Statistics of cloud heights over the Tibetan Plateau and its surrounding region derived from CloudSat data

Cloud-radiation interaction has a large impact on the Earth's weather and climate change, and clouds with different heights cause different radiative forcing. Thus, the information on the statistics of cloud height and its variation in space and time is very important to global climate change studies. In this paper, cloud top height (CTH), cloud base height (CBH) and cloud thickness over regions of the Tibetan Plateau, south slope of the plateau and South Asian Monsoon are analyzed based on CloudSat data during the period from June 2006 to December 2007. The results show that frequency of CTH and CBH in unit area over the studied regions have certain temporal-spatial continuity. The CTH and CBH of different cloud types have different variation scopes, and their seasonal variations are distinct. Cloud thickness is large (small) in summer (winter), and the percentages of different cloud types also have certain regularity.     

基于模板匹配的云底高度估计

本文提出一种将主动卫星遥感云底高数据扩展到被动遥感卫星视场的新方法。在分析云顶高度(CTH)和云水路径(CWP)对云垂直分布影响的基础上,提出用CTH和CWP两项参数为基的模板匹配法,结合加权最近邻插值估计云层厚度,并用成熟的CTH反演产品减去云层厚度,得到云底高度(CBH)。然后引入小波去噪的方法抑制对云底高度估计的局部高频涨落。与基于云类型的估计方法相比,该方法在20~300km范围内与其估计效果相当,且在170~240km范围内误差更小。考虑到基于云类型的估计方法在CloudSat卫星和MODIS云分类结果上存在差异,本文方法的适用性更好。     

Characterization of cloud microphysical properties in different cloud types over East Asia based on CloudSat/CALIPSO satellite products

利用CloudSat/CALIPSO卫星资料,本文揭示了东亚三个代表性区域的云微物理属性,为评估和改进模式云微物理过程提供重要的观测基础.研究的云微物理量包括云水/冰质量,数浓度和有效半径.研究表明:暖云中云水质量和数浓度随高度增加而减小,有效半径处于8-14μm范围.对于冰云,云冰质量和有效半径随高度增加而减小,而数浓度在垂直方向上变化不大.此外,云微物理属性在不同云型之间存在显著差异:积云的云水质量和数浓度最大,而卷云的云水质量和数浓度最小.从三个区域的对比结果来看,相比于华东和西北太平洋地区,青藏高原地区暖云的云水质量和数浓度较小,而冰云的则较大.     

Seasonal variation and physical properties of the cloud system over southeastern China derived from CloudSat products

Based on the National Centers for Environmental Prediction(NCEP) and Climate Prediction Center(CPC) Merged Analysis of Precipitation(CMAP) data and Cloud Sat products, the seasonal variations of the cloud properties, vertical occurrence frequency, and ice water content of clouds over southeastern China were investigated in this study. In the Cloud Sat data, a significant alternation in high or low cloud patterns was observed from winter to summer over southeastern China. It was found that the East Asian Summer Monsoon(EASM) circulation and its transport of moisture leads to a conditional instability, which benefits the local upward motion in summer, and thereby results in an increased amount of high cloud. The deep convective cloud centers were found to coincide well with the northward march of the EASM, while cirrus lagged slightly behind the convection center and coincided well with the outflow and meridional wind divergence of the EASM. Analysis of the radiative heating rates revealed that both the plentiful summer moisture and higher clouds are effective in destabilizing the atmosphere. Moreover, clouds heat the mid-troposphere and the cloud radiative heating is balanced by adiabatic cooling through upward motion, which causes meridional wind by the Sverdrup balance. The cloud heating–forced circulation was observed to coincide well with the EASM circulation, serving as a positive effect on EASM circulation.     

星载毫米波测云雷达资料的云特征分析

基于CloudSat卫星资料, 综合地基和天基遥感资料云特征反演算法, 开展了云分类和云相态识别方法研究, 并将所得结果分别与CloudSat数据处理中心(DPC)发布的云分类产品和CALIPSO星上载荷Lidar产品进行了比对分析和个例研讨。     

基于CloudSat云分类资料的华北地区云宏观特征分析

利用2007年1月至2008年12月的CloudSat 2B-CLDCLASS-LIDAR云分类资料对华北地区(36°~42°N,110°~120°E)各类云在单层及多层云中的出现频率、平均高度及平均厚度进行统计分析。结果表明:华北地区单层云和多层云出现频率存在明显的季节变化,夏季最大,春秋次之,冬季最小。单层云的出现频率远高于多层云,单层云出现频率在春、夏、秋、冬4个季节分别为44.3%、46.1%、37.8%和32.8%,而多层云中2层云所占比例最大。单层云和多层云各云层平均高度、平均厚度分析显示,3层云上层云顶云底高度最高,3层云下层云顶云底高度最低,单层云平均厚度明显大于多层云,云层数越多,各云层的平均厚度越小。对不同类型云出现频率分析显示,卷云主要出现在单层云及多层云中、上层,高层云和高积云在单层云和多层云各云层中均占有一定的比例,层云主要出现在多层云下层,层积云、积云、深对流云主要出现在单层云及多层云下层,雨层云主要出现在夏季单层云中。卷云、高层云、高积云的平均高度及厚度在不同云系统中存在显著的差异。     

层状云微物理属性垂直分布的季节变化——以新疆地区为例

利用CloudSat卫星资料2B-CLDCLASS和2B-CWC-RVOD数据集,分别揭示了层云与层积云的云粒子等效半径、数浓度及含水量等微物理属性的垂直分布特征及其季节变化规律。结果表明：层云所在的云层高度比层积云高,特别是春季,层云可以延伸到11.0 km处,而层积云云层所在高度最高出现在夏季,最高延伸到8.5 km处。层云中的冰水分布在1.0~11.0 km,液态水分布在0~9.0 km,而层积云的冰水和液态水均分布在0~9.0 km。层云与层积云的冰粒子等效半径、水云粒子数浓度、液态水含量呈现随云层高度的增加而减小的趋势,冰粒子数浓度随云层高度增加呈增大趋势,冰水含量呈峰值分布,峰值出现在6~10 km范围内。各季节层积云粒子等效半径、粒子数浓度及水含量的最大值均大于层云的对应值,从这方面看,层积云更适合作人工增水对象。     

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.     

基于CloudSat/CALIPSO联合探测的南京地区卷云物理特性分析

卷云的物理特性对研究卷云的辐射强迫具有重要意义。利用星载雷达(CPR,Cloud Profile Radar/CALIOP,Cloud-Aerosol Lidar with Orthogonal Polarization)联合探测反演数据产品,对南京地区的2007年1月—2010年12月4 a的卷云物理特性进行了统计分析。研究结果表明:(1)4 a的卷云出现概率均是春季和夏季大于秋季和冬季;(2)全年的平均云底、云顶高度相当,整体相差较小,分布较为稳定,云底、云顶高度年平均值在2009年均出现最大值,分别为10.065 km,11.685 km;(3)冰水含量(IWC)的范围基本集中在0.000 0~0.050 0 g/m~3,粒子有效半径(ER)的范围基本集中在30～40μm之间;IWC和ER的年平均值在2009年均出现最小值,分别为0.045 8 g/m~3,45.893μm。南京地区卷云的物理结构特征可为气候模式或辐射传输模式中典型高云参数的输入和使用提供参考。     

大西洋上四个爆发性气旋的云微物理参量垂直分布特征分析

利用 CloudSat卫星数据处理中心（Cloudsat Data Processing Center,CloudSat DPC）提供的CloudSat卫星数据、欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF）提供的ERA5再分析资料和美国国家航空航天局（National Aeronautics and Space Administration,NASA）提供的 Aqua卫星可见光云图,对冬春季发生在大西洋上四个爆发性气旋个例的云微物理参量垂直分布特征进行了分析。结果表明：爆发性气旋中心云系多为层积云或积云,中心外围云系以雨层云为主,雨层云外部往往伴随着相似高度的高层云,气旋冷锋云带内以雨层云、高层云和高积云为主,冰粒子出现的最低高度与0℃等温线高度几乎重合;冰粒子有效半径随高度的增加而减小,而冰粒子数浓度随高度増加而増大;冰水含量大值区主要位于雨层云中部;液态水主要分布在高层云和层积云底部,冬季爆发性气旋个例内的液态水含量大于春季。