基于多源卫星资料的青藏高原云降水及潜热时空变化特征研究

The great elevated terrain of the Tibetan Plateau (TP) has critical thermodynamic and mechanical effects on local atmospheric circulations, associated with significant impacts on the Asian Monsoon. Latent heat (LH) release during cloud/precipitation processes acts as an important heat source for the atmosphere over TP, which responds and feeds back to the local circulation. However, the water vapor flux derived from traditional ground-based measurements can only be indicative for columnar amount of LH. The vertical profile and fine spatial structure of LH cannot be obtained in this way, resulting in the very limited knowledge on spatiotemporal variations of LH over TP. Cloud and precipitation measurements from multisource satellites are introduced into the development of LH retrieval algorithm. This would be the first attempt to analyze cloud/precipitation and LH variations over TP relying on objective data. By employing data analysis and numerical experiments, the quantitative contribution of LH to atmospheric diabatic heating would be clarified. The feedback effects of LH to atmospheric circulation in TP and adjacent areas would be specially explored. The expected results are beneficial to understand water and energy cycle around TP, probably leading to a better description of the thermodynamic effects of TP on atmospheric circulation. This would help to support the relevant researches that focus on variations of coupled land-atmosphere system over TP and their potential climate effects.

青藏高原大地形对局地大气环流有强烈的热力和动力作用，由此造成对亚洲季风的显著影响。伴随云降水过程的潜热释放是其中一个重要环节，也是高原上空大气加热的重要热源，会对局地环流形成反馈作用。然而，依据常规有限观测所得的地表水汽通量，仅能对区域潜热柱总量做出大致估计，无法获得潜热垂直结构以及潜热源的精细三维空间分布，以至于到目前我们对高原地区潜热时空变化的认识仍非常有限。本项目利用多源卫星提供的云和降水主被动探测资料，发展适用于高原地区的潜热廓线反演算法，将首次从客观资料层面获得青藏高原地区云降水及潜热的时空变化特征。结合资料分析与数值实验，本项目还将探索高原上空潜热源在大气非绝热加热中的贡献，揭示潜热加热对高原及周边地区大气环流的反馈作用。研究结果有助于理解高原地区水分和能量循环过程，实现对青藏高原独特热力作用的更完整描述，进而对青藏高原地-气耦合系统变化及其全球气候效应的相关研究提供有力支持。

针对云降水过程及潜热释放时空分布及变化认识的局限，本项目（1）开展了多源卫星大气云和降水遥感资料的质量控制及融合研究，建立了反映青藏高原复杂地形影响下云和降水时空变化特征的多源信息资料集；（2）研究了青藏高原云和降水时空变化特征，揭示青藏高原及周边地区云和降水的时空变化特征；（3）开展了青藏高原潜热垂直结构的反演以及潜热源时空分布特征研究，初步揭示青藏高原及周边地区潜热源的时空分布特征；（4）探索研究了青藏高原潜热时空变化对局地大气环流反馈作用。取得的主要成果如下：（1）建立了大气参数、云和降水廓线及地理信息的融合资料集、青藏高原典型降水天气过程的雨团数据集、青藏高原云识别及分类的算法。（2）提出了新的适合高原特点的PR降水类型：深厚强降水、深厚弱降水和浅薄降水，并揭示了这三类降水云的结构及空间分布特征。（3）揭示了青藏高原不同相态降水云的垂直结构及空间分布特征、日变化特点及移动特征。（4）揭示了再分析资料潜热产品描述青藏云降水潜热结构的缺陷及其原因，初步建立了适合青藏高原降水潜热的反演算法；（5）揭示了高原南坡陡峭地形的强迫抬升作用，增加了降水出现频率、减少了降水强度，并揭示了南坡降水系统所处的五种地面风场特点及相应的降水结构特征，还揭示了南坡云团结构特征。. 上述研究结果有助于理解高原地区水分和能量循环过程，实现对青藏高原独特热力作用的更完整描述，进而对青藏高原地-气耦合系统变化及其全球气候效应的相关研究提供有力支持