Temperature, Relative Humidity, and Cloud Fraction Predicted by the NCEP Global Forecast System at the ARM SGP Site during 2001-2008:Comparison with ARM Observations

利用美国大气辐射测量项目(ARM)制作的“气候模拟最佳估计”(CMBE)观测数据集,检验美国环境预报中心(NCEP)全球预报系统(GFS)2001～2008年在ARM Southern Great Plains(SGP)站点预报的大气温度、相对湿度和云量的垂直分布,主要结论如下:(1)NCEP GFS较好地预报出了温度和相对湿度的季节变化.就各个季节平均而言,NCEP GFS高估了1.5～12km的大气温度,同时低估了春冬季13～16km和秋冬季1.5km以下的大气温度,各高度上温度偏差绝对值小于1℃;NCEP GFS预报结果再现了观测到的相对湿度垂直分布的双峰结构,但是高估了4～12 km的相对湿度.模式分辨率提高(T170L42更新为T254L64)显著改进了14～18 km相对湿度的预报.(2)预报的云量在10 km以下小于观测值,在10～13 km则高于观测值,而且,NCEPGFS没有预报出非降水性低云的云量,其预报的降水云的云量在8km以下也低于观测值,反映出NCEP GFS模式中浅对流和深对流活动不够活跃.(3)NCEP GFS模式用预报的相对湿度和云水/云冰混合比(qc)诊断云量,采用同样的诊断公式由观测的相对湿度和NCEP GFS预报输出的qc计算云量,得到的云量在11 km以下所有高度上都更加显著地小于观测值,即比NCEP GFS对云量的低估更加严重,说明NCEP GFS可能低估了此高度区间的qc.(4)2001～2008年间NCEP GFS预报的温度、湿度和云量改进不显著,其预报云量和qc的误差很可能与模式中深对流和浅对流方案、层云微物理方案的不确定性有关.     

气候环境变化对电白日照时数的影响

利用电白国家气候观象台旧测站1958～2006年日照时数、总云量、低云量和新测站2007年日照等资料,对电白旧测站近50年来日照的变化特征及日照时数与总云量、低云量之间的关系进行分析;然后探讨造成电白日照时数显著变化的原因。结果表明：电白年、季、月日照时数均呈减少趋势,年日照时数存在突变现象;日照时数与总云量、低云量均存在负相关关系,但与低云量的相关性更好;造成电白日照时数明显减少的原因主要是气候变化和观测环境的恶化。     

云对中国区域卫星观测臭氧总量精度影响的检验分析

根据卫星和地基观测, 比较了我国香河、 昆明、 瓦里关和龙凤山四个站点臭氧总量自1979年以来的变化。卫星与地基观测的臭氧总量长期趋势比较一致, 表明臭氧总量均有下降趋势, 但是卫星与地基各自观测的结果仍存在着显著的差别。为研究卫星与地基臭氧总量的差别, 以地基观测臭氧总量为参考, 检验云对历史TOMS (Total Ozone Mapping Spectrometer) 和GOME (Global Ozone Monitoring Experiment) 臭氧总量精度的影响。结果显示: 云 (云量或云顶高度) 增加了卫星臭氧总量误差, 降低数据精度。随着地面云量的增加, TOMS、 GOME臭氧总量相对误差在上述四个地点呈现明显的上升趋势 (瓦里关最为明显), 但最大变化幅度没有超过2.0%。TOMS臭氧总量相对误差随地面云量变化呈现区域性特点, 香河与龙凤山 (代表着中纬度高臭氧总量区域)、 昆明与瓦里关 (代表中、 低纬度高原低臭氧总量区域) 分别为两个变化特点接近的区域。GOME臭氧总量相对误差与云之间关系的区域特征不明显。利用卫星遥测FRESCO (Fast Retrieval Scheme for Clouds from the Oxygen A\|band) 云信息检验GOME卫星臭氧总量精度的表明, 只有当云量大于5成后GOME臭氧总量才显示出相对误差增加的现象, 但无明显趋势; 随着FRESCO云顶高度的增加, GOME臭氧相对误差在香河、 瓦里关均呈现明显的上升趋势并有3%左右幅度的变化。TOMS臭氧总量相对误差随着地面有效反射率的增加而增大, 且误差幅度超过2%; TOMS\|N7臭氧总量比TOMS\|EP约高2.0%~3.0%。分析还表明, 云内和云以下臭氧柱浓度在反演的卫星臭氧总量中的贡献很可能被高估了。     

近40年宁夏云量和气温年际变化的相关分析

利用宁夏24个气象站的地面气温、总云量和低云量观测资料,分析了它们的年际及年代际演变趋势及相关关系。结果表明:近40年宁夏年平均气温波动升高,尤其是1990年以后;中部干旱带气温的年际变化较大,固原半干旱区气温变化幅度明显低于其它区域;1951年以来宁夏年平均总云量呈逐渐减少趋势,低云量下降趋势较总云量更为明显,2000年以后宁夏总云量有所增加。相关分析表明:宁夏年平均气温与年均总云量及低云量呈明显的负相关,均通过了0.01显著性水平检验,且低云量的相关更为显著;总云量和低云量与降水量呈显著正相关;同时,不同区域和不同季节总云量和低云量与气温、降水量的相关系数有明显差异。     

基于红外实时阈值的全天空云量观测

红外测温传感器在旋转平台控制下定时对全天空进行扫描,拼接全天空红外辐射亮温图像。利用天空中的云点与非云点在红外波段中表现出的不同特性,考虑不同仰角方向天空中云点与非云点的温度差异,结合地面环境参数,实时拟合天顶到水平区间内晴空时刻的温度阈值函数,利用阈值分割方式得出全天空云分布及云量信息。该方法可以有效减少地面环境参数及太阳光照对云图的影响,能够全天实时运行。将利用该方法获取的数据分别与人工观测数据及典型天气条件下可见光测云结果进行对比,结果表明该系统在云量观测方面具有一定的先进性和准确性。     

近40年中国云量变化的分析

本文以中美气候合作研究采用的“中华人民共和国的两个长期性仪器记录的气候数据库”为基础,分析了1950—1988年我国云量变化之概况.近40年来,除华南沿海和西南地区外,全国大部分地区云量有所减少.ENSO时间尺度和QBO的年际振荡在大部分地区有所反映.我们发现,3—4年尺度的振荡信号在60和70年代特别微弱,80年代又开始增强,和北半球60年代降温及80年代增温有良好的对应关系,表明了某些气象要素的年际变动和长期气候变化之间的一种可能联系.     

东亚地区云垂直结构的CloudSat卫星观测研究

本文利用卫星CloudSat同时结合了与其同轨道的卫星CALIPSO(Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observations)2007至2009年3年的观测资料,将东亚地区划分为六个研究区域,着重研究了东亚地区云垂直分布的统计特征.结果表明:东亚地区不同高度的云量之和具有明显的季节变化趋势,夏季最大,春秋次之,冬季最小.海洋上空的单层云量最大值出现在冬季,而在陆地上空则出现在夏季.从云出现概率来看,东亚地区单层云出现的概率在春、夏、秋、冬季节依次为52.2%,48.1%,49.2%和51.9%,而多层(2层和2层以上)云出现的概率在春、夏、秋、冬季节分别为24.2%,31.0%,19.7%,15.8%.云出现的总概率和多层云出现的概率,在六个区域都呈现出夏季最大,冬季最小;对4个季节都呈现出东亚南部比东亚北部大,海洋上空比陆地上空大的特点,表明云出现的总概率的季节变化主要由多层云出现的概率的变化决定.东亚地区云系统中最高层云云顶的高度,在夏季最高,为15.9 km,在冬季最低,为8.2 km;在东亚南部和海洋上空较高,平均为15.1 km;在东亚北部较低,平均为12.1 km,且呈现东亚南北部之间差异较大的特点.东亚地区云系统的云层厚度基本位于1 km到3 km之间,且夏季大,冬季小;对同一季节,不同区域的云层厚度差别较小;当多层云系统中的云层数目增加时,云层的平均厚度减少,且较高层的云层平均厚度大于较低层的.云层间距的概率分布基本呈单峰分布,出现峰值范围的云层间距在1到3 km之间,各区域之间没有明显差别,季节变化也不大.本文的研究为在气候模式中精确描述云的垂直结构提供了有用的参数化依据.     

近45年广西云量气候变化特征分析

利用近45年广西67个气象站观测资料,使用EOF分析方法对广西云量进行分析。结果表明:广西云量变化以全区一致性为主要特征;第二特征总云量以山区和丘陵平原地区呈反位相变化关系,而低云量则以山脉为界,山的东部和西部呈反位相的变化关系。广西大部分地区总云量变化呈逐渐减少趋势,但趋势不显著;低云量变化特征为除百色、河池西南部分地区呈减少趋势外,其他地区均呈增加趋势,而且趋势显著。总云量与气温成反相关,其中山区和沿海地区相关显著;低云量和气温除了广西中部与西南部的部分地区为正相关外,其他地区为反相关。云量与降水的正相关东部较西部显著。