CPR探测的青藏高原和中国东部夏季多层云系特征
发布时间：2020-08-26 16:19
【摘要】：多层云系普遍存在于大气中,其空间分布和垂直结构的变化影响着全球地气系统辐射收支平衡,进而影响着大气环流活动。为了深入地了解我国上空多层云系的空间分布及其垂直结构特征,本论文利用2007～2010年夏季(5～8月)星载云廓线雷达(Cloud Profile Radar,CPR)探测结果,研究了青藏高原和中国东部地区上空单层、双层和三层云系的空间分布、云系各层云的云类组成及其垂直结构和云系各层云的微物理参数垂直分布特征。还结合ECMWF再分析资料对晴空、单层云系和多层云系形成所需的气象要素场和大气环流背景场进行了分析,主要得到以下结论:(1)云系水平和垂直分布特征CPR探测的北半球上空总云量约为50%,陆面总云量小于洋面的。云量高值区出现在夏季水汽充足且对流旺盛的热带辐合带、夏季风区和青藏高原等区域上空。对于本论文关注的研究区域而言,高原和中国东部上空总云量分别为67.4%和53.47%。高原上空单层云系云量最高,接近60%,双层和三层云系云量分别为9.81%和0.44%。通过分析云量的水平分布发现,高原总云量和多层云系云量均由东南向西北方向递减;从云系垂直分布来看,高原各云系集中分布在4～10km高度,云频次峰值位于7.5km高度。中国东部上空单层云系云量为41.53%,双层和三层云系云量分别为10.41%和1.4%,它们大度分布在2～12km范围内。(2)云系各层云的垂直结构特征中国东部上空单层云系云层的云顶和云底高度与高原上空相近,多层云系各层云的云顶和云底高度则低于高原上空的。对于云层厚度而言,云层数越多,相应的云系云层越薄,多层云系的上层云厚于下层云。高原单层云系云层通常为7km高度以下厚度不超过2km的层积云(Sc)、7km高度以上不厚于3km的高层云(As)或厚度可达10km的雨层云(Ns);多层云系的上层云大多为分布在11km高度以上和以下的卷云(Cirrus)和高层云(As),两者在云层中的占比相近。中国东部单层云系云层通常为7km高度以上的Cirrus或厚度达17.5km的深对流云;多层云系上层云中占主导的是分布在8km高度以上的Cirrus,它在云层中的占比超过70%。两个地区上空三层云系中层云通常为As和Ac,它们在高原和中国东部上空分别分布在10km和7km高度之上和之下;对于多层云系的下层云而言,两个地区云层均由高积云(Ac)和层积云(Sc)占主导,且高原此云层中Sc的占比大于中国东部的。此外,随着云系云层数的增加,相应云系中各层云的CPR回波强度减弱,在多层云系中,下层云的CPR回波强度大于上层云的。对比分析区域差异发现,直接受下垫面影响的单层云系云层和多层云系下层云的CPR回波反射率因子的CFAD分布存在显著的区域差异。(3)云系微物理参数特征通过分析云系各层云的冰水路径和液水路径分布特征发现,云层越厚,冰水路径和液水路径越大,在多层云系中,上层云的冰水路径大于下层云的,而上层云的液水路径则小于下层云的。通过对比区域差异发现,高原不同云系各层云的液水路径均小于中国东部的,在多层云系中,上层云液水路径的区域差异显著大于下层云的,高原三层云系上层云中基本无液态粒子出现。此外,云系各层云中冰粒子和液态粒子各物理参数值(云水含量、粒子有效半径和粒子数浓度)均随着云系云层数的增加而减小,中国东部各层云中各冰粒子物理参数大于高原的,而液态粒子物理参数则相反。(4)云系背景大气特征高原上空多层云系多在上层低温、下层高温的高压湿润环境中形成;中国东部多层云系则更易在近地面和高空高温但中层低温、低层低压且高层高压的湿润环境中形成。且高原和中国东部上空的强上升气流、低层辐合配置高层辐散的环流形势更有利于多层云系的形成。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P426.5
【图文】：
构的卫星（如图邋２．１邋所示）。ＣｌｏｕｄＳａｔ邋与邋ＣＡＬＩＰＳＯ、Ａｑｕａ、ＰＡＲＡＳＯＬ邋和邋Ａｕｒａ逡逑四颗卫星共同组成Ａ－Ｔｒａｉｎ卫星群，它们在赤道上空经过的时间约为正午１：３０或逡逑午夜１：３０邋（如图２．２所示），绕地球扫描一周的时间约９９分钟。其搭载的ＣＰＲ逡逑雷达有效载荷为９４ＧＨｚ邋（波长约３ｍｍ），可探测的最小反射率为－２９ｄＢＺ，采样点逡逑时间和距离间隔分别为０．１６ｓ和１．１ｋｍ，每条轨道长约４００２２ｋｍ，有约３７０８１个逡逑星下点。每个星下点波束沿轨和跨轨分辨率分别为１．７ｋｍ和１．４ｋｍ，垂直分辨率逡逑为邋５００ｍ。（Ｓｔｅｐｈｅｎｓ邋ｅｔａｌ．，２００２）逡逑ＣｌｏｕｄＳａｔ邋官网（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｄｏｕｄｓａｔ．ｃｉｒａ．ｃｏｌｏｓｔａｔｅ．ｅｄｕ／ｄａｔａ－ｐｒｏｄｕｃｔｓ）主要提供标准逡逑数据和辅助数据两类产品。其中，标准数据产品分为ＣＰＲ直接探测所得的Ｌｅｖｅｌ逡逑１数据产品和由Ｌｅｖｅｌ邋１产品与其他卫星产品反演得到的Ｌｅｖｅｌ邋２数据产品两种，逡逑包括邋ＩＢ－ＣＰＲ、２Ｂ－ＣＬＤＣＬＡＳＳ、２Ｂ－ＣＬＤＣＬＡＳＳ－ＬＩＤＡＲ、２Ｂ－ＣＷＣ－ＲＯ、逡逑２Ｂ－ＣＷＣ－ＲＶ０Ｄ、２Ｂ－ＦＬＸＨＲ、２Ｂ－ＦＬＸＨＲ－ＬＩＤＡＲ、２Ｂ－ＧＥ０ＰＲ０Ｆ、２Ｂ－ＴＡＵ邋和逡逑２Ｂ－ＧＥ０ＰＲ０Ｆ－ＬＩＤＡＲ；辅助产品主要为欧洲中心中尺度天气预报辅助产品逡逑ＥＣＭＷＦ－ＡＵＸ和ＭＯＤＩＳ辅助产品ＭＯＤＩＳ－ＡＵＸ两种。产品均以ＨＤＦ格式存放，逡逑每个文件约有３７０８１条廓线数据
做大范围物理参数水平分布图时，本研究参考了傅云飞等（２００８）的格点化方案逡逑将逐轨资料处理到２°邋（经度）＞＜２°邋（炜度）格点上。夏季ＣＰＲ在北半球探测廓线逡逑总样本数分布如图２．４所示，可见在２°邋（经度）ｘ２°邋（纬度）格点中ＣＰＲ探测的逡逑廓线样本数超过１００００，在此分辨率下的统计结果具有可靠性。逡逑０逦６０Ｅ逦１２０Ｅ逦１８０逦１２０Ｗ逦６０Ｗ逦０逡逑■■■■■■■逡逑１００００逦１３０００逦１６０００逦１９０００逦２２０００逡逑图２．４邋２００７？２０１０年北半球夏季（５￣８月）ＣＰＲ探测总廓线数水平分布逡逑为了分析云系的水平分布特征，本研宄采用Ｍａｃｅ邋ｅｔａｌ．邋（２００７）的云量（Ｆ）逡逑统计方法，即利用研宄时间段内在分辨率为２°邋（经度）＞＜２°邋（纬度）格点内统计逡逑得到的ＣＰＲ探测总廓线数ＮｔＣ）ｔａｌ和相应格点内ＣＰＲ探测到的有云廓线数Ｎｄ（）Ｕ（＾逡逑算得到的，计算方法如下：逡逑Ｆ邋＝邋！＾ｌ0＾ｘ邋１００0／0逦（２．１）逡逑＂ｔｏｔａｌ逡逑１１逡逑
逦１２５．７５Ｅ逦１２５．９６Ｅ逡逑图２．３２００７年６月１日０５８１５轨道５°Ｎ？８°Ｎ段的（ａ）云类剖面分布（填色图为云类分布，逡逑黑点为云层云顶所在高度）和（ｂ）对应云层数分布逡逑２．邋３．邋２统计方法逡逑本研宄将北半球（０°￣８０°Ｎ）和青藏高原（３０°Ｎ？３５°Ｎ，８０°Ｅ￣１００°Ｅ）及其逡逑同纬度的中国东部地区（３０°Ｎ？３５°Ｎ，邋１１０°Ｅ￣１３０°Ｅ）选定为主要研[偳颉Ｔ阱义献龃蠓段锢聿问椒植纪际保狙芯坎慰剂烁翟品傻龋ǎ玻埃埃福┑母竦慊桨稿义辖鸸熳柿洗淼剑
本文编号：2805405
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P426.5
【图文】：
构的卫星（如图邋２．１邋所示）。ＣｌｏｕｄＳａｔ邋与邋ＣＡＬＩＰＳＯ、Ａｑｕａ、ＰＡＲＡＳＯＬ邋和邋Ａｕｒａ逡逑四颗卫星共同组成Ａ－Ｔｒａｉｎ卫星群，它们在赤道上空经过的时间约为正午１：３０或逡逑午夜１：３０邋（如图２．２所示），绕地球扫描一周的时间约９９分钟。其搭载的ＣＰＲ逡逑雷达有效载荷为９４ＧＨｚ邋（波长约３ｍｍ），可探测的最小反射率为－２９ｄＢＺ，采样点逡逑时间和距离间隔分别为０．１６ｓ和１．１ｋｍ，每条轨道长约４００２２ｋｍ，有约３７０８１个逡逑星下点。每个星下点波束沿轨和跨轨分辨率分别为１．７ｋｍ和１．４ｋｍ，垂直分辨率逡逑为邋５００ｍ。（Ｓｔｅｐｈｅｎｓ邋ｅｔａｌ．，２００２）逡逑ＣｌｏｕｄＳａｔ邋官网（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｄｏｕｄｓａｔ．ｃｉｒａ．ｃｏｌｏｓｔａｔｅ．ｅｄｕ／ｄａｔａ－ｐｒｏｄｕｃｔｓ）主要提供标准逡逑数据和辅助数据两类产品。其中，标准数据产品分为ＣＰＲ直接探测所得的Ｌｅｖｅｌ逡逑１数据产品和由Ｌｅｖｅｌ邋１产品与其他卫星产品反演得到的Ｌｅｖｅｌ邋２数据产品两种，逡逑包括邋ＩＢ－ＣＰＲ、２Ｂ－ＣＬＤＣＬＡＳＳ、２Ｂ－ＣＬＤＣＬＡＳＳ－ＬＩＤＡＲ、２Ｂ－ＣＷＣ－ＲＯ、逡逑２Ｂ－ＣＷＣ－ＲＶ０Ｄ、２Ｂ－ＦＬＸＨＲ、２Ｂ－ＦＬＸＨＲ－ＬＩＤＡＲ、２Ｂ－ＧＥ０ＰＲ０Ｆ、２Ｂ－ＴＡＵ邋和逡逑２Ｂ－ＧＥ０ＰＲ０Ｆ－ＬＩＤＡＲ；辅助产品主要为欧洲中心中尺度天气预报辅助产品逡逑ＥＣＭＷＦ－ＡＵＸ和ＭＯＤＩＳ辅助产品ＭＯＤＩＳ－ＡＵＸ两种。产品均以ＨＤＦ格式存放，逡逑每个文件约有３７０８１条廓线数据
做大范围物理参数水平分布图时，本研究参考了傅云飞等（２００８）的格点化方案逡逑将逐轨资料处理到２°邋（经度）＞＜２°邋（炜度）格点上。夏季ＣＰＲ在北半球探测廓线逡逑总样本数分布如图２．４所示，可见在２°邋（经度）ｘ２°邋（纬度）格点中ＣＰＲ探测的逡逑廓线样本数超过１００００，在此分辨率下的统计结果具有可靠性。逡逑０逦６０Ｅ逦１２０Ｅ逦１８０逦１２０Ｗ逦６０Ｗ逦０逡逑■■■■■■■逡逑１００００逦１３０００逦１６０００逦１９０００逦２２０００逡逑图２．４邋２００７？２０１０年北半球夏季（５￣８月）ＣＰＲ探测总廓线数水平分布逡逑为了分析云系的水平分布特征，本研宄采用Ｍａｃｅ邋ｅｔａｌ．邋（２００７）的云量（Ｆ）逡逑统计方法，即利用研宄时间段内在分辨率为２°邋（经度）＞＜２°邋（纬度）格点内统计逡逑得到的ＣＰＲ探测总廓线数ＮｔＣ）ｔａｌ和相应格点内ＣＰＲ探测到的有云廓线数Ｎｄ（）Ｕ（＾逡逑算得到的，计算方法如下：逡逑Ｆ邋＝邋！＾ｌ0＾ｘ邋１００0／0逦（２．１）逡逑＂ｔｏｔａｌ逡逑１１逡逑
逦１２５．７５Ｅ逦１２５．９６Ｅ逡逑图２．３２００７年６月１日０５８１５轨道５°Ｎ？８°Ｎ段的（ａ）云类剖面分布（填色图为云类分布，逡逑黑点为云层云顶所在高度）和（ｂ）对应云层数分布逡逑２．邋３．邋２统计方法逡逑本研宄将北半球（０°￣８０°Ｎ）和青藏高原（３０°Ｎ？３５°Ｎ，８０°Ｅ￣１００°Ｅ）及其逡逑同纬度的中国东部地区（３０°Ｎ？３５°Ｎ，邋１１０°Ｅ￣１３０°Ｅ）选定为主要研[偳颉Ｔ阱义献龃蠓段锢聿问椒植纪际保狙芯坎慰剂烁翟品傻龋ǎ玻埃埃福┑母竦慊桨稿义辖鸸熳柿洗淼剑
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