中国北方云量的四季分布与降水

利用中国35°N以北地区1960-2005年333个站逐日地面观测总云量、低云量、降水量资料,并依据相关文献进行区划,系统研究了中国北方地区46年云和降水的时空分布特征,讨论了总云量、低云量、降水的相互关系.结果表明:中国35°N以北地区总云量、低云量分布形势与地形吻合较好,沿北方高大山脉有明显的云量高值区.总云量、低云量的季节分布特点显著:春夏两季东西部呈反相分布,秋冬季全区总云量、低云量分布稀少,但冬季在新疆天山以北有明显云量大值区.中国北方地区总云量、低云量与降水呈正相关关系,春季相关性最好,秋冬季次之,夏季最弱,但平原地区夏季的总云量、低云量与降水相关性尤为显著,山区则相反.逐区统计分析各区雨日数及各雨量级的总云量、低云量,发现北方各区在相同量级的降雨日,总云量、低云量差异不大.     

祁连山地区云物理参数特征及其与降水的关系

利用2006年1月-2015年12月的中分辨率成像光谱仪数据和网格化地面降水资料对祁连山地区云参数的时空特征及其与降水的关系进行了分析.结果表明,云量、云水路径、云顶温度、云粒子有效半径的区域平均值分别为55.50%、148.95 g/m~2、-21.13℃、21.04μm.过去10 a间,云量、云水路径和云粒子有效半径分别下降了2.3%、21 g/m~2和0.51μm,云顶温度上升了1.9℃.夏季云水丰沛、云发展旺盛且云滴较小,冬季则相反.云参数的高、低值中心的空间分布与研究区域的山脉走向一致.乌鞘岭地区与降水相关的云参数条件相对最好,冬季云参数的空间分布相对于其他季节有明显的变化.季节降水效率的区域平均值分别为9.53%(春)、12.54%(夏)、8.85%(秋)、3.51%(冬)且高值区均位于主山脉区.降水效率与云水路径相关性最好,与云顶温度相关性最差.云量、云水路径、云顶温度与降水效率相关性最好的季节均为冬季,分别为0.62、0.88、-0.52,云粒子有效半径与降水效率相关性最好的是秋季,为-0.60.     

利用黄山地区地基观测对FY-2E云分类的检验和验证

利用2011年6~8月黄山及周边地区的地基观测云状结果与风云二号E(FY-2E)静止卫星云分类产品,分析了二者的匹配情况。结果表明:地面观测结果为晴空陆地、层积云/高积云、雨层云/高层云、密卷云、卷层云和积雨云时,卫星产品的匹配率分别为94.05%、45.92%、20.33%、3.01%、0%和0%;FY-2E静止卫星容易将积雨云识别成卷层云,密卷云或层积云/高积云产品,而易将大部分的雨层云识别成卷层云,密卷云和层积云/高积云产品;若天空为双层云并且中云为高积云时,那么"低云-高积云-无高云"天空条件时的高积云匹配率要高于"无低云-高积云-高云";而当中云为高积云,同时存在低云和高云时,那么"层积云-高积云-高云"天空条件时的层积云/高积云产品匹配率要高于"非层积云(积云或积雨云)-高积云-高云";其次,虽然地基观测结果中包含大量积云时刻,但卫星云分类产品中不包含积云产品。     

甘南高原低云量的变化趋势分析

利用甘南地区8个气象观测站1974年到2013年的低云观测资料,对其40年低云的时空变化特征进行了分析。结果表明:甘南地区低云分布呈南多北少和东多西少的特征;月际变化表现为1-9月呈上升趋势,10-12月下降趋势;年际变化表现为甘南各地分布均呈上升趋势,原本云量较多的地区云量增加也更明显;低云量的变化与气温、降水、水汽压、人类活动等都有密切关系,相关分析表明低云量的变化与气温、水汽压呈正相关,与降水量呈弱的负相关。     

利用星载云雷达资料分析夏季青藏高原的云辐射强迫

利用最新的星载云雷达提供的青藏高原(25°～45°N,75°～105°E)夏季(JJA)2006年至2009年的辐射资料,以及云和地球辐射能地系统(CERES)提供的云量资料,分析了2006-2007年青藏高原夏季云量空间分布,以及青藏高原周边的山脉地区和中心地方云的辐射强迫和云对大气垂直加热率的影响.结果表明夏季青藏高原大气层顶(TOA)处云对长短波辐射的影响以及大气层底(BOA)处云对长短波辐射的影响远大于同纬度的其他地区,从大气加热率的垂直分布来看,有云存在时,对于短波来说,在云层中有明显的加热效应;而对于长波,在云顶有明显的冷却效应,在云底有较弱的加热效应.当存在多层云时,在高云与低云之间,云对大气的影响表现为冷却效应,其最高值接近于云顶对大气的冷却率;当存在多种类型的云时,大气净加热率可以看作是各种单层云在垂直分布上的叠加.     

近50年三江源地区云水资源分布及降水效率研究

基于云水资源积分推导公式,选取50年的气象站资料研究三江源地区(the Three River Headwaters Region,TRHR)云量与降水时空演变规律及其统计关系,并对降水效率(Precipitation Efficiency,PE)时空特征深入分析,挖掘人工增雨试验潜力.结果表明:①总、低云量分别以长江源区的治多、清水河为高值中心向西呈"经向型"分布,向东呈"纬向型"分布.低云量与降水量呈增加趋势且通过了α=0. 005显著性检验,总云量呈减少趋势并通过了α=0. 01显著性检验;②各源区总、低云量与降水的突变年份不同步.降水年际波动较云量变化大且低云与降水相关性较好.低云量随总云量增加而增加,当总云量增加1. 7%时,低云量将增加1%,同期降水增加10mm,年降雨频率最高出现在400mm;③TRHR多年PE空间分布与降水、云量一致,整体表现出自东南向西北方向递减空间分布,PE高、低值区分布在34°N以南和34°N以北.④TRHR多年平均PE为40. 3%且增幅变化不大,长江源区西部和黄河源区东北部增雨潜力(Precipitation Enhancement Potential,PEP)最大,最佳开发时间在3～4月和10～11月.     

广汉机场基于人工观测云的变化特征

利用广汉机场2011—2016年基于人工观测的云资料,统计分析了云量、云状、云高的变化特征。结果表明:广汉机场平均总云量在秋季较多,其次依次是冬季和春季,夏季最少。低云量年平均为2.2/8,且低云量季节变化较小。历年出现的最多的云状为高积云、层积云,其次为积雨云、浓积云等。低于450m的低云主要为碎雨云、雨层云、碎层云,且出现频率具有明显的日变化特征。积雨云和浓积云为每年常见的对流云系,其累年日平均出现概率达到了25.6%和41.4%,7月出现频率最高,对飞行安全影响最大。机场历年出现的云高以高度2000～3000m为高频区,5000m以上为低频区。     

基于CERES数据的青海省上空云特性时空规律研究

为了对青海省上空云特性在时空上的分布情况及变化规律进行研究,采用美国NASA地球观测系统2003年1月至2016年12月的CERES SSF Aqua MODIS Edition 4A云资料,根据青海省的地形地貌特征及原始CERES数据云分层的有效气压与海拔高度的对应关系,按距地表高度对原始CERES数据重新分层,云层距地高度0~3 000 m为低云,3 000~5 500 m为中低云,5 500~9 000 m为中高云,9 000 m以上为高云进行分析。结果表明:(1)青海省上空总云量取值范围在38.2%~71.3%,多年均值为59.5%,云量分布形势呈南高北低。(2)各季节(春夏秋冬)总云量平均值为66.2%,67.3%,52.5%,52.0%。(3)云中液态水路径和冰水路径取值范围为143.6~221.3 g/m~2,202.2~380.3 g/m~2。(4)青海省上空中高云、中低云、低云云量占各层云量总和的28.6%,43.7%,27.7%。(5)设定低云有效的临界条件为云量大于30%,低云有效天数多年均值为276.6 d。该结果为青海省人工影响天气作业的实施提供了数据支撑。     

柴达木盆地夏季极端强降水特征及大气环流成因

利用柴达木盆地气象台站逐日降水资料和国际卫星云气候学计划D2资料分析了柴达木盆地夏季极端强降水、云量及云水资源的时空分布特征,结合NCEP/NCAR再分析资料对夏季极端强降水事件发生时的大气环流进行了分析.结果表明,夏季极端降水阈值和极端降水日数在柴达木盆地东部大于西部,极端降水量也明显增加.柴达木盆地各种云量的空间分布形态不一,云量上升趋势不明显.云水路径、固态云水和液态云水的空间分布形态一致,具有"南低北高"的特征,三者的线性趋势在年和四季尺度均明显上升.环流分析显示,极端强降水事件发生时,对流层上层,西风急流向北移动,柴达木盆地位于急流南侧,有异常反气旋式环流,对应高空辐散区;对流层中层,柴达木盆地位于异常偏强的槽区及槽前;对流层低层,柴达木盆地东部位势高度异常偏低,出现异常气旋式环流,对应低空辐合,这种高层辐散低层辐合的环流配置为极端强降水提供了良好的动力条件.柴达木盆地极端强降水的水汽来源为印度夏季风对热带海洋的水汽经青藏高原东侧输送;西风带对欧亚大陆的水汽输送;西北太平洋异常气旋式环流西北侧的异常偏北风的水汽输送.     

基于卫星遥感的全球洋面降水暖云与非降水暖云的云参数差异

利用中分辨成像光谱仪(Aqua/MODIS)和云廓线雷达(CloudSat/CPR)两部星载仪器的准同步探测资料,分析了全球洋面暖云覆盖量和暖云降水频率的空间分布特征.并就暖云占优的多个中低纬海域,对降水暖云和非降水暖云的云微物理性质进行了对比,特别分析了由MODIS云滴有效半径(R16,R21,R37)相对大小所指示的云层顶部云水垂直结构在两类云之间的差异.研究结果表明,降水暖云与非降水暖云的云顶温度、光学厚度、云滴有效半径、云水路径等参数的有效范围接近一致,但均值存在明显差异.降水暖云的云顶高度显著偏高,其光学厚度、云滴有效半径、云水路径显著大于非降水暖云.针对6种云水垂直结构模态的初步统计结果显示,对应最大降水概率的模态为R37R21R16.该观测事实揭示了洋面暖云发展至降水阶段时,云层上部的云滴尺寸和云水含量多呈现为向下增长,该结果也反映了多光谱云参数反演资料在暖云降水识别中的潜在价值.     

基于云图特征量的太阳辐射预报方法

利用2012年敦煌云图特征量资料和太阳总辐射逐小时观测资料,研究了敦煌太阳总辐射量与云量、红外亮温、大气可降水、可见光反射率等云图特征量的关系,发现敦煌地区太阳总辐射值的衰减值和总辐射理论值的日变化规律基本一致,敦煌站云图的云量、红外亮温、可见光反射率、大气可降水等特征量和太阳总辐射衰减率具有很好的相关性。进而将云图特征量作为预报因子,利用多元线性回归方程,建立太阳总辐射量统计预报模型。利用2012年敦煌云图特征量资料和太阳总辐射衰减率对方程进行预报效果检验。12个月太阳总辐射衰减率预测结果与实测值变化趋势基本一致,表明基于云图特征量的太阳辐射预报方法具有较好的应用前景。     

应用太阳辐射通量和云量的历史资料进行紫外线辐射强度预报

紫外线辐射是太阳总辐射的一部分,而云对太阳辐射具有明显的减弱作用。本文应用1961￣2000年南昌市太阳总辐射资料和云量（低云、总云量）资料建立不同月份太阳总辐射与云量之间的关系,并应用南昌市2002年6月￣2003年5月的紫外线辐射监测资料和太阳总辐射资料,建立紫外线与太阳总辐射之间的关系,最终建立南昌市紫外线辐射强度预报方法。     

静止卫星红外云图上卷云与其它云类纹理特征的比较

用灰度共生矩阵方法分析了几种卷云的纹理特征,同时探讨了卷云与中低云、积云群、积雨云纹理特征的异同和相互区分的方法．纵述分析结果,有以下主要结论：用灰度共生矩阵的纹理特征量分析ＧＭＳ云图,邻域窗口的选取以７×７为宜;ＡＳＭ、ＣＯＮ、ＣＯＲ、ＥＮＴ这四个最常用的纹理特征量中,ＡＳＭ和ＣＯＮ更为重要;依ＡＳＭ和ＣＯＮ阈值并参考红外灰度值,可区分几种薄卷云和厚卷云;将纹理特征与光谱特性结合分析,又可区分积云群、中低云、薄卷云;厚卷云（尤其是伪卷云）与Ｃｂ云团的区分,则还是应用红外—可见光双光谱特性加以判识更有效;此外,云区边界对纹理分析的结果会有很大影响．     

基于模式输出统计预报方法的云量精细化预报

通过对T639数值预报产品的释用,结合地面气象观测站资料,以环渤海地区兴城站为例,建立了云量的精细化预报模型.从云形成的基本条件出发,选取4类天气学意义明确的预报因子:水汽类、大气不稳定度类、大气上升运动类和天气系统强度类,以总云量、低云量为预报对象,通过逐步回归法建立兴城站逐月、逐时次的云量预报方程.结果表明,云量主要受水汽、大气上升运动和大气不稳定度影响.回代检验结果表明,总云量平均绝对误差为20%,低云量平均绝对误差为16%,低云量的预报方程预报效果更好;总云量夏半年预报准确率更高,低云量冬半年预报准确率更高,可为云量精细化预报提供参考.     

利用卫星资料对青藏高原地区空中云水资源的研究

利用青藏高原地区39个站的地面站逐日观测资料,采用泰森多边形法计算了青藏高原地区2007-2011年多年平均月降水量.利用美国环境预报中心逐月再分析资料,计算了2007-2011年各季节的高原季风指数,借助相关分析法分析了影响青藏高原地区降水量的环流因素.利用MOD08大气可降水量和云产品,用奇异值分解法分析了青藏高原地区可降水量与云参数的关系.将地面降水与量资料和MOD08大气可降水量资料结合,计算了青藏高原地区的降水效率.结果表明:西太平洋副热带高压面积指数、亚洲经向环流指数、亚洲纬向环流指数和高原季风指数均与降水量具有显著的相关关系;可降水量与云顶温度、云量、云顶气压和云光学厚度都有很显著的关系,通过奇异值分解,发现每对奇异向量场之间的相关系数,第一模态均达到5%显著性水平,方差贡献均超过989%,每组对应的可降水量的第一模态的异性相关系数在整个青藏高原地区都为正值,且都通过了95%的显著性水平检验,说明可降水量对各云参数的影响在整个研究区域都很大.青藏高原地区上空的云水资源具有较大的开发潜力,年降水效率为32.2%.     

甘肃中部地区人工增雨适宜条件分析

利用2006-2015年中国国家气象信息中心"地面资料月值数据集"的降水资料、欧洲中期天气预报中心的比湿和水平风场再分析资料、美国国家航空航天局卫星平台中分辨率成像光谱仪产品提供的可降水量资料,结合"云与地球辐射能量系统"的SSF Aqua MODIS Edition 4A云资料,分析了甘肃中部地区人工增雨的适宜条件.结果表明,研究区域10 a平均降水量总体呈由南向北递减的空间分布形势.降水量在7-9月最多, 12月-次年2月最少.平均可降水量的分布由东南向西北逐渐递减,且季节差异明显,夏季最多,冬季最少,其中7、12月分别是可降水量最大、最小月,降水效率由西南向东北递减, 4-10月较高.低云量、低云液态水含量以及低云底、顶温度差与降水效率的空间分布基本一致,呈现由南向北逐渐递减的分布,以上云参数大值区均在研究区南部.各季节的降水效率与各云参数均呈正相关,相关系数在0.61～0.92,几乎全部通过了5%显著性水平检验.     

ERA Interim再分析资料的云量可靠性分析——以太原和五寨为例

利用气象信息综合分析处理系统地面实况报文和欧洲中期天气预报中心再分析(ERA Interim)的4次/d总低云量资料,对比分析了再分析资料对太原和五寨总低云量的代表性.结果表明,太原和五寨不同观测时次总云量和低云量多年平均(2002年2月1日-2013年12月31日)观测值与ERA Interim再分析云量变化趋势较为一致,除02:00外, 08:00、14:00、20:00的ERA Interim再分析资料均偏低, ERA Interim低云量均低于观测值.总云量月平均值ERA Interim资料高于站点观测值,14:00偏差较大.太原和五寨不同观测时次总云量累积分布趋势整体较一致.太原和五寨总云量的相关系数在0.6以上, 08:00和14:00相关系数在0.7以上.低云量相关系数明显低于同时次的总云量相关系数,低云量不同月份不同时次的相关系数差异较大,总云量平均绝对误差相差不大;低云量平均绝对误差部分时次较大.     

基于ISCCP卫星资料的南中国海云量特征分析

为较准确地了解掌握可以反映南中国海天气和气候特征的云量分布演变特征,利用1999年1月至2009年12月的ISCCP卫星云量资料,通过物理量特征提取、对比分析等方法,研究了南中国海总云量及高、中、低云量的分布演变特征,以及其与其他海域各季节云量季节性变化特征。结果表明:南中国海低云量四季中均表现为由海区向沿岸递减,总云量和中、高云量夏秋季高于冬春季,低云量则相反。对于不同海域的云量细节特征要依据各季节大气和海洋环流变化来细致区分,这样有助于在掌握规律基础上有效制作海域上空云的预报。     

北京市紫外辐射对人体健康的影响及其统计预报模型

利用2005-2011年中国科学院大气物理研究所铁塔分部的辐射观测资料和北京3所三级甲等医院2008-2011年皮肤病及眼部疾病急诊人数资料,对紫外辐射和相关疾病进行分析.选取与紫外辐射相关系数通过α=0.05显著性检验的气象要素作为预报因子,利用逐步回归方法分月建立紫外辐射强度预报方程.结果表明:紫外辐射与皮肤病的相关系数为0.367,与眼部疾病的相关系数为0.265,均通过α=0.001的显著性检验.不同月份紫外辐射的日变化规律不同,对人体产生伤害的时间段有所差异;紫外辐射强度与总云量、低云量、能见度、风向、风速、气压、相对湿度、气温等有关,其中与总云量、低云量、能见度的相关性最显著;1-11月预报方程历史回代检验的平均评分为82.8,试预报的平均评分为82.7;预报模型的拟合能力和推广能力较好,为实际业务提供了指导意义.     

环渤海地区云量的时空分布特征

利用环渤海地区69个观测站点2001年6月-2016年12月8次/d的云观测资料,欧洲中期数值天气预报中心ERA-Interim的垂直速度和比湿数据,初步分析了该地区云量的时空分布特征及成因.结果表明,环渤海地区总云量年平均和秋冬季呈南多北少、西多东少的分布特征,春季分布相对均匀,夏季从东南向西北递减;低云量年平均和各季节的空间分布大体相同,其中对流云量北部山区多于南部平原地区,非对流云量从东南沿海向西北内陆递减,北部低云以对流云为主,南部以非对流云为主.总云量的空间分布与上升运动和水汽的空间分布呈正相关;对流云量的空间分布与大尺度下沉运动呈正相关,与水汽呈负相关;非对流云量的空间分布在秋冬季只与水汽呈正相关,在春夏季只与大范围上升运动呈正相关.两个代表站围场站和莒县站的总云量、围场站的对流云量以及莒县站的非对流云量年变化均比较显著,夏季最多,春秋季次之,冬季最少,主要是由垂直上升运动和水汽的年变化引起的.两站总云量全年各季日变化均不明显,对流云量和非对流云量在夏季表现出明显的日变化特征,对流云量在08:00最少,午后对流活动发展,云量增加,至14:00达到峰值;非对流云量夏季峰值出现在05:00,在14:00达到谷值.