中国夏季云和降水的定量关系及其成因分析

云的形成是产生降雨的必要条件,云和降水之间存在着极为密切而复杂的联系。利用常规站点数据和ISCCP卫星数据等资料分析了夏季中国地区云的多种特征参数的变化与降水变化在时空分布上的联系。站点数据结果表明总云量、低云量与降水的距平在全国范围内表现出显著的正相关关系;在通过0.05水平显著性检验的站点上,云量和降水距平百分率之间的线性关系较明显,总云量每增加1.00%降水增加2.23%,低云量每增加1.00%降水增加0.46%。ISCCP数据结果显示总云云量、光学厚度和云水路径以及高云中的卷层云和深对流云云量与降水距平呈非常好的正相关关系。采用K-means聚类分析方法并参考中国地理气候分布特点,将中国分为9个气候区,以小波相干分析和交叉小波分析对各个气候区夏季云量和降水距平百分率序列在时频域内多尺度特征的关系做了进一步研究。结果显示9个气候区夏季白天总云量和低云量与降水变化在2~4年(a)和5~8a的尺度周期都具有较强的相干性与共振周期,且处于正相关位相。在时空分布和时频域上,中国地区夏季云和降水的变化之间都存在非常显著的正相关关系,尤其是低云量。云和降水变化之间具有强相干性与共振周期是两者之间正相关联系的原因。     

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。      

气候模式分辨率对气溶胶气候效应模拟结果的影响

气候模式分辨率作为影响模式模拟结果的重要因素,其对气溶胶与云相互作用的影响尚未全面认识。利用公共大气模型CAM5.3在3种分辨率（2°、1°、0.5°）下,分别采用2000年和1850年气溶胶排放情景进行试验,检验提高分辨率是否能改进气候模式的模拟能力,分析不同分辨率下气溶胶气候效应的异同,探索模式分辨率对气溶胶气候效应数值模拟结果的影响。通过观测资料与模式结果对比发现,提高分辨率可以明显改进模式对总云量、云短波辐射强迫的模拟能力,0.5°分辨率下模拟结果与观测更接近,其他变量并无明显改善。在不同分辨率下,全球平均的气溶胶气候效应较为一致,总云量、云水路径均增加,云短波和长波辐射强迫均加强,而云顶的云滴有效半径和降水均减小,地面气温降低。不同分辨率下,气溶胶增加引起的气溶胶光学厚度、云水路径、地面温度、云短波和长波辐射强迫变化的纬向平均分布相似但大小存在差异;而降水和云量变化的纬向分布与大小均存在较大差异,在区域尺度上还存在较大的不确定性。全球平均而言, 0.5°分辨率下气溶胶的间接辐射强迫相比1°分辨率下的结果降低了2.5%,相比2°分辨率下的结果降低了6.4%。提高模式分辨率可以部分改进模式模拟能力,同时,气溶胶的间接效应随着模式分辨率的提高而减弱。但气溶胶引起的云量、降水的变化在不同分辨率下差异较大,存在较大的不确定性。