空间和时间的特性的频率根据CALIOP云出现在中国

文摘

空间和时间分布的云垂直结构是全球气候变化的关键部件。云的出现对中国及其周边地区已经从“基于云计算层产品与正交偏振激光雷达(CALIOP) 1公里分辨率。结果显示显著地区差异云出现的频率。少云发现蒙古高原和印度北部半岛,与更多的云明显在热带海洋和中国南方。云层在晚上比白天略高。单层云比多层云在大多数地区更为常见。在大多数地区,高层云占最大比例的单层云。云的发生通常在夏季和秋季大于春季和冬季。单层云在蒙古高原和印度半岛北部比多层云发生得不那么频繁,尤其是在冬天。此外,单层云是常见的在中国西南地区东部的一年四季。 Over parts of the Tibetan Plateau in summer, high clouds account for the largest proportion (>35%) of annual single-layer clouds, as a result of topography and enhanced summer convection.

1。介绍

云可以作为辐射源,发出热辐射,同时吸收和散射太阳短波辐射和传出的长波辐射。因此,调节和影响地球大气层的能量分布系统,这对全球气候有重要影响。例如,当被云层覆盖,地球的反照率是晴空条件下(两倍1- - - - - -3]。研究的一个重要前提云层在地球辐射平衡的影响是准确理解云的垂直结构(CVS) (4]。CVS了云的高度分布(即。,the difference in height between the cloud top and cloud bottom), the distance between adjacent layers, and the height difference between cloud layers. Different cloud heights have different radiative effects: the reflectivity of low-level clouds often causes a cooling effect, while high-level clouds heat the earth–atmosphere system via a greenhouse effect. The in-depth study of different cloud heights can therefore help to more fully understand the interactions between clouds and radiation [5,6]。到目前为止,它已经很难获得准确的参数化方案建立模型的云对气候变化的影响,由于缺乏深入的理解CVS和云在气候模型模拟大规模的天气特征。因此,准确地模拟气候的能力是大大降低(7- - - - - -9]。因此,准确和全面的研究CVS参数,以及它们的空间和时间分布,是重要的在分析云之间的交互和辐射及其与全球气候变化的关系。

使用国际卫星云气候学的数据项目(ISCCP) 1983年7月到2001年9月,叮了地区差异,减少的趋势在全球平均云,密切相关的动态影响热力学和微观物理学的进程在云(10]。小王和Rossow CVS进行了初步分析,对大气环流的影响,使用13个实验从戈达德空间研究所全球气候模型(GISS GCM) [9]。检测技术的发展使得云层及其垂直结构的更深入的研究。初步分析表明,单一的时间和空间变异——和多层云是重要的;单层云的发生高于多层云(11,12]。由于topography-induced压缩效应,CVS在西藏高原的变异特点(27°N-40°N, 70°E - 103°E, TP)显然是不同于邻近的土地面积(20°N-27°N, 70°E - 103°E)和热带海洋地区南部的TP (20°20°N, 60°E - 150°E) (13]。通过使用CALIOP数据来研究热带地区,发现薄中层云(TMLCs)在这一领域有更大的发生频率(14]。这些以前的研究都集中在云高度分布;然而,不同数量的云之间的关系层和云的高度还没有详细研究。本文分析了单层云的空间和时间分布和它们的发生。

2。信息和方法

2.1。研究数据

CALIOP形式的一部分“激光雷达和红外探路者卫星观测(卡利普索)平台:双频(532和1064海里)线性偏振激光雷达。短波的探测器和高灵敏度稀薄的大气中云导致良好的检测;例如,卡利普索具有良好的检测性能在云的光学深度0.01或更少(15]。经过广泛的比较和验证不同的激光雷达系统(16- - - - - -18),我们发现检测CALIOP更好的性能与地面激光雷达相比,具体来说,在物理和光学特性的检测能力的卷云(15,19,20.]。与地面观测和被动遥感卫星探测器相比,一个明显的优势CALIOP是活跃的遥感可用于第一次收集全球CVS数据。因此,一个更全面和详细的观测数据集用于调查云辐射对地球大气层系统的影响,从而优化大规模天气气候模型的表示7,21]。然而,CALIOP很难穿透云层厚,导致信息不准确或失踪云底高度和云厚云层下面的存在。尽管这个缺点,使用全球云分布和卡利普索cloud-penetration CALIOP数据分析统计表明其可行性研究云分布(22,23]。为了保证本研究的质量,高信心数据选择“歧视(CAD)在70年至100年之间,这表明一个可靠的数据源。

基于CAL_LID_L2_01kmCLay-Standard-V4-10云层产品从2006年6月到2016年5月,本研究统计分析水平分布和季节性变化的云发生和单层云在不同高度对中国及周边地区(0°N-55°N, 70°E - 140°E)。

2.2。研究方法

沿着轨道观测卫星数据计算1.2°×1.2°经度网格。超过95%的电网> 400观察轨道和> 40000年观测资料(图1)。没有规范,“多云的天空”被定义为区域激光通过网格剖面探测到云层。从极轨卫星观测地球有关的因素导致更多的观察高纬度地区比在低纬度地区(图1(一))。本研究也进行了比较分析白天与夜间观测数据,基于本地时间卫星观测。

国际卫星云气候学项目(ISCCP)分类云根据云顶压力和云光学厚度(24),不同的云类型决定从表面观察25]。高云,包括卷云、卷层云深对流云系,冰阶段。中间云包括高积云、高层云和雨层云被认为是冰阶段,和低云层包括积云,液相层积云和层云。根据ISCCP的分类,本研究使用了层顶部的压力由CALIOP,单层云被分为高(440 hpa≤< 50 hpa)、中期(680 hpa≤< 440 hpa),低级(1000 hpa≤< 680 hpa),以分析单级云在不同高度(表1)。

3所示。云发生和云高度的水平分布

3.1。发生的多云的天空

结果显示显著地区差异全年发生浑浊的天空(图2(一个))。多云的天空的发生在中国南部(南部35°N)大于在中国北部,四川盆地多云条件发现,Yunnan-Kweichow高原东北部,热带地区(0°N-10°N, 90°E - 120°E)。在四川盆地,当地云可以维持一个相对长生命周期主要是因为闭塞的地形景观造成低风速和高湿度。这进一步阻碍了大气水平扩散(26]。多云的天空是最低的发生在蒙古高原和印度半岛西北部。这个理论是由锅等的结果。12]。比较图2 (b)和2 (c)表明,多云的天空的发生在西部的青藏高原,晚上比白天低10% - -20%。在其他地区,夜间多云的天空比白天更频繁。

3.2。周日在单层云的频率和高度的差异

单层的样本数量的比率云总云表明单层云的频率,这反映了单层云的贡献的总全年发生云。单层云的发生在白天(夜间)表达的单层云的样本数量的比例在白天(夜间)云总在白天(夜间)。单层云的发生在中国南部(南部35°N)大于在北方;单层云在蒙古高原不太频繁的在整个一年。单层云的发生在四川盆地,中国西南地区东部,东部东海大于60%。单层云的发生在南亚小于40%,最低的价值发现西北印度半岛(图3(一个))。比较图3 (b)和3 (c)表明,单层云的发生在青藏高原和四川盆地比晚上白天略高;白天与夜间之间没有差异被发现在其他领域(27,28]。

图4显示了单层云的出现对于高(最常见),中期(第二最常见),和低级(至少频繁)的云。青藏高原与单层高层主导云,由于高海拔和低空气压力平均高度3.1公里以上,空气压力低于680 hpa。让云在这个区域的初始高度高于其他地区在同一纬度,也带来了更低的云顶压力,通常低于440 hpa (12]。高层云层,超过90%,在青藏高原由于地形的影响。在大陆地区远离高原,北部发生的高级云30°N是高于南部30°N(图4(一))。高级云的发生在印度洋和西太平洋的北部大于在中国大陆东部和沿海地区,因为深对流在热带地区比在亚热带,频繁和蒸汽更充足28,29日]。中层云的发生在中国西南大于50%。高级和低级云层更大比中层云层在沿海地区,特别是在南部的海洋20°N,包括孟加拉湾和南海发生的中层云小于10%(图4 (b))。单层的发生,低层云西太平洋地区和中国沿海地区高于中国大陆。在东北和华北,长江中下游和东南沿海地区,发生低级云是10% - -30%;在剩下的内陆地区,低云量还不到10%。在南部的海洋区域15°N,包括孟加拉湾和南海发生的低级云还不到20%,这远远低于在北部的西太平洋15°N(图4 (c))。余的结果支持这一理论的研究(30.]。结果显示无显著差异,不同高度的出现在云间。中层云的发生比晚上白天略高,而高级和低级云的发生比白天晚上稍高。

不同高度的单层云的发生(图4)也有类似的大值和它的云顶温度(图5(一个))。单层云在青藏高原(TP) (27.6°N ~ 46.8°N, 70.8°E ~ 106.8°E)主要是由云高、平均云顶温度高于−40°C。单层云的云顶的平均温度在中国东部地区(EA)在同一纬度(27.6°N ~ 46.8°N, 106.8°~ 120°E E)是关于−45°C。单层云的云顶的平均温度在TP和EA如图5 (b)。温暖的云−附近20°C的比例大于EA;这可能是因为令人振奋的TP地形和热的效果。

4所示。季节性变化的发生云和云山庄

地区差异发生的云是明显的。季节性变化的水平分布云是由于不同的天气系统,大气环流结构、水蒸气量,和季节性差异对流强度(31日,32]。在这项研究中,季节性差异的出现多云的天空和单层云进行了详细分析。

4.1。季节性变化在多云的天空

描述季节性分布和云特征的变化,发生在多云的和明确的计算作为样本的比例每个季节的多云的天空还是晴朗的天空总云量(图在整个一年6)。多云的天空会更频繁的在北部地区(> 35°N)在每个季节比中国大陆的南部地区(< 35°N)。蒙古高原通常无云区域,与中国大陆的北部地区。在印度半岛西北部,在夏天多云的天空会更加频繁,而在秋天晴朗的天空更加频繁。

明显的季节性差异也明显出现多云的天空。夏季和秋季最有助于年度发生的多云的天空。在夏天,云层最大区域位于中国西南地区,印度半岛,印度支那半岛,孟加拉湾,和南中国海,占总量的20% - -25%的年度云层。在秋天,四川盆地,中国西南部的部分地区,东北部和南部热带地区15°N展览最大的云层。冬天云层小有助于每年总云量的东北和华北,蒙古高原,青藏高原,印度半岛,印度支那半岛,孟加拉国北部海湾。

4.2。季节性变化的发生单层云

季节性变化的发生单层云如图7。发生季节性单层云计算比单层云样本在每个季节的单层云样本总数。单层云的发生在同一个赛季证明了单层云样本的比例在每个季节同期总样品数(图8),反映出单层云的贡献在那个赛季总云的发生。

在西北和华南地区,季节性变化单层云并不重要。在蒙古高原,印度半岛和孟加拉湾,单层云是在夏天最常见,尤其是在印度半岛的北部地区,单层云的发生超过40%。单层云在这些地区在冬天不那么频繁。

在春天和夏天,中国大陆南部35°N是由单层云。在秋季和冬季,单层云是频繁的在黄海低于在今年剩下的时间。在中国西南部的四川盆地和东部,单层云云发生占总量的70%以上。单层云在蒙古高原比多层云少,尤其是在冬天,当单层云总云量的贡献小于30%。在青藏高原,单层云是最常见的在春季和夏季,而多层云在秋天和冬天更常见。在夏天,单层云更加频繁的多层云在印度半岛,而多层云更频繁的在剩下的一年。例如,在冬天,单层云总云量的贡献小于20%印度半岛的中心区域。单层云主宰海洋地区在一年的大多数时间,占超过70%的总云量,尤其是在春天在南中国海,菲律宾以东,冬天在中国东海。在夏天,单层云在琉球群岛的东部海洋比多层云略少。

单层云的出现在每个季节的不同高度的比值高,中期,低端云层单层云。云在不同高度的比率显示了贡献年度单层云量(图9)。大多数研究的领域是由单层高层一年四季云层。然而,高层次的云是罕见的在东北Yunnan-Kweichow高原在秋天和冬天对中国东北和南部附近海域。在春天和夏天,高级云占总云量的很大一部分在青藏高原,在一些地方,超过30%。因素,导致高层云出现在夏季青藏高原地形的影响,包括辐照和热源。在夏天,周围的空气青藏高原聚集到高原作为热源,使对流活动在青藏高原暴力。与此同时,亚洲夏季季风的影响,青藏高原的蒸汽是相对潮湿的夏天。以上的所有因素共同执行大云的出现在夏季青藏高原(13]。高级云在夏天占超过25%的云层在南海东部地区,印度半岛和孟加拉湾。单层中层云出现在中国大陆一年左右。被高原,孟加拉湾的水汽遇到冷空气在中国西南地区,导致中国西南部的相对湿度相对较高的秋季和冬季。此外,当地的发生稳定的单层中层云大。由于青藏高原的地形影响,单层中层云出现在今年的大部分时间在中国大陆。在中国西南地区,有中层云在秋季和冬季的发生率较高。在南部的海洋区域20°N,单层中层云的出现比其他单层云少在每个季节的不同高度。单层低层云在海洋比陆地出现的更为频繁。在冬天尤其如此,当单层低级云是更频繁的在南海北部地区,黄海和日本海。 This is closely related to the conditions for the upward transportation of water vapor provided by the sea surface in winter, especially low atmospheric unstable stratification of Japan Sea [29日]。

单层高层云是最常见的云类型在不同地区和不同季节。相反,单层低层云是罕见,尤其是在夏天。这可能是由于亚洲季风的对流活动频繁地区夏季主要由多层云和高级云(29日]。单层中层云更频繁地发生在中国西南地区比高级和低级的云。然而,低级的云是更常见的在南海北部地区,黄海和日本海,,晚上云类似的发生在白天。相反,印度半岛北部地区,高层云晚上比白天出现的更为频繁。

5。结论

在这项研究中,CALIOP 1公里云层数据产品从2006年6月至2016年5月被用来分析云的发生在中国和周边地区。单层云的发生在不同的地区和季节的不同高度和分析相比,导致以下的结论。

以35°N为边界,云的发生在中国南部大于在北方。云最经常发生在四川盆地,东北Yunnan-Kweichow高原,和热带地区0°N-10°N, 90°E - 120°E。,很少有云发现蒙古高原。单层的发生在四川盆地云大于60%,中国西南地区的东部地区,东部地区的东海。在南亚,单层云比多层云少,特别是在印度半岛西北部,单层云占不到30%的云层。云总额和单层云在青藏高原天略高于夜间,而其他地区表现出昼夜之间的区别。

单层高层云发生最频繁,紧随其后的是中层,低端云层是最频繁的。地形效应影响的概率高层云层在大多数的青藏高原,有90%的云底高度大于6公里。中层云是常见的在中国南部,西南地区的频率大于60%。在西太平洋的北部地区往往覆盖着低层次的云,单层低层云的发生只有40% - -50%。与其他地区相比,单层中层云的发生比晚上白天略高。

晴空条件下的发生35°N /中国北部大于南部35°N。云出现在夏季和秋季通常大于春季和冬季。单层云比多层少云在蒙古高原和印度北部半岛,尤其是在冬天。单层云更频繁的一年到头都在中国西南地区东部地区。青藏高原有更大的频率单层云在春天和夏天更多层云在秋季和冬季。单层云主宰海洋地区一年四季,尤其是在南中国海在春天,东部的菲律宾,和东海在冬天,他们占70%以上的云总额。

持久的单层高层云是明显的大多数研究区域内。青藏高原的复杂地形,加上强烈的对流活动在夏天,意味着高级云更频繁地发生在某些领域(> 35%)比其他季节在夏天。此外,持续的单层中层云是明显的在中国内地和西藏高原,和更频繁的发生在中国西南地区秋季和冬季。单层低端云层在海洋比陆地更频繁,尤其是在南海北部地区,黄海和日本海。晚上单层云的分布在不同的高度是一样的。高层云晚上发生在印度半岛北部地区略高于白天。

区域性和季节性差异的发生云在不同高度是显而易见的。辐射传输模型是有用的对于理解其辐射的性质。未来的研究将包括深入分析CVS在大气辐射平衡的影响。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这项研究是由中国国家自然科学基金(41405031,41405031),公益行业的专项基金(气象学)中国(GYHY201506013),和全脱胶丝的科学研究基础(KYTZ201504 J201519)。利用NCAR命令语言创建的所有数据(NCL) (2016) (http://www.ncl.ucar.edu)。CALIOP产品从大气科学数据中心下载(https://earthdata.nasa.gov)。

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