我国东部地区云体液水含量和云滴有效半径分布特征

论文总字数：14997字

目 录

1引言……………………………………………………………………1

2资料与方法··············································2

2.1资料来源·····························································2

2.2研究方法·····························································3

3结果分析················································3

3.1液水含量季节分布·····················································3

3.2云滴有效半径季节分布特征·············································6

3.3不同年份液水含量随高度和温度的分布···································8

3.4不同年份云滴有效半径随高度和温度的分布·······························10

4结论···················································13

参考文献················································13

致谢····················································15

我国东部地区云体液水含量和云滴有效半径分布特征

夏雨晨

，China

Abstract：This paper uses CloudSat satellite data between January 2007 and December 2010 to analysis the cloud liquid water content and cloud drop effective radius of season and year changes of two regions in the eastern part of our country(area 1: (N36.8 °, E116.8 °) is the center, area 2 : (N32.6 °, E116.8 °) is the center, 4 ° * 4 ° for range).The results show that the average vertical profile in region1 and region2 is 145mg/m³ and 155mg/m³ in spring, the average vertical profile in region1 and region2 is 118mg/m³ and 159mg/m³ in summer, the average vertical profile in region1 and region2 is 82mg/m³ and 103mg/m³ in autumn, the average vertical profile in region1 and region2 is 90mg/m³ and 140mg/m³ in winter.With the increase of height,liquid water content increase first then decrease.The maximum liquid water content generally appear in the near -18 ℃.Liquid water content in summer is the biggest,spring and autumn is the second,liquid water content in winter is the smallest.The maximun cloud effective radius of region 1and 2 reaches 18μm and 20μm.The cloud effective radius increase first then decrease with the increase of height.Cloud effective radius in summer is the biggest,spring and autumn is the second,cloud effective radiusin winter is the smallest.

Key words：CloudSat satellite, Cloud liquid water content, Cloud effective radius

1引言

云是调节辐射和能量平衡非常重要的因子,通过直接影响大气中长波和短波辐射的传输，调节全球或局地的总能量收支和能量在大气层中的垂直分布，从而影响全球和区域气候^[1]。与此同时，全球气候的变化也会引起云的相应变化，如云的分布、总云量、云的高度、云的光学厚度、云液水含量和其他微物理性质。云在地球水循环平衡中同样有着重要的作用，是水循环中不可或缺的一部分。全面而且准确地了解云的信息，对于我们深入了解云、辐射、能量、水循环和气候之间的相互作用，从而改进气候模拟和气候预测，有着非常重要的意义^[2]。我国东部地区地理位置独特，地形十分复杂，是亚洲季风的主要活动区域，气候变化特征很明显，因此利用卫星资料研究我国东部地区云的基本特征具有十分重要的意义^[3]。

云中的液水是大气水分平衡的一个很重要的组成部分，它对地球大气辐射平衡的影响很大。由于云中液态水与辐射之间强烈的相互作用，云中液态水的变化对全球气候变化产生非常大的影响。云液态水含量是一个重要的气象学和云物理参数，是我们了解云微物理过程中必不可少的一个因素^[4]。监测全球范围的云液水含量分布特征及其变化，对于天气预报、环境预报以及人工增雨等工作有极大的帮助，也是对气候变化研究不可或缺的资料，因为云和辐射互相作用是气候变化过程中最不确定的因素^[5]。在中尺度模式中，潜热效应的大小与云中的液水含量有着直接关系；对于云模式或气候模式，其微物理过程可以用云中液水的测量结果进行确认；云中液水含量的分布还是人工影响天气时决定人工增雨条件的前提，在有些天气系统或者天气过程的发生和发展过程中，云中液水含量也有着一定的重要作用。云中液水含量的定量测量对气候变化研究和灾害性天气监测、预报等均有十分重要的作用^[6]。

国际上目前对于云的观测手段有地面观测、飞机观测、轮船观测和卫星观测等。早期对云的仪器探测主要依靠飞机上装雷达进行探测，但这种方法探测范围小、探测费用高而且有些情况下误差很大^[7]。后来随着卫星技术的发展，卫星遥感观测被广泛用于云和相关天气气候研究中。卫星观测由于云参数完备、重复率高、信息源可靠、客观真实性强、覆盖范围广等优势，目前成为云和降水研究中越来越重要的手段之一^[8]。

周珺等层析法微波辐射计遥感反演云液水含量的二维垂直分布^[9]，通过机载双天线微波辐射计的观测数据层析反演出云中液态水的空间分布特征，按照侧边界内云液水分布是否已知将反演模型分为已界模型和未界模型 。按照已界模型对五种不同类型的云进行反演 ，反演误差在8.6%～12.3%之间 ,反演图像可以反映出不同云型的结构特征, 但是由于投影角度不足,云中液态水的分布有一定的改变^[10]。敏感性试验表明:影响反演精度的主要因子是投影时的角度分辨率 、微波辐射计观测噪声和侧边界云中液态水分布的不确定性。受云液水含量、正则算子特性和边界条件的综合影响, 不同类型的云的反演精度存在差异。

陈超等中国华北地区云垂直结构及云水含量卫星遥感研究^[11]，对云液水含量的垂直分布分析表明，云中液水含量最大值在1.0km附近，处于对流层中层， 云冰水含量最大值在4.0-7.5km附近。处于对流层中上层。云液水含量和云冰水含量的季节变化特征很明显，夏季最大，春秋季其次，冬季最小^[12]。夏季探测到的云液水含量最高在9.0 km 附近，云冰水含量最高在16.0 km附近。

张华等东亚地区云微物理量分布特征的 CloudSat卫星观测研究^[13]，利用2007年1月至2010年12月的CloudSat卫星资料，对东亚地区（15～60°N，70°～150°E）云的微物理量包括冰/液水含量、冰/液水路径、云滴数浓度和云滴有效半径等的分布特征和季节变化进行了分析。结果显示：冰水路径值在东亚的分布基本在 700 g/m²以下， 最高值区域分布在北纬40度以南区域，在南方，夏季的冰水路径平均值最大，为394.3g/m²，而在西北地区，冬季的冰水路径平均值最小，为78.5g/m²；而液态水路径的分布基本在600g/m²以下，冬季最大值在东海区域附近，达到300.8g/m²，夏季最大值分布在南方上空，最大值为281.5g/m²^[14]。冰水含量的最大值为170mg/m³，出现在8km附近，南方夏季的冰水含量达到最大，青藏高原地区的季节差异最大；而液水含量在东亚地区的最大值小于360mg/m³，垂直廓线从10km向下基本是处于逐渐增大的趋势，峰值在1～2km高度附近。冰云云滴数浓度在东亚地区的范围在150L^-1以下，水云云滴数浓度的值小于80cm^-3，垂直廓线的峰值均在夏季最大。冰云有效半径在东亚地区的最大值为90μm，出现在5 km左右；水云有效半径的值主要出现在10km以下，最大值为10～12μm，出现在1～2 km 高度附近^[15]。从概率分布函数来看，东亚地区冰/水云云滴数浓度的分布呈现明显的双峰型，其他量基本为单峰型。

本文主要利用了2007年1月至2010年12月的Cloud-Sat卫星产品资料，从季节变化、年份变化方面，对区域1和区域2两个地区的云体液水含量、云滴有效半径随着高度和温度的变化进行了研究，给出了主要的云微物理量在我国东部不同区域的分布特征及其季节变化特征，为气候模式在我国东部地区研究云的微物理分布特征提供了可供参考的观测依据。

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