1995—2010年静止卫星云量数据检验和评价

对利用FY2和GMS静止气象卫星建立的东亚地区气候数据集(EAGSCDR FY2 and GMS Geostationary Satellite Climate Data Record over East Asia)进行了检验和评估,使用的检验源数据包括中国地面气候资料与国际卫星云气候计划ISCCP D2月平均云量数据集.对由上述3种不同观测手段得到的多年平均总云量的空间分布特征分析结果表明:3种资料的总云量分布形势有较好的一致性,但是在40°N以北地区,ISCCP和EAGSCDR得到的总云量在量值上高于地面观测值.用地面观测资料检验华南及长江流域EAGSCDR的云检测产品的结果表明,总的准确率为82.10％,总漏判率6.85％,总误判率为11.05％,秋冬季节准确率偏低.EAGSCDR与ISCCP云量都是由卫星资料处理得到的,二者差异主要来自算法的不同,检验结果表明,EAGSCDR中的云量产品精度优于ISCCP云量,并且其时间分辨率可达到1 h,空间分辨率达到5 km,由此可见,EAGSCDR的云产品比ISCCP云产品更有优势.     

ISCCP产品和我国地面观测总云量差异

国际卫星云气候计划ISCCP是国际上较权威和客观的云气候性研究计划, 自1983年以来为研究全球云和辐射平衡、云水资源分布等提供了有价值的数据。在分析总云量卫星和地面两种观测方式差异的基础上, 研究了1984-2006年ISCCP D2产品和我国地面观测云资料数据集总云量空间及时间差异。尽管两套资料能一致揭示我国总云量的分布形势和气候变化特征, 但区域性差异仍比较明显。天基、地基数据可对比格点上, 全国平均而言总云量卫星观测结果比地面观测偏高8.46%, 华南地区差异最小、东北地区差异最大。气候变化趋势分析结果表明:近23年我国总云量呈减少趋势, ISCCP D2产品总云量每年减少速度为0.015%, 小于地面观测的总云量每年减少速度 (0.063%); 东北地区总云量缓慢增多, 而青藏高原、西北地区总云量减少。利用卫星和地面资料均以累积距平法检测出1984—2001年总云量减少、2002-2006年总云量显著增加。     

AREM模拟云参数与卫星观测的比较研究

数值模式模拟计算云量与卫星观测云量的定义不同, 难以进行定量比较, 从而限制了对云模拟误差的检验和修正.作者介绍了可把数值模式输出云参数转换成ISCCP卫星反演云参数的云模拟器, 并将其试用于AREM区域模式中, 定量分析了模拟云参数和ISCCP反演云参数的差异.结果表明, AREM模式可以再现中国东部冬季云的基本分布特征, 但与观测相比, 四川地区云量模拟偏大20%, 华东地区则偏小20%左右, 云量中心的云顶高度比ISCCP反演值偏低一个高度段, 云光学厚度偏大一个厚度段.模拟与观测云参数的定量比较, 为评估和改进模式性能提供了依据.     

中国地区云对地气系统长波射出辐射(OLR)强迫的气候研

本文利用地球辐射平衡试验(ERBE)和国际卫星云气候计划(ISCCP)提供的地气系统长波射出辐射(OLR)和云量资料，计算并讨论了我国各季和年平均云量对地气系统OLR的强迫及其所产生的温室效应。结果表明我国各季的OLR云强迫与总云量、高云量都有较好的相关，且季节变化明显；OLR云强迫和云温室效应的地理分布受云量和云状的影响较大，它们的年变化一般呈弱双峰型，峰值在春、夏季出现。     

中国地区云对地-气系统辐射强迫温度效应的气候研究

文中利用地球辐射平衡试验 (ERBE)和国际卫星云气候计划 (ISCCP)提供的地 气系统行星反射率、射出长波辐射 (OLR)和云量资料 ,计算了中国地区年、月平均总云量对地 气系统短波辐射、长波辐射以及净辐射强迫的温度效应和敏感性系数 ,并讨论了云对各辐射分量强迫的温度效应与总云量的关系。结果表明 :地 气系统云辐射强迫温度效应与总云量间具有较明显的曲线相关。云辐射强迫温度效应及其敏感性系数具有明显的时空变化特点。就中国全国平均而言 ,各月地 气系统云辐射强迫净温度效应一般表现为降温作用。     

中国地区云对地气系统净辐射强迫的气候研究

本文利用地球辐射平衡试验（ERBE）和国际卫星云气候计划（ISCCP）提供的地气系统行星反射率，长波射出辐射（OLR）和云量资料，计算出中国地区年、月总云量对地气系统净辐射的强迫，分别讨论了其与总云量及地气系统晴天净辐射的关系。结果表明：地气系统净辐射云强迫与总云量有较好的抛线物关系，各月净辐射云强迫与地气系统晴天净辐射的曲线相关也很明显，如以曲线上净辐射云强迫为零时的晴天净辐射值代表各月曲线位置，则该值随天文辐射作规律性季节变化。地气系统净辐射云强迫的地理分布与总云量及地气晴天净辐射分布有关，其在各地的年变化则主要由天文因素及雨季进行退决定。     

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。     

我国卫星总云量与地面总云量分布的对比分析

根据国际卫星云气候学计划（ISCCP）的总云量和地面总云量资料,分析并讨论了两者在我国的空间分布和单站年变化中的相关性和差异性,对比了两种总云量的全国分布形势。结果指出,在总趋势大致相似的前提下,卫星总云量图能更好地揭示青藏高原、塔克拉玛干沙漠以及沿海地区的云气候特征。最后还就青藏高原总云量分布特点作了分析。     

多种资料的总云量产品在中国区域的对比分析

利用1987-2016年中国大陆地区的776个站点的总云量资料与CRA40、ERA5、JRA55、CFSR四套再分析资料和国际卫星云气候计划（ISCCP）的月平均总云量数据,统计分析了不同资料的总云量在中国区域的时空差异以及各资料之间的相对一致性。结果表明,不同资料总云量的空间分布特征总体一致,云量的高值区与低值区都有所体现。但是,不同资料在量值上存在一定的差异,ISCCP总云量整体比其他资料偏高5%～20%,各种资料在江淮、东南和西南等总云量高值区吻合程度更好。在东北、西北及内蒙古大部分地区由于有积雪覆盖,卫星反演存在云雪误判导致ISCCP总云量与地面观测和再分析资料相比显著偏高。CRA40与JRA55在东北、华北和江淮地区与地面观测的偏差较小,而ERA5与CFSR在华南及西南地区与地面观测更为接近,JRA55总云量在各资料中最低,在华北、西北以及青藏高原地区表现得尤为明显。ERA5总云量与地面观测一致性最高,其相关系数达到0.91,再分析总云量与ISCCP相关系数均低于0.7,CRA40与ERA5的相关系数达到0.87,CFSR与ERA5也具有较高的相关性,而JRA55与CFSR相...     

中国地区云对地气系统长波射出辐射（OLR）强迫的气候研究

本文利用地球辐射平衡试验（ERBE）和国际卫星去气候计划（ISCCP）提供的地气系统长波射出辐射（OLR）和云量资料，计算半讲座了我国各季和年平均去量对地气系统OLR的强迫及其所产生的温室效应，结果表明：我国各季的OLR云强迫与总云量，高云量都有较好的相关，且季节变化明显；OLR云强迫和云温室效应的地理分布受云量和云状的影响较大，它们的年变化一般呈弱双峰型，峰值在春，夏季出现。     

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。     

2014年青藏高原云和降水多种雷达综合观测试验及云特征初步分析结果

加密外场试验可提供云降水物理过程新的数据。2014年7月1日—8月31日,第3次青藏高原大气科学试验项目组在那曲开展了水汽、云和降水的综合观测,使用了中国最先进的Ka波段毫米波云雷达、Ku波段微降水雷达、C波段连续波雷达和激光雷达,并配以微波辐射计、雨滴谱仪等设备,获取了高时空分辨率的云和降水宏微观垂直结构特征数据;利用C波段双线偏振雷达与新一代天气雷达配对,进行双多普勒雷达观测,获取青藏高原对流云三维风场和降水粒子相态的结构和演变数据。文中简单介绍了本次试验的情况,并利用这次观测的云雷达数据对那曲地区夏季云的云顶和云底高度、云厚、云量、云层数等特征的日变化进行了初步统计分析,对不同类型云的宏观特征进行了讨论。结果表明:本次外场试验首次成功获取到了多种雷达的云观测数据。那曲地区夏季云主要集中在6 km(距地面高度,下同)以上和4 km以下;总云量、高云的云顶、云量和云厚等云的统计参数有明显的日变化,10时(北京时)为云发展最弱的时段,20时云发展最为旺盛;初生的积云和层云常常出现在3 km高度上,这一高度上常常存在明显的上升气流;深对流系统高度可达16.5 km,同时存在上升气流和下沉气流,对流中可能存在过冷水。这些数据和初步结果为进一步开展高原云和降水机理、云和降水物理过程参数化方案研究及卫星反演结果的订正提供了基础。     

南半球中高纬度区域不同类型云的辐射特性

利用CloudSat的2B-CLDCLASS-LIDAR云分类产品和2B-FLXHR-LIDAR辐射产品4 a（2007-2010年）的数据,定量分析了单层云（高云、中云、低云）和3种双层云（如:高云与中云共存、高云与低云共存以及中云与低云共存）在南半球中高纬度（40°-65°S）的云量、云辐射强迫和云辐射加热率。其中云辐射加热率定义为有云时的大气加热率廓线与晴空大气加热率廓线的差值。结果表明:研究区域盛行单层低云和单层中云,其云量分别为44.1%和10.3%。并且,中云重叠低云在双层云中云量也是最大（8.7%）。不同类型云的云量也显著影响着其云辐射强迫。单层低云在大气层顶、地表以及大气中的净云辐射强迫分别是-64.8、-56.5和-8.4 W/m2,其绝对值大于其他类型云。虽然单层的中云在大气层顶和地表的净辐射强迫也为负值,但其在大气中的净云辐射强迫为正值（2.3 W/m2）。最后,讨论了不同类型云对大气中辐射能量垂直分布的影响。所有类型云的短波（或长波）云辐射加热率都随高度升高表现为由负值转为正值（或由正值转为负值）。对于大部分云,其净云辐射加热率主要由长波云辐射加热率决定。这些研究结果旨在为模式中云重叠参数化方案在区域的适用性评估及改进提供观测依据。      

CPR雷达探测北半球夏季多层云系结构统计特征分析

利用2007~2010年北半球夏季（6~8月）CloudSat卫星搭载的云廓线雷达（Cloud Profile Radar,CPR）探测结果对0°~60°N区域单层、双层和三层云系的水平分布、垂直结构特征及各云层云类组成、云水路径等物理量分布进行分析。云量的统计结果表明CPR探测的单层、双层和三层云系的云量分别为36.63%、8.26%和1.40%,云量的水平分布表明其高值区主要位于对流旺盛区域,且高值区的云层云顶高、厚度大,而低值区则多位于副热带高压区域。对不同云类的出现频率统计分析结果表明,单层云系中各云类的出现频率相近;多层云系的上层以卷云为主,下层以层积云为主。对比海陆差异发现洋面卷云和层积云的出现频率显著高于陆面,但高层云和高积云的出现频率低于陆面。云水路径分析表明,单层云系的冰水路径和液水路径均最大,而在多层云系中云层越高、厚度越大、冰水路径越大,液水路径则随着云层的降低增大。     

中国东部和印度季风区云辐射特性的比较

基于 ＩＳＣＣＰ和 ＥＱＢＥ资料,本文比较了中国东部和印度季风区的云和云辐射强迫的气候特征。虽然它们同属于亚洲季风区,并且有相似的降水季节特征,但它们各自的云和云辐射强迫特征差异很大。在印度区域,所有的云量有着相同的季节变化,最大云量分布都出现在夏季,且总云量中以高云量为主。而中国东部云量的季节变化都比较复杂,在总云量中以中、低云量为主,最大总云量出现在春季。冬季的总云量和中、低云量要大于夏季。在全球云量分布中,中国东部最典型的特征是：该地区为全球最大的雨层云覆盖区。与云的分布和变化相关,印度季风区最大的负短波云辐射强迫,最大的正的长波辐射强迫和最大的负的净云辐射强迫发生在夏季,而在中国东部,大的负的短波云辐射强迫发生在春夏之交。年平均的负的短波云辐射强迫在中国东部地区明显要大于在印度季风区。     

LASG/IAP和BCC大气环流模式模拟的云辐射强迫之比较

通过与ISCCP (International Satellite Cloud Climatology Project)逐月辐射资料的比较,本文从气候态和对ENSO响应的角度,评估了国内的三个大气环流模式BCC AGCM、IAP GAMIL和IAP SAMIL对云辐射强迫的模拟能力,讨论了影响模拟结果不确定性的因素.分...     

南海及周边地区云量分布及低云量与南海海温的关系

利用国际卫星云气候计划提供的月平均云气候资料集,分析了南海及周边地区云量的分布特征,并进一步研究了低云量与南海海温的关系。结果表明:(1)南海及周边地区总云量分布存在显著的季节性差异特征。(2)低云主要分布在南海海区,中云为华南地区,而高云则主要位于靠近赤道区域。(3)低云受海表温度影响较大,而中高云则主要与强对流相对应。低云主要分布于南海海表冷水中心南侧的暖水区内的温度梯度区,其高值区分布与海表温度梯度分布基本一致,海表温度梯度的大小与高值中心的低云量成正比。(4)低云量高值中心位置与水平海温梯度区两侧基本一致,高温暖水受西边界强迫上升在海表层辐合,有利于低云的生成。     

利用CloudSat资料分析青藏高原、高原南坡及南亚季风区云高度的统计特征量

云与辐射的相互作用对全球的天气和气候变化过程有着重要的影响,不同高度的云有着不同的辐射强迫,获得云体高度及其在时空上的变化对研究全球气候的变化有着重要意义。本文利用云卫星上的云廓线雷达(CloudSat/CPR)2006年6月—2007年12月期间的资料,对比分析了青藏高原、高原南坡和南亚季风区域不同云类的云顶、云底高度和云厚统计量。结果表明,在所研究区域单位面积上的云顶和云底高度变化具有一定的时空连续性,不同云类的云顶和云底高度存在不同的变化范围,且随着季节的改变均有明显的变化;同时各区域不同云类的云体厚度在夏季较大,冬季较小;各区域不同云类所占的比例(云量)也具有一定的季节变化规律。     

东亚夏季风活动与不同类型云的相关性研究

利用1998~2007年候平均卫星-台站融合降水资料以及ISCCP (International Satellite Cloud Climatology Project) D1云资料,分别定义了标准降水指数和两类云指数。降水指数大值区的移动能很好的表征东亚夏季风活动,两类云指数能分别反映某个区域深对流云(DC)、高积云(Ac)和积云(Cu)云量的集中变化特征。根据不同地区降水集中时段以及降水量等气候特征,结合中国气候区划(温度带及干湿区)及不同地域的地形特征,把中国大陆受东亚夏季风影响的地区划分为五个子区域。利用ISCCP D1云气候资料和降水资料,在候时间尺度上通过分析降水与不同云类、标准降水指数与两类云指数的相关性研究了东亚夏季风活动与不同类型云的对应关系。研究表明:ISCCP定义的深对流云(DC)、卷层云(Cs)与降水量在五个区显著正相关,表明东亚夏季风活动伴随有大量的对流云及云砧出现;高积云(Ac)、积云(Cu)的总云量与降水量在五个区显著负相关,表明夏季风活动增强时,Ac和Cu云量减少;层云(St)和层积云(Sc)与降水量在南方和北方分别呈显著的负相关和正相关,说明季风活动在南方伴随着对流云的显著增加,在北方则使层状云和对流云均有所增加;高层云(As)、卷云(Ci)和雨层云(Ns)与季风活动没有显著的相关性。     

单层不同类型云系统的特性及高云重叠的影响

通过时空匹配主动遥感产品（2B-CLDCLASS-LIDAR）的云类型参数与被动遥感产品（Clouds and the Earth's Radiant Energy System-Single Scanner Footprint: CERES-SSF）的云宏微观物理特性和大气层顶处辐射通量参数（2007/01~2010/12），本文在全球尺度上统计分析了不同类型单层云以及高云重叠的双层云的云特性和大气层顶云辐射强迫。尽管主动和被动卫星遥感产品相互独立，但被动遥感反演的云光学厚度和云相态等参数能够合理反映不同类型云之间的差异。不同类型单层云表现出的云特性差异能进一步影响大气层顶的辐射能量收支。本文通过对比不同类型单层云的Clouds and the Earth's Radiant Energy System（CERES）视场样本数量随短波和长波云辐射强迫的分布，发现它们的高值区形状、位置和面积存在差异，反映了其各自独特的辐射特性。层积云的CERES视场样本数量密集区类似椭球结构，而其它云类型则趋于指数曲线结构。当进一步考虑高云重叠的影响时，统计结果表明:重叠的高云比高云单层状态有更蔽光和更厚的云体；高云重叠的底层云类型则比其单层状态有更透光和更薄的云体；高云重叠的双层云（除了高云重叠积云）对地气系统的净冷却效应要弱于其低层云类型单层状态。本文研究结果旨在加深理解云辐射反馈机制，并为改进模式中云重叠参数化方案提供一定观测依据。