际卫星云气候计划（International Satellite Cloud Climatology Project,ISCCP）中D系列卫星观测云数据集12 a(1998—2009年)资料,详细分析了中国南方地区总云量、低云量、中云量、高云量的时空分布特征,并结合中国自动站（automatic weather station,AWS）降水数据与美国国家海洋和大气管理局（National Oceanic and Atmospheric Administration,NOAA）气候预测中心（Climate Prediction Center,CPC）MORPHing technique(CMORPH)卫星反演降水产品融合的格点降水产品（CMORPH-AWS）分析了云量与降水强度、降水次数的关系。结果表明：（1）在空间分布上,中国南方地区总云量和中云量空间分布类似,高值中心位于四川盆地、贵州、重庆交接处,低值中心位于云南地区;高云主要分布在南方地区的西部,表现为...     

基于GOSAT反演的中国地区二氧化碳浓度时空分布研究

卫星遥感监测大气二氧化碳柱平均干空气体积混合比(XCO₂)是实现碳源汇全球监测的最有效手段,本文对国际上4种应用GOSAT卫星观测的短波红外反演算法进行了介绍和结果分析。首先对于4种反演产品的有效数据量的分析表明:现有单一反演产品还不足以支撑XCO₂时空分布研究。其次利用集合平均方法,综合使用4种反演产品研究了2010年中国地区XCO₂时空分布特征,结果表明:XCO₂呈现显著的地理分布和季节变化,不同地区季节变化趋势基本一致,均在春季达到最高值、夏季达到最低值,多数地区全年高于380 ppm (×10-6);在地理分布上,东部和西部地区存在较明显的差异,东部地区人口密集、工农业生产等人为活动旺盛,周边多被森林和草地覆盖,碳源汇强度大,因此XCO₂季节变化幅度较大,全年约8 ppm;中、西部地区受人类活动影响较少,植被覆盖稀疏,XCO₂全年变化仅5 ppm。     

基于CloudSat和ISCCP资料的中国及周边地区云量分布的对比分析

利用2006年7月至2007年6月的CloudSat 2B-GEOPROF-LIDAR产品资料和国际卫星云气候计划(ISCCP)D2月平均云量数据, 统计分析了中国及周边地区午间、凌晨年平均总云量的分布特征, 并对两种探测手段得到的年平均总云量及其昼夜变化进行了对比分析。结果表明, ISCCP与CloudSat总云量的分布形势在午间和凌晨均具有较好的一致性, 即相对多云与少云中心的位置吻合较好。但是, 两种资料得到的总云量在量值上存在一定差异。对于整个研究区域而言, 午间ISCCP较CloudSat平均总云量偏低8.9%, 凌晨偏低15.1%。除了中国北方少云带和日本岛以北海域等区域ISCCP云量高于CloudSat云量外, 其他区域ISCCP云量普遍低于CloudSat云量, 且在青藏高原、帕米尔高原、横断山脉、云贵高原以及印度半岛南端和热带部分岛屿等区域尤其显著。进一步对比表明, ISCCP与CloudSat云量差值总体上随CloudSat云量的增大而呈线性变化, 在CloudSat少云区ISCCP略有偏高, 而在多云区则显著偏低。此外, 对云量昼夜变化的对比分析发现, 青藏高原地区ISCCP云量昼夜变化量显著大于CloudSat。     

中国地区夏季云粒子尺寸的时空分布特征

利用CloudSat卫星资料,分析了2006～2008年中国地区夏季月平均云粒子有效半径的垂直和区域变化特征。结果显示,水云粒子有效半径在对流层低层达到最大,并随高度增加而减小。30°N纬度带的水云相对以南及以北纬度带的粒子有效半径偏大。6月水云粒子有效半径较大,应与梅雨季节有密切联系。对于中国北部和中部,水云粒子有效半径在西部较东部偏大,而在南部地区,东西部差异不明显。不同纬度带上的冰云粒子有效半径相类似,在冰云下边界最大,随高度增加而减小。水云和冰云的云粒子尺度的年际变化不明显。对上述特征的成因分析表明,高原地形以及东亚夏季风对月平均云粒子有效半径具有明显影响。所揭示的云粒子有效半径特征为天气和气候模式改进、人工影响天气及云—辐射—气候相互作用等研究提供了重要的基础信息。     

中国地区夏季平均加热率的时空分布特征

The latitude-altitude distributions of radiative fluxes and heating rates are investigated by utilizing CloudSat satellite data over China during summer. The Tibetan Plateau causes the downward shortwave fluxes of the lower atmosphere over central China to be smaller than the fluxes over southern and northern China by generating more clouds. The existence of a larger quantity of clouds over central China reflects a greater amount of solar radiation back into space. The vertical gradients of upward shortwave radiative fluxes in the atmosphere below 8 km are greater than those above 8 km. The latitudinal-altitude distributions of downward longwave radiative fluxes show a slantwise decreasing trend from low latitudes to high latitudes that gradually weaken in the downward direction. The upward longwave radiative fluxes also weaken in the upward direction but with larger gradients. The maximum heating rates by solar radiation and cooling rates by longwave infrared radiation are located over 28-40°N at 7-8 km mean sea level (MSL), and they are larger than the rates in the northern and southern regions. The heating and cooling rates match well both vertically and geographically.     

全球不同类型气溶胶光学厚度的时空分布特征

利用MERRA-2(第2版现代研究与应用再分析)资料分析了1980-2017年全球硫酸盐、黑碳、有机碳、海盐、沙尘及总气溶胶光学厚度的时空分布特征;选取了北美、北非、南非、印度、中国和印度洋6个典型区域研究了硫酸盐、黑碳、有机碳、海盐和沙尘气溶胶对总气溶胶光学厚度的贡献率。结果表明,硫酸盐、黑碳、有机碳、海盐和沙尘气溶胶在全球非均匀分布,并且具有季节变化;全球总气溶胶的光学厚度(Aerosol Optical Depth,AOD)在夏季最大(0.137),春季次之(0.130),冬季最小(0.118);在6个典型区域里,北非地区总气溶胶的光学厚度最大,为0.43;其次是中国的东部地区,为0.41;每个区域其主要气溶胶的类型并不相同,在北美、中国东部及印度中部地区,硫酸盐是主导的气溶胶类型,贡献率分别为66%,63%和42%,在印度洋、南非及北非地区,海盐、有机碳和沙尘分别是最主要的气溶胶类型,贡献率分别为65%,51%和82%;对于黑碳、硫酸盐和总气溶胶,中国东部地区和印度中部地区有较为明显的增长趋势,其中总气溶胶光学厚度的线性增长率分别为0.007 a^-1和0.0056 a^-1,但在2010年以后,中国东部地区出现明显的下降。     

基于观测资料的我国天气现象时空分布分析

利用全国576个台站1961—2010年天气现象观测资料,对34种天气现象年平均发生频率、昼夜分布特征、代表性天气现象和区域代表站天气现象的发生情况等进行了统计分析。结果表明:雨、露、结冰、阵雨、轻雾、霜、雷暴天气现象的年平均发生频率较高,极光、龙卷、雪暴等天气现象的年平均发生频率极低。近年来,雾的发生呈缓慢下降趋势,轻雾呈缓慢上升趋势,霾在2000年后快速发展,且发生地点逐步扩大。天气现象的发生具有一定的地域性,但各地多发天气现象的前20种基本相似,仅发生频率排序不同。     

中国地区空中云水资源气候分布特征及变化趋势

利用1984~2004年国际卫星云气候学计划（ISCCP）的云水路径（CWP）资料,分析了中国地区空中云水资源的分布特征、变化趋势以及与大气环流和湿度场的关系。研究发现,中国地区CWP的分布与大气环流、地形特征和大气湿度分布及水汽传输密切相关,中国地区CWP存在明显的季节变化,6月全国平均CWP最高,10月最低,不同地区季节变化差异明显。从变化趋势看,中国地区CWP以增加为主,青藏高原东部、内蒙古东部地区以及西北东部地区CWP的增加趋势较强。全国范围内,冬季和秋季CWP增加较大,春季和夏季增加较小。这些变化主要与大气环流变化导致的抬升运动的增强以及大气湿度（水汽）增加有关。中国地区空中云水资源在全球变暖的背景下表现出增加的趋势,符合气温增加导致水循环增强的观点。     

中国地区MODIS地表反照率反演结果的时空分布研究

应用2003—2015年MODIS地表反照率反演质量数据MCD43A2,统计分析中国地区MODIS地表反照率反演质量的时空分布特征,结果表明:1)中国地区MODIS地表反照率反演质量在空间分布上具有明显的差异,高质量全反演结果(质量标记0)主要分布在东北、华北、西北地区和西南地区的中西部;当量反演结果(质量标记3)主要分布在华东、华中、华南地区和西南地区的中东部;填充值(质量标记15)主要分布在华中、华南、华东地区及西南地区的部分区域。2)在东北、华北和西北地区,只有春、夏和秋季才有超过60%的区域可能获得高精度MODIS地表反照率;可能获得高精度M ODIS地表反照率的区域,在西南地区全年各时段都只有40%~60%,在华东、华中和华南地区全年各时段都不足20%。3)各地当量反演结果的比例一般不足50%,华东和华中地区夏季和秋季当量反演结果的比例超过40%;4)华中和华东地区夏季和冬季,以及华南地区春、夏和冬季,填充值的比例超过50%,华南和华中地区最高甚至超过80%。     

基于ERA-Interim的中国云水量时空分布和变化趋势

利用欧洲中期天气预报中心(ECMWF)发布的新一代全球分辨率ERA-Interim再分析数据,用九点平滑、一元线性回归法分析了1979-2016年中国云水量时空分布特征和变化趋势。结果表明:(1)中国云水含量和云液水含量大值区主要位于四川东部-湖南850～500 h Pa,量值达0. 015～0. 045 g·kg~(-1),这一分布与该地区层状云的富集有关。云冰水含量大值区主要位于中东部地区(27°N-35°N,97°E-110°E) 500～250 hPa,量值达0. 006～0. 025 g·kg~(-1)。三者小值区均位于西北地区西部。(2)中国多年平均整层云水量无明显线性趋势。春季云水量呈略减少,秋、冬季呈略增加趋势,夏季无明显趋势。云水量有明显年际变化,夏季年际变化远小于其他季节;干旱区、半干旱区整层云液态水含量的年际变化大于湿润区,云冰水含量相反。云水量空间变化呈西增东减趋势。(3)云水量大值区对应水汽输送辐合和低层上升运动,且对流层中低层水汽通量散度可在一定程度上表征云水含量。从而为认识和理解气候变化对中国水资源的影响提供一定依据。     

湖北省不同类型雷暴大风的时空分布及环境参数特征

基于常规观测资料、NCEP再分析资料、闪电定位资料和雷达资料,对湖北省2007-2015年雷暴大风的天气类型、时空分布和环境条件进行了分析,并根据箱线图展示的结果分区域分季节讨论了各型雷暴大风的环境参数特征。结果表明:(1)湖北雷暴大风分为高空冷平流强迫型、低层暖平流强迫型、斜压锋生型、准正压型,其发生在3-8月,其中夏季(6-8月)雷暴大风占其全年总数的78%;一天中,其主要发生在15-19时,峰值在16时;雷暴大风空间分布不均,其高频中心位于鄂西南的宜昌和鄂东的黄石。(2)各型雷暴大风存在季节和区域差异,斜压锋生型主要出现在春季,高空冷平流强迫型、低层暖平流强迫型、准正压型主要出现在夏季;高空冷平流强迫型在鄂西北发生最多,低层暖平流强迫型在宜昌地区、江汉平原、鄂东均出现较多,准正压型和斜压锋生型在鄂东发生最多。(3)高空冷平流强迫型雷暴大风的850 hPa与500 hPa温差(ΔT₈₅)和中低层(925-500 hPa)风垂直切变(S_L95)较大,850 hPa露点温度(T_d85)偏低;低层暖平流强迫型的S_L95、K指数均较大;准正压型的对流有效位能(CAPE)较大、S_L95、低层(925-700 hPa)风垂直切变(S_L97)较小;斜压锋生型的S_L95和S_L97均较大。(4)湖北雷暴大风的对流参数K指数、ΔT₈₅、CAPE的阈值分别为35℃、25℃和925 J·kg^-1,鄂西北、鄂东的对流参数离散度较大,按区域归纳各型雷暴大风的对流参数阈值,对当地雷暴大风预报预警更有指导意义。