中国及全球三维云场和云水场诊断方法的优化与检验研究

发布时间：2020-10-13 05:37

　　 云水作为大气水循环的重要环节,在气候变化、天气分析和人工影响天气中的作用十分关键。但过去对云场和云水场的三维结构诊断的研究很少。本论文利用CloudSat/CALIPSO联合资料识别云,与再分析资料ECMWF相对湿度建立关系,并按温度垂直分层,优化了我国云内相对湿度判别阂值及其垂直廓线,应用于个例和气候三维云场的诊断,并与卫星等云场实测资料进行对比分析。同时讨论了全球云分布特征以及三维云场和云水场诊断方法在全球的适用性。主要结论包括:1、优化后的阂值法诊断云区的TS评分和正确率都普遍高于仅利用CloudSat数据以及按高度垂直分层的统计结果。优化后的阂值诊断的黑龙江地区以及新疆地区的云区以及晴空位置都与实测对应更好;垂直方向上也与卫星和地面观测更一致,对云顶和云底的识别优于原方法。优化后的含水量和粒子有效半径的垂直廓线,更易区分粒子相态,也减弱了地形的影响。2、全球海洋、陆地地区的云出现频率都呈现随温度的降低呈现先增加后减少的变化趋势。CloudSat/CALIPSO联合统计得到全球年平均总云量约为0.69。CloudSat/CALIPSO联合云观测资料相较单独CloudSat资料,对各区域云量都有增加,CloudSat/CALIPSO联合卫星可观测到主要集中在-60～-40℃温度范围内ITCZ南北回归线以内以及南半球60°S附近西风带和北太平洋风暴路径带地区的冰云,10～20℃温度范围内加利福尼亚和秘鲁西附近海域的暖云,以及-10℃～0℃温度范围内南半球60°S附近西风带的过冷水云。3、全球三维云场的诊断方法对海洋地区暖云和混合云的识别优于大陆地区。全球三维云场诊断结果,与ECMWF再分析资料、CERES云观测资料在各高度层的云量空间分布都较为一致,但整体略大。全球陆地和海洋地区LWC在低温层均最为丰沛,随温度的降低而减小,均小于0.35g/m3,高温区海洋地区LWC略大于陆地;陆地和海洋地区IWC均小于0.13g/m3,且随高度增加呈现先减少后增加最后再减小的变化趋势,最大值在-20℃左右。海洋和陆地液相粒子有效半径平均值整层都在11μm左右;冰相粒子有效半径的平均值在40-120μm之间,且随温度的降低而减小。
【学位单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：P412
【部分图文】：

２Ｂ－ＧＥ０ＰＲ０Ｆ－Ｌｉｄａｒ统计云出现频数时按照３５°Ｎ和１００°Ｅ、１１０°Ｅ经祎度将中国分为东??北（ＮＥ）、东南（ＳＥ）、西北（ＮＷ）、西南（ＳＷ）和青藏高原（ＴＰ）?５个区域进行统计，??对每个区域的边界做矩形处理。统计区域如图２．１所示。最终将各区域统计结果相加，??得到全国云出现频数。??５５Ｎ－｜?■?■?１?１??＊－???：：＾?＾７?：??２０Ｎ－?＾?〇?■??７０Ｅ?８０Ｅ?９０Ｅ?１００Ｅ?１１０Ｅ?１２０Ｅ?１３０Ｅ?１４０Ｅ??图２．１东北、西北、东南、西南和青藏高原５个统计区域示意图??１０??

随温度的降低，云出现频数都会呈现先增加后减少的分布特征；峰值都出现在??－１５？－１０°Ｃ之间。但从二者的比较情况来看，ＣｌｏｕｄＳａｔ与ＣＡＬＩＰＳＯ的联合观测结果较??ＣｌｏｕｄＳａｔ单独的观测结果，对低温区的云观测增加明显。具体从图３．３随温度变化的增??加样本百分比趋势图可以看出，ＣＡＬＩＰＳＯ对云的探测优势是随温度的降低而逐渐增加??的，且呈现双峰型，在－５？０°Ｃ之间有个小峰值，云出现频数增加百分比大约在２０％，－４０°Ｃ??以下云出现频数增加百分比随温度的下降而急剧增加。在－６０°Ｃ值达到最大值，云出现??频数增加百分比达到１５０％。从以上结论可以看出ＣＡＬＩＰＳＯ卫星明显提高了对低温区云??的观测。这是因为－４０°Ｃ以下，过冷水滴自发冻结可能会形成较多的冰晶，但由于温度??较低，含水量较少，冰晶粒子半径较小，因此ＣＡＬＩＰＳＯ卫星能观测到而ＣｌｏｕｄＳａｔ观测??不到。??１４??

ｍ?ｔ?ｆｃ＞??图３．２云出现频数随温度变化的分布特征?图３．３ＣｌｏｕｄＳａｔ与ＣＡＬＩＰＳＯ对云观测差异的??垂直分布特征??３．１．２?ＣｌｏｕｄＳａｔ／ＣＡＬＩＰＳＯ联合统计云出现概率的研究??云的形成与相对湿度有密切关系，但不同温度下形成云的相对湿度不同，为了研究??云内相对湿度的空间分布差异，使用ＥＣＭＷＦ－ＡＵＸ产品中温度、比湿、气压等数据集??计算得出云中各位置分别相对应的相对湿度值（计算时各位置温度０°Ｃ以下采用冰面饱??和水汽压，０°Ｃ以上采用水面饱和水汽压），结合云出现概率（即云出现频数与云和晴空??出现总频数的比值称为云出现概率），得出我国不同温度、不同相对湿度下云出现概率??分布，如图３．４所示。这里需要说明的是随着相对湿度增加，云出现概率出现最大值后??还会出现，这是因为相对湿度较大的情况下云出现频数和总频数都较少，所以统计结果??不具有代表性，因此我们不作讨论。从图３．４中可以看到，对于全国来说，不同温度、??不同相对湿度条件下云出现概率各不相同。但不同温度下云出现概率都随相对湿度的增??加而增加
【参考文献】

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本文编号：2838798