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

摘要

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阈值及其垂直廓线，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、优化后的阈值法诊断云区的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。优化后的阈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0.13 g/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。

目录

声明

摘要

第一章前言

1．1选题依据和意义

1．2相关研究进展

1．3存在问题和本论文的研究内容

第二章资料及处理方法

2．1卫星数据和产品介绍

2．2云和晴空的判别方法

2．3阈值判定方法

2．4CloudSat-CALIPSO卫星观测的云量计算方法

第三章中国三维云场和云水场诊断技术优化和检验

3．1中国地区三维云场诊断技术优化

3．2中国地区三维云场诊断技术检验

3．3中国三维云水场的观测诊断优化

第四章全球云分布特征研究

4．1 CloudSat和CALIPSO观测的全球云分布

4．2全球云量分布的时空特征

4．3与多种云观测资料的对比检验

第五章全球三维云场和云水场诊断方法研究

5．1全球三维云场诊断方法

5．2全球三维云场诊断技术的应用及对比检验

5．3全球三维云水场的观测诊断研究

第六章总结、创新点及展望

6．1总结

6．2创新点

6．3展望

参考文献

致谢

作者简介