福建省及周边地区云类型的主动卫星检测

利用CloudSat和CALIPSO卫星融合云分类产品2B-CLDCLASS-LIDAR 2007-2010年观测资料,研究福建省及周边地区云系的构成、发生频率、垂直结构特征。研究结果表明,云系的层数以一层为主,且其发生频率约是双层云系统的2倍或多层云系统的4倍。在单层状态下,层积云、高积云和高云是主导云类型,在全年的占比之和达70.8%。而在双层状态下,这三种云类型相互重叠出现的情况也最频繁。与双层云系统和三层云系统相比,单层云系统的云底高度或云顶高度均要高于它们的最底层云或最上层云。此外,由于各季节的主导云类型不同,云系的垂直结构呈现出明显的季节变化,表现为夏季云分数廓线在15.5km处达到峰值,而冬季则在3.5km处达到峰值。     

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。     

基于微物理属性的新疆层状云随高度变化规律

针对干旱半干旱的新疆地区,利用CloudSat卫星资料研究和分析了2009—2010年层云与层积云四季的云滴冰晶有效粒子半径、数浓度及含水量高、中、低数量级的垂直分布频率,为实际播撒作业提供参考依据.结果表明春、夏、秋、冬四个季节中层云与层积云冰晶有效粒子半径的中值段出现频率最高,特别是层云.层云冰晶有效粒子半径在垂直高度上呈明显分层现象,而层积云冰晶有效粒子半径分层现象不明显.层云中冰粒子数浓度中的低值段粒子出现频率大于层积云(冬季除外),且层云和层积云冰粒子数浓度高值出现的云层位置有明显不同.层云与层积云冰水含量低值最多,低值段粒子分布在整个云层,而高值段随季节不同在层云和层积云中的分布位置也不同.     

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。     

洋面多层暖云的空间分布及垂直结构特征

利用中分辨成像光谱仪(MODIS)和云廓线雷达(CPR)2008年全年的融合资料,针对具有多层结构的洋面暖云系统,研究了其全球尺度的空间分布和垂直结构特征.通过修正传统的基于云顶温度的暖云判据,发现洋面暖云单体大多分属于3种主导构型,包括单层暖云、双层半暖云和双层纯暖云.统计结果表明,单层暖云、双层半暖云和双层纯暖云3种构型的占比分别为77.14%, 19.15%和3.71%.在全球分布上,3种构型暖云的差异明显,尤其是分布密集区域迥然不同.在云顶高度、云底高度及云层厚度等结构参数上,双层半暖云的下层暖云单体与单层暖云单体的统计特征极为接近,显示了两类暖云单体在几何结构上的相似性.这表明双层半暖云中上层冷云的存在并未造成下层暖云结构上的变化,洋面上的双层半暖云系统中的上层云和下层云可能多源于独立的成云过程.双层纯暖云构型中上层暖云的结构特征明显异于单层暖云,下层暖云则与单层暖云较为接近,但其云顶高度和云层厚度相比单层暖云偏小.另外,该构型中的下层暖云越薄,上层暖云越能向更高更厚发展.一致表明双层纯暖云系统中上层暖云与下层暖云的发展有一定的制约关系,两层云在生消变化中具有潜在的物理联系.     

毫米波测云雷达在晴雨观测中的初步应用

利用平和县气象观测站2018年8～11月地面观测资料,结合毫米波测云雷达的观测结果,初步分析了回波强度、云含水量和云场分布在晴雨观测中的应用。结果表明,晴天回波强度在-39.3～-5.3dBz,云含水量0.1g/m~3,以层云和层积云为主。多云和阴天回波强度增大,回波中心达-5.3～17.3dBz,云含水量1.0～2.0g/m~3,以层云、雨层云和层积云为主。雨天回波强度17.3～27.8dBz,呈片状分布,云含水量1.5～2.5g/m~3,积雨云深厚且覆盖全天空,回波强度和云含水量中心出现时间与地面降水时段相吻合。     

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.     

基于CloudSat的东亚和南亚季风区降水云特征分析

利用2007年3月-2010年2月3年的CloudSat资料,2008年3月-2010年2月的TRMM_3B43资料,分析了东亚季风区(EMA)和南亚季风区(SMA)降水量的季节性差异、降水云的发生频率及宏观垂直结构特征(包括云层数、云厚、雨顶高度、冻结降水出现最大高度、雷达反射率垂直分布)及云类型季节变化.结果表明,EMA降水云的出现频率随季节变化先降低后升高,SMA则相反,先升高再降低,夏季达到最大值.EMA降水云以单层云为主,云顶高度随季节有明显的起伏变化,SMA则以单层云与双层云为主.EMA降水云云厚的季节变化明显:夏季最厚,冬季最薄;SMA云厚无明显季节变化,云厚发展高于EMA.两区域降水云均以深对流云及雨层云为主,但EMA降水云除夏季以深对流云为主外,其他三季雨层云占主导地位,而SMA则以深对流云为主,雨层云次之.从雷达反射率来看,降水云主要集中在8 km以下,雷达反射率在-15～15 dBz,降水云中雷达反射率随高度降低的趋势先增强后减弱,但SMA粒子增长速度较快,粒子累积带也大于EMA.     

北京地区夏季云出现概率及云底高度分布的特征分析

研究北京地区2007-2009 年夏季8 km 高度以下云出现概率(探测到云的次数与总探测次数之比)及云出现概率在一天内的分布规律, 并研究三年中夏季单层云的云底高度分布规律, 典型对流云的云底高度特征, 以及对流云云底高度与地面相对湿度的关系。结果表明: 北京地区夏季云出现概率约为12%, 一天内云最容易出现在夜间, 下午较夜间云出现得少; 云底高度分布呈单峰, 最容易出现在700±50 m 高度, 低云(云底高度在3000 m 以下)出现次数占云总出现次数的82%; 典型对流云云底高度出现在400~2500 m 高度, 一天之内云底高度变化不大。利用绝热气团模型得到云底高度与地面相对湿度的线性关系, 并以此方便地给出对流云云底高度, 平均相对标准差为0.321。     

基于CALIOP资料的中国及周边地区云出现概率时空分布特征分析

云垂直结构是影响大气辐射的重要参数,其时空分布是影响全球气候变化的关键组成部分.本文利用星载激光雷达CALIOP的1 km云层产品,计算了中国及周边地区（0-55°N,70-140°E）云的出现概率,对不同地区、不同季节、不同高度单层云的出现概率做了对比分析.结果表明：云的出现概率表现出明显的地区差异,蒙古高原和印度半岛北部少云,热带海域和中国南方多云,多数地区夜间云出现概率略高于白天;除蒙古高原和印度半岛北部以外,多数地区单层云比多层云更常见;多数地区高云占单层云的比例最大,而中国大陆南部单层的中云较常见,西太平洋北部海域常被单层的低云覆盖;夏秋两季云出现概率普遍大于春冬两季,尤其印度半岛北部的云主要出现在夏季;蒙古高原和印度半岛北部单层云少于多层云,冬季尤其明显,而中国西南地区东部全年单层云更常见;夏季单层的高云占全年单层云的比例最大,青藏高原部分地区超过35%,这与其地形特征和夏季对流活动旺盛有关.     

基于MODIS数据与数值模式的云垂直结构估计

为了利用MODIS数据与数值模式估测云的垂直结构,通过运行PSU/NCAR MM5非静力数值模式,以模式输出的温湿廓线与MOD06云顶气压产品插值得到云顶高度,并利用WR95探空分析算法判定云底高度;以CloudSat/CPR主动遥感数据为真值进行云垂直结构的对比试验.初步结果表明:结合MODIS云产品与中尺度数值模式...     

青藏高原云的气候特征及其对地气系统的影响

利用ISCCPD2资料分析了青藏高原云宏观参量的时空分布特征,结合NCEP资料分析了不同云类与降水和气温的关系,利用CERES SSF MODIS Edition 3A资料分析了云对地气系统的辐射强迫作用.结果表明,青藏高原地区云量分布整体呈自东向西减少的态势;总云量、低云云量、总光学厚度和总云水路径的分布形势很相似;水高积云、水积云、卷云和冰高积云的云水路径及云光学厚度均较小,冰层云、冰雨层云和深对流云的云水路径及云光学厚度均较大;出现最多的是卷云,最少的是冰层云、冰层积云、冰积云和冰雨层云;青藏高原地区的水积云、水高积云、水高层云、卷云和卷层云的云量与降水一致.近20a,中高云量在青藏高原地区呈上升趋势,低云量则呈明显下降趋势,该结果可能导致青藏高原地区地面气温升高.青藏高原地区云的短波辐射强迫主导着云的净辐射强迫效应,且具有显著的季节变化.     

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.     

过冷层状云AgI播云效应区的NOAA卫星反演分析与数值模拟

2000年3月14日14时15分至15时49分,在陕西省境内实施了1次AgI飞机人工增雨作业,15时35分NOAA-14卫星接收到播云后的云图资料显示:在云顶形成了1条长301 km、平均宽9 km、最大宽度14 km的云迹线．卫星资料分析表明播云云迹为冰晶化的云沟,云沟内暖外冷,有增温效应,是播云所致．通过催化剂输送扩散的数值模拟证实了每段云沟都与每段催化剂的输送扩散一一对应,是播云效应在云顶的直观反映,云沟区为播云效应区．虽然卫星能够提供小时尺度、百公里范围播云效应的状况,但只能给出云顶这一个剖面的状况,文中利用数值模拟再现了播云效应区的时空分布及演变,分析播云效应区特征．数值模拟显示:120 min内,播云效应区的面积、体积、宽度、厚度随时间为先增后减的单峰型,90 min达到极大,极大值分别为3639 km2,3413．4 km2,9．19 km,0．94 km,120 min内的平均值分别为2303 km2,1973．0 km3, 6．87 km,0．78 km;考虑到NOAA资料的局限性和云及其微物理过程的复杂性,真正的播云效应区的面体也许更大、宽度更宽、厚度更厚、存在时间更长．     

风云四号静止气象卫星的云顶高度反演算法

我国新一代静止轨道气象卫星——风云四号搭载多通道扫描成像辐射计(AGRI).云顶高度产品对于监测中小尺度强对流系统、研究云的气候效应具有重要意义.风云四号云顶高度算法(FCTHA)融合红外分裂窗和CO2切片算法的优点,反演得到的云顶高度产品与多源卫星观测资料的交叉检验结果较好.与静止轨道葵花八号卫星云顶高度产品比较,细节纹理具有较高一致性,偏差为1.4～1.8 km.与MODIS/Terra和MODIS/Aqua云顶高度产品相关系数大于0.8,且长时间序列偏差为0.4～1.3 km.与近似真实云顶高度的CALIPSO云顶高度产品比较,在多层云和高云条件下误差较大;但单层水云的分季节检验相关系数均在0.8以上,春季最高(0.88),平均偏差均小于1 km,冬季最小(0.61 km).     

遂宁机场云的气候特征

对2001年至2010年遂宁机场云的特征进行统计学分析,结果表明:遂宁机场年均总云量为5.9/8,年均低云量为3.8/8;对飞行影响最大的云是碎雨云,其次是积雨云;冬春季节云一般较高,夏秋季节一般较低。     

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.     

毫米波云雷达与地基微波辐射计联合反演云微物理参数

使用地基微波辐射计与毫米波云雷达进行主被动遥感联合探测,从理论上能够更准确地反演云微物理参数。分别以2010年7月于广东阳江和2015年3月于江苏南京进行的联合观测试验所获取的数据为例,对其中的层状云、层积云个例进行联合反演微物理参数的试验和分析,获取云演变过程中微物理参数和其他环境场物理量的变化特征。结果表明:1云雷达-微波辐射计联合反演法反演的云微物理参数与基于雷达反射率因子的经验法有较好的一致性,与实测经验值相比,结果比较可靠;2在层状云发展初始阶段,凝结增长作用在云体中上部位置起主要作用,碰并作用主要导致云滴粒子的显著增长和云层垂直方向的延展;在垂直上升速度较大的层积云中,云滴粒子通过碰并作用增长;3低层湿区高度与大范围层状云系出现的高度较为一致,抬升作用和水汽通量的辐合为云的产生提供了动力和水汽条件。     

基于CERES资料的山区低层云特性时空变化研究

采用NASA地球观测系统"云与地球辐射能量系统"的2003年1月至2007年12月CERES SSF AquaMODIS Edition 1B/2B/2C云资料,分析了中国新疆的天山、阿尔泰山和昆仑山三大山区低层云的云量、云冰水柱含量和液态水柱含量及云有效高度的时空变化特征.结果表明:三大山区的低层云的云量、云冰水柱含量和云有效高度在6-8月达到高值,区域平均最高值分别为30.1%～32.3%,183.7～247.3 g/m2和4.11～6.20 km;低值出现在10月至次年3月,最低值分别为18.0%～20.1%,29.1～47.7 g/m2和2.66～5.33 km.而三大山区云液态水柱含量高值出现在12月至次年1月,最大为64.0～104.2 g/m~2,低值主要出现在7-10月和3-4月,最小值为36.1～41.0 g/m~2.     

有云条件下WRF模式中5种边界层参数化方案的比较研究

利用中尺度气象模式WRF中五种边界层参数化方案,对中国安徽寿县地区进行高分辨率的数值模拟,评估有云条件下边界层参数化方案对不同气象要素以及边界层结构的模拟能力。结果表明:两种非局地方案(ACM2、YSU)在云层存在的时间、云底高度、云底厚度方面模拟效果较好,局地方案模拟结果较差;对于向下短波辐射模拟,ACM2方案更接近观测值;对2 m温度和比湿模拟ACM2方案最好,而局地方案在风速和风向上存在优势;垂直结构方面,白天弱不稳定条件下,非局地方案考虑大涡输送更能表征位温廓线和湿度廓线,而风速和风向廓线的模拟,除了MYJ方案外,其它方案均能成功模拟,在夜间弱稳定条件下,5种方案都能模拟出弱不稳定层结、逆湿结构、急流等。