干旱区典型城市云对太阳辐射的影响

太阳辐射变化对气候和环境至关重要,而云可以对太阳辐射造成显著影响。为研究干旱区典型城市云对太阳辐射的影响,以乌鲁木齐为例,采用NASA地球观测系统(EOS)"云与地球辐射能量系统(CERES)"的SSF数据集的云和辐射资料,分析了该地区2006年1月至2015年12月云物理属性、云辐射强迫的年变化特征。结果表明:云对大气层顶和地面的短波辐射强迫均为负值,分别为-253.7 W·m~(-2)和-249.0 W·m~(-2),产生冷却效应,且大气层顶冷却效果更显著,时间变化波动较小;10 a均呈现降低趋势;年内变化接近对称单峰分布,峰值出现于7月,分别为-391.3 W·m~(-2)和-355.0 W·m~(-2)。季节分布为夏季大,冬季小,春秋季居中,且春季略大于秋季。该地区各云物理属性参量的年变化特点与云短波辐射强迫具有不同程度的相似性。     

东亚单层低云特性及其短波辐射强迫的季节变化

利用云与地球辐射能量系统CERES(clouds and the earth’s radiant energy system)资料,对2003-2016年东亚不同区域单层低云物理属性及地面短波辐射强迫的季节时空分布特征进行研究。结果表明:①在空间分布上,辐射强迫与单层低云量在春秋两季有着较好的相似性,而与冰/液态水柱含量在春、夏、秋三个季节有着较好的一致性。②在时间变化上,北方地区夏季的单层低云对短波辐射的削弱作用是最强的;南方地区和西北地区最强的削弱作用发生在春季;东部海域则发生在冬季。在空间分布上,春、秋、冬季最强的低云削弱效应在南方地区。夏季,东亚低云对短波辐射的削弱作用各区域都较弱,大部分区域的负辐射强迫的绝对值小于200 W·m^-2。     

WRF云微物理参数化方案对新疆暴雨模拟能力的TS评分分析

在中尺度数值模式中,选用不同的参数化方案对降水的模拟和预测效果会有很大影响,合理选择参数化方案可以提高预测准确性。为此,本文使用中尺度预报模式WRF 3. 8 (weather research and forecasting model,WRF)版本,采用3 km和9 km两层嵌套网格,利用ECMWF(European Centre for Medium Range Weather Forecasts)再分析资料作为初始场和边界条件,对新疆地区4次暴雨过程进行模拟,采用TS (threat score)评分评估了Lin方案、WSM6方案、Thompson方案和WDM6方案4种云微物理参数化方案对新疆地区暴雨模拟的适用性。结果表明:Thompson方案在站点降雨量为小雨(0. 1～5. 0 mm)和中雨(5. 1～10. 0 mm)的预报模拟中具有优势,其他3种云微物理参数化方案均在不同程度上存在漏报情况,从相关系数上判断,Thompson方案模拟效果略优于其他方案,适用于多小雨、中雨的新疆地区,但4种云微物理参数化方案在大到暴雨降水等级的预报效果都不是很好,这也正是WRF模式在新疆地区需要改进的地方。     

新疆3大山区云中液态水时空分布特征

采用2003—2015年美国宇航局(NASA)发布的AIRS/Aqua L2 Standard Physical Retrieval(AIRS+AMSU)V006(AIRX2RET)云数据集,选取新疆地区,特别是云水量较丰富的3大山区为研究区域,研究其云中液态水的时空分布特征。结果表明:从空间分布看,北疆的云水量高于南疆,山区比沙漠盆地丰富,山区迎风面更为丰富,高达500×10~(-6)kg·m~(-2),呈西多东少的趋势。受大气环流的影响,整个研究区域、天山和阿尔泰山的云水量在春季分布较丰富,均高于350×10~(-6)kg·m~(-2),昆仑山在夏季分布较丰富;整个研究区域秋季的云水量分布均较少,在20×10~(-6)kg·m~(-2)以下。近13 a研究区域云水量的年均值为42.47×10~(-6)~455.32×10~(-6)kg·m~(-2),整个研究区域云水量总体平稳,3大山区则呈下降趋势;在2009—2010年研究区域的云水量总体呈上升趋势,天山变化较明显。3大山区云水量的年变化呈"单峰形",阿尔泰山、天山和昆仑山云水量最高时段分别出现在2—4月、3—5月和4—8月,峰值分别为822.30×10~(-6)kg·m~(-2)、869.75×10~(-6)kg·m~(-2)和742.82×10~(-6)kg·m~(-2)。     

东亚单层低云特性及其短波辐射强迫的季节变化

利用云与地球辐射能量系统CERES（Clouds and the Earth's Radiant Energy System）资料,对2003—2016年东亚不同区域单层低云物理属性及地面短波辐射强迫的季节时空分布特征进行研究。结果表明：① 在空间分布上,辐射强迫与单层低云量在春秋两季有着较好的相似性,而与冰/液态水柱含量在春、夏、秋三个季节有着较好的一致性。② 在时间变化上,北方地区夏季的单层低云对短波辐射的削弱作用是最强的;南方地区和西北地区最强的削弱作用发生在春季;东部海域则发生在冬季。在空间分布上,春、秋、冬季最强的低云削弱效应在南方地区。夏季,东亚低云对短波辐射的削弱作用各区域都较弱,大部分区域的负辐射强迫的绝对值小于200 W^●m^-2 。     

一次暴雨过程云中液态水微物理属性垂直分布

采用美国宇航局NASA的CloudSat卫星加载的云廓线雷达反演资料2B CWC RVOD和2B CLDCLASS,以2008年4月28日发生在新疆北部沿天山一带的暴雨过程为例,分析云中液态水粒子有效半径、粒子数浓度、液态水含量等微物理属性的垂直分布特征。结果表明：此次暴雨过程中,云层分布在1～12 km高度, 但云中液态水分布在6 km以下。云中液态水粒子半径的高值区出现在云层的中部,而峰值出现在约3 km高度处,云体边缘是低值区,且有效半径小于5 μm 的粒子在所有高度均有分布,占所有粒子的71.19%,在3～4 km高度层分布比例最大。大于20 μm的粒子仅占1.27%,且集中分布于云中液态水中部2～5 km;液态水含量随云层高度的增加而有所降低,液态水含量大于500 mg·m-3仅占0.08%,且分布在2~3 km;云中液态水粒子数浓度在垂直高度上存在明显的分层现象,云层越低,云中液态水粒子数浓度越高,粒子数浓度小于20个·cm-3,占25.26%,且随高度的增加而增加,而浓度大于60个·cm-3的粒子占12.28%,主要分布在2~5 km,且云层中部偏下处分布较多。     

新疆3大山区云中液态水时空分布特征北大核心CSCD

采用2003-2015年美国宇航局（NASA）发布的AIRS/Aqua L2 Standard Physical Retrieval（AIRS＋AMSU）V006（AIRX2RET）云数据集,选取新疆地区,特别是云水量较丰富的3大山区为研究区域,研究其云中液态水的时空分布特征。结果表明：从空间分布看,北疆的云水量高于南疆,山区比沙漠盆地丰富,山区迎风面更为丰富,高达500×10^-6kg·m^-2,呈西多东少的趋势。受大气环流的影响,整个研究区域、天山和阿尔泰山的云水量在春季分布较丰富,均高于350×10^-6kg·m^-2,昆仑山在夏季分布较丰富;整个研究区域秋季的云水量分布均较少,在20×10^-6kg·m^-2以下。近13 a研究区域云水量的年均值为42.47×10^-6-455.32×10^-6kg·m^-2,整个研究区域云水量总体平稳,3大山区则呈下降趋势;在2009-2010年研究区域的云水量总体呈上升趋势,天山变化较明显。3大山区云水量的年变化呈＂单峰形＂,阿尔泰山、天山和昆仑山云水量最高时段分别出现在2-4月、3-5月和4-8月,峰值分别为822.30×10^-6kg·m^-2、869.75×10^-6kg·m^-2和742.82×10^-6kg·m^-2。     

新疆地面太阳辐射及其CERES/SSF卫星资料适用性研究

采用2017年辐射数据,研究新疆11个地面观测站点的太阳总辐射时空分布特征,发现总辐射辐照度日变化呈单峰分布,日照时数夏季最高,约17 h,春秋季次之,分别为14 h、15 h,冬季最小,仅为12 h;季节平均最大值出现在和田站的春季,为589.61 W·m~(-2),最小约为102.29 W·m~(-2),出现在乌鲁木齐站的冬季。卫星反演辐射空间分布特征显示:春季南疆辐照度明显高于北疆,夏季平均辐照度分布与全年最为相似,冬季次之,秋季南北疆差异不大,季节差异在阿克苏最小。从卫星和地面辐射数据的拟合分析可见,方差分析中南疆F值均较高,最高达6 215.53,即晴空条件下,CERES/SSF(Clouds and the Earth’s Radiant Energy System/Single Satellite Footprine)卫星资料在南疆的反演效果优于北疆及吐—哈盆地。     

基于低层云的新疆城市区域人工增水潜力分析

基于2003-2007年CERES SSF Aqua MODIS Edition 2B/2C数据集,利用Surfur、IDL等软件对低层云量、水云云水柱含量、水云粒子半径、冰云云水柱含量和冰云粒子等效直径等低层云参量多年高值的空间分布、季节变化进行了综合分析,重点探讨了新疆城市地区云水资源潜力.结果发现:研究区域的低层云参量多年平均值的高值分布在三大山区,低值分布在塔克拉玛干沙漠;部分典型的干旱城市也出现了低云参量的高值区,例如和田、克拉玛依、哈密;在吐鲁番地区春夏季冰云云水柱含量和冰云粒子等效直径多年均值高于秋冬季,有利于春夏季进行人工增水.