基于卫星遥感的祁连山及甘肃中部地区云特征分析
这是一篇关于云,降水,CloudSat,CALIPSO,祁连山,云/冰水含量,有效粒子半径的论文, 主要内容为本文利用2007—2010年CloudSat和CALIPSO卫星遥感资料、中国国家气象信息中心(CMDC)提供的中国地面降水月值0.5°×0.5°格点数据集(1996—2016年)以及中国自动站与CMORPH降水产品融合的逐时降水量网格数据集,对祁连山区、甘肃中部及石羊河流域三个区域的不同云类型宏微观特征进行了分析,结合个例对云的剖面特征进行了研究。主要结果如下:三个区域总云分数的季节变化较一致,较大值出现在春夏季,均超过70%,高值区主要集中出现在祁连山南坡,与降水量高值区分布一致。积状云云分数最大值出现在夏季,积状云降水频率高于层状云。云层以单层云为主,云厚度一般都超过2.0 km,春季甘肃中部的单层云厚度最大达3.0 km;两层云夹层比三层云的夹层厚度要厚。产生降水的云系中积状云和单层云的发生频率较高。各区域云频率随高度分布趋势大致相同,层状云出现的高度在距地表0.5 km到12.0 km,云频率峰值均在高度6.0 km左右出现;积状云云频率随高度分布较层状云明显偏低,峰值出现在1.5 km高度左右。积状云液态水含量在各高度均高于层状云。液态水含量的最大值出现在1.0km以下,从底层向上液态水含量迅速减少,直到1.0 km左右高度减少的幅度开始变缓。冰水含量延伸的高度较液态水含量更高。层状云和积状云冰水含量垂直分布多以单峰型出现。除夏季外,层状云冰水含量延伸的高度和峰值所在高度均大于积状云。秋季,甘肃中部地区层状云飞机播撒作业高度建议在3.0 km左右高度更合理;春季,石羊河流域2.2 km高度更适合飞机作业。非降水云液态有效粒子半径在垂直方向上下均一,数值上相对于降水云更小。降水云液态有效粒子半径从底层到34 km内迅速减小,底层云滴相对高层更大。非降水云中3.0 km以下冰粒子是有抬升的趋势,3.0 km以上大粒子有下沉的趋势。在降水云中冰相有效粒子半径随高度的增加迅速减小,底层的值远大于非降水云底层的值,充分反映了在降水云中大粒子受重力的影响而下沉。降水性雨层云的云底高度低,在1.0 km左右,且云层发展相对于非降水性雨层云更深厚。冰水含量极大值区主要出现在云层的中上部,在降水云中存在较为集中的极大值区。在降水性雨层云中存在上冷下暖的结构。个例中冰水含量极大值区出现高度均集中在云层的中上部,而冰相有效粒子半径极大值区出现在云层下部,表明中上部冰粒子有效尺度偏小,数量多;下部冰粒子有效尺度偏大,但是数量相对稀少。
新疆山区云水资源卫星资料应用研究
这是一篇关于云水资源,Aqua,低层云量,CloudSat,云顶高度的论文, 主要内容为新疆地区的水资源短缺问题使得当地的社会经济发展和生态环境的矛盾日趋尖锐,而人工增水是缓解新疆地区水资源短缺的重要途径之一。山区是该地区云水资源相对丰富的地区,对其云水资源时空分布特征进行系统的研究,有助于科学合理地开发云水资源,降低人工增水作业成本。随着卫星技术的发展,人类在云观测的技术上取得了长足进步,利用卫星反演云参量结合其他观测手段可以了解云系的宏微观特征,帮助科学地确定人工增水作业区。本文利用美国航空航天局(NASA)发布的2003年1月至2007年12月CERES SSF Aqua MODIS Edition1B/2B/2C资料研究了阿尔泰山、天山和昆仑山区云总云量和低云层参量的多年平均空间分布特征、季节变化特征、年变化特征和多年变化趋势。应用应用2006年6月至2008年12月CloudSat卫星云廓线雷达(CPR)资料对阿尔泰山、天山和昆仑山区不同云类的云顶、云底高度随时间变化特征以及不同云类云量所占比例的季节和年变化特征进行了分析。结果表明,昆仑山的总云量资源最丰富,比阿尔泰山高9.25%,比天山多7.81%。,三大山区低云层的云量(lower layer cloud coverage)多年平均区域值在18-30%之间。水云的云水柱含量多年平均区域值在25-60g/m2之间,多年平均的空间总体分布特征与低云量很相似,即三大山区和天山北麓一带为高值区,塔克拉玛干沙漠和吐鲁番盆地两处为低值区。冰云云水柱含量多年平均区域值在70～155g/m2之间,高值区分布在天山山区西段和中段以及昆仑山区,而阿尔泰山区平均值相对较低。冰云粒子有效直径多年平均最高值达42-48μm左右；在季节变化上,昆仑山区和阿尔泰山区总云量夏季平均值均最高,分别为60.42%和52.03%,天山山区春季平均值最高,为52.85%。低层云量的春季和夏季的平均值高于秋季和冬季值,水云云水柱含量的平均值从春季到夏季减小,秋季开始增大,冬季平均值为四个季节中的最大值,冰粒子有效直径春季平均值最大。三大山区的云顶和云底高度具有不同的变化区间,并且存在明显的季节变化,同类云的云顶和云底高度在各山区有显著的不同,三大山区八种云类中适宜于人工增水的高层云出现的频率最大。
基于CloudSat卫星资料分析云的微物理和光学特性的分布特征
这是一篇关于CloudSat,云光学厚度,云滴有效半径,云水含量,云滴数浓度的论文, 主要内容为本文利用高垂直分辨率CloudSat卫星资料在2007.1-2010.12的2B数据产品资料，对云的微物理特征量(云中液态水/冰水含量、液态水/冰水路径、云滴数浓度、云滴有效半径等)以及云光学参数(云光学厚度等)在全球和东亚地区的分布情况进行了统计分析，并与气候模式进行了比较。结果表明： 冰水路径的值分布在北美南部、南美大陆、非洲大陆、澳大利亚和南亚的陆地上空，以及太平洋、大西洋和印度洋的洋面上空，在垂直上高值区位于赤道地区8km附近以及中纬度地区4-8km高度上；液态水路径的高值区主要位于太平洋、印度洋和大西洋的中低纬度海域上空，垂直上液态水含量的值随高度递减。总云光学厚度的最大值为40，主要分布在中高纬度的广阔地区和低纬度靠近大陆的洋面上空；垂直上在2km以下的边界层较大。 东亚地区冰水路径的高值区分布在北纬40度以南，南方地区夏季的值最大，西北地区冬季最小；液态水路径夏季在青藏高原上空较高，冬季在东部海域较高。冰水含量的最高值在8km附近，南方地区、东部海域和青藏高原的值比其他区域大；液态水含量除青藏高原、西北地区外，其他区域的最大值位于1km以下的边界层。总云光学厚度在四川盆地的值全年较高，除青藏高原外，最大值在冬季达到最高。 干旱区处于下沉气流控制之下，不利于云的形成和降水发生，从云水路径的年平均分布来看，干旱区的值远低于湿润区。在垂直高度上，冰水含量在夏季的干湿区差异最大；液态水含量的最大值位于边界层，在湿润区的夏季值最大，而在干旱区的春季值最大。 BCCAGCM2.0.1气候模式对云物理量的模拟不很理想，冰水含量模拟较好的区域在中高纬度上空，赤道地区上空和北极地区低层的高值区没有模拟出来，液态水含量在边界层的值与观测相比有很大的低估。 本文的结果充分利用了CloudSat资料高垂直分辨率的优势，详细地给出了云物理量的气候态分布特点及其季节变化规律，为改进气候模式中云的光学参数化方案和微物理方案提供了一定的参考依据。
基于CloudSat/CALIPSO卫星资料的南京地区卷云的物理特性分析
这是一篇关于CloudSat,CALIPSO,卷云,IWC,联合反演,物理特性的论文, 主要内容为卷云的物理特性对研究卷云的辐射强迫具有重要意义。CloudSat和CALIPSO (Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observations)属于A-train卫星观测系统成员,他们相互配合在同一轨道上实现多波段、准同步对地球的观测,能提供冰云物理特性的详细信息。冰水含量(IWC,ice water content)是卷云最重要的微物理特性之一,可为气候模式的开发与研究提供理论基础。为深入研究南京地区卷云的物理特性,本文利用CloudSat和CALIPSO联合探测资料,在三个经验公式算法的基础上提出新的联合反演卷云IWC的方法,并进行反演结果的对比验证。此外,还对南京地区的卷云信息做了相关统计分析。本文主要内容和结论如下:(1)将本文提出的联合反演方法与星载雷达探测资料的反演结果进行对比验证,结果表明,本文提出的联合反演方法对于卷云冰水含量(IWC)的反演具有可靠性、全面性及精确性。对于Lidar-only和Radar-only的区域,本文提出的联合方法利用Lidar探测优势,使得反演结果更全面有效,更接近真实值。(2)将本文提出的联合反演方法与地基雷达探测资料的反演结果进行对比验证,经过对比分析,进一步证明本文提出的联合反演方法有效、全面、可靠、精确地实现了卷云IWC的反演,且反演结果优于单一使用一种反演方法或单一探测数据的反演结果。(3)利用星载雷达联合探测数据产品,对南京地区的卷云物理特性进行了统计分析。2007年1月～2010年12月中,四年的卷云出现频率均是春季和夏季大于秋季和冬季;全年的平均云底、云顶高度相当,整体相差较小,云底、云顶高度年平均值在2009年均出现最大值,分别为10.065km,11.685km;年平均IWC、ER (effective radius)均呈现先递减再增加的趋势,IWC和ER的年平均值在2009年均出现最小值,分别为0.0458g/m∧3,45.893μm。
基于MODIS和CloudSat对京津冀降水冰云特征的研究及其与非降水冰云对比分析
这是一篇关于京津冀,降水冰云,CloudSat,宏微观特征,季节特征的论文, 主要内容为本文主要利用Aqua MODIS 2级云产品和Cloudsat的2级产品资料2B-CWC-RO和2B-CLDCLASS,并结合降水数据和MODIS L1B级辐射率数据,对京津冀地区的降水冰云及非降水冰云的特征进行研究,主要包括夏季强降水个例下的冰云宏微观特征、降水冰云和非降水冰云特征的对比分析以及降水冰云的季节分布特征。结果表明:强降水过程中冰云主要分布在3.5 km以上,在水平分布中,冰云云顶高度、冰云光学厚度、冰水路径都随降水强度增大而增大;在垂直分布中,在9 km以上,冰云粒子有效半径随降水强度增大而增大;在12 km以上,冰云粒子数浓度随降水强度增大而增大;在8.5 km以上,冰水含量随降水强度增大而增大。强降水过程中冰云的主要类型为深对流云。冰云粒子有效半径高值区存在于云层中下部,且随高度上升而减小;冰云粒子数浓度高值区存在于云层中上部,且随高度上升而增加;冰水含量高值区则存在于云层中部。降水冰云以深对流云和雨层云为主,而非降水冰云以高层云和卷云为主。降水冰云以单层云为主,占80.39%,双层云占18.75%;而非降水冰云仍以单层云为主,占85.35%,双层云则占14.38%,比降水冰云低。相较于非降水冰云,降水冰云中卷云和高积云云体位置较高,而高层云和深对流云位置较低。随高度变化,降水冰云冰水含量是双峰结构,而非降水冰云是单峰结构;二者的粒子数浓度则差异不大;非降水冰云的粒子有效半径在5～7.5km随高度变化不大,而降水冰云则随高度减小。降水冰云的云水路径、光学厚度和粒子有效半径b16>b21≥b37模态(b16、b21、b37分别代表该云参数在1.6、2.1、3.7μm中的数值)的比例都高于非降水冰云,而二者在云参数b21≥b16≥b37模态的比例则有差异。京津冀总地区降水冰云夏季发生率较高,云顶高度在夏季最高、冬季最低,云顶温度的最小值在夏季最低,冬季最高,在春夏秋三季均以单层云为主,而冬季则以双层云为主。降水冰云的类型在春季和夏季较多,有7种,而秋冬两季的类型较少,分别为6种和5种。粒子数浓度和冰水含量的分布高度和最大值均是夏季最高、秋季次之、春季再次之、冬季最低;粒子有效半径的最大值是夏季最高、春季次之,冬季再次之,秋季最低。且在夏季降水冰云以深对流云为主,占48.3%,其他季节以雨层云为主。此外,夏季这些物理量随高度变化在京津冀4个分区分布较为一致,均呈单峰结构。
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