高原夏季浅积云的地面辐射强迫和反照率测量研究

It is shown in the previous investigations that the cloud fraction of summer shallow cumuli (i.e., fair shallow cumuli) is about 10-30% over the Southern Great Plain of USA and Inner Mongolia. These clouds play important roles not only in the vertical transports of heat, moisture and momentum, but also in radiative effects. However, the radiative effects of cumuli over land are not well quantified and understood..This project is innovatively to conduct intensive radiation measurement experiments in Inner Mongolia with radiosonde, the mobile boundary layer wind profiler, Cimel sunphotometer, multi-channel microwave radiometer, whole sky imager, AWS, and UAV observations which allow to quantify the surface radiative forcing and albedo of shallow cumuli and to provide useful information for relevant LES and parameterization studies.

高原夏季白天浅对流云的云量为10~30%，在水汽、热量和动量的垂直输送中有重要贡献，对地表直接辐射强迫和反照率效应也有显著影响。但到目前为止，陆地浅积云的辐射效应还没有很好地认识与定量化。.本项目拟通过较长期的加密组网观测和相对短期的加强观测，从资料综合分析研究定量地给出高原夏季浅积云的辐射强迫和反照率增强贡献的特征值。较长期的加密组网观测方案是，在内蒙高原至少开展三个夏季的太阳辐射观测；在一个小区域内布设约10个太阳总辐射观测点，在中心点架设4分量辐射表和反照率表，从而实现一个加密的组网观测，以期获得足够的资料；在为期约2周时间的加强观测期，尽可能多地部署相关观测仪器，包括GPS探空、边界层风廓线仪、多通道微波辐射计、全天空成像仪、Cimel318太阳光度计和MPL等，获得有关浅对流云的多要素资料；加强期观测将使用小型无人机，云上飞行观测直接测量有云时的反照率。

浅积云 （SCC: shallow cumulus cloud）虽然尺度小、生命期较短，但其对对流层低层水汽、动量和热量垂直输送贡献在数值模式中需要定量刻画，其反照率效应在能量收支中的作用也不可忽视。.本项目实施过程中，2018-2021夏季在内蒙古正镶白旗新河水库四周（方圆10km）布设了9个太阳总辐射观测站点，获取了4年地面太阳辐射（SSR）观测数据；研发了一种复合翼无人机平台，兼顾旋翼和固定翼无人机的优点，可用于大气边界层气象探测以及不同地表覆盖的反照率测量；在几种无人机安装了上下两块硅基太阳总辐射表，进行了不同地表反照率的观测试验，进行了多气象传感器飞行测量试验。试验中还先后部署了GPS探空、双波长气溶胶激光雷达、地面超声通量测量系统和多普勒激光测风雷达等设备。.从获得的第一手观测资料的分析研究得到如下结果：（1）内蒙古草原浅积云有明显的日变化特征，早晨出现时间越早云量（个数）越多；浅积云短波辐射强迫（SRF）夏季平均值达-134 Wm-2；（2）机载飞行测量显示草原不同地表反照率有很大差异（0.1~0.3），且测量平均值与再分析资料格点数据有显著差别，尤其是在天气过程之后；（3）精细的地基观测资料适合验证卫星遥感和再分析数据等产品。.主要存在的问题：由于飞行空域管理的限制，无人机飞行高度不能超过地面高度1000m，浅积云之上的飞行探测试验没有实现。需要进一步开展的工作：内蒙草原SCC出现的基本大气环境特征（对流层中层逆温、中等CAPE和Bowen比等）已有分析，需要进一步观测与数值模拟分析研究在辐射日变化条件下，地表覆盖和地形对SCCs产生、维持和消散的作用，量化刻画其热力和动力作用。