青藏高原对流云和降水宏微观参数反演方法和统计分析

Clouds play crucial role in both energy balance and water cycle of our Earth system. Properties of clouds and precipitation are unique in the Tibetan Plateau due to the high latitudes, strong surface heating, and so on. The project proposed here focuses on the study of convective clouds over NaQu region in Tibetan Plateau. By using the measurements of lidar, millimeter radar and microwave radiometer obtained from the third Atmospheric Science Experiement in the Tibetan Plateau, we will develop an optimal retrieval algorithm for convective clouds, including the cloud fraction, cloud base/top height, profiles of air vertical velocity in clouds, profiles of cloud and precipitation droplet sizes, and profiles of cloud liquid water content. By combining these retrieved cloud and precipitation properties and those obtained from ground observations, we can compare and evaluate the cloud and precipitation retrievals and then generate a long-term cloud and precipitation dataset for convective clouds over Tibetan Plateau. With this dataset, we can carry out statistical analysis about the change of water vapor, cloud liquid water content, precipitation water content, and diurnal cycle of cloud dynamical and microphysical parameters between before and after onset of monsoon over Tibetan Plateau. These analyses can help us obtain the characteristics of particle size distributions of cloud droplets and precipitation particles, and the characteristics of cloud and precipitation properties for studied regions. This study will provide bases for further development of cloud and precipitation parameterization schemes over Tibetan Plateau.

青藏高原因特殊的高海拔、强烈的地面加热等特点，造成了其云降水的宏观和微观特征具有明显的特点。本项目以青藏高原那曲地区的对流云和降水为研究对象，利用青藏高原第三次大气科学试验获取的水汽、云和降水的垂直廓线数据，发展基于激光雷达、毫米波云雷达和微波辐射计的高原对流云和降水宏微观物理参数垂直廓线反演方法，融合反演得到云量、云底/云顶高度，云水/云冰含量、粒子平均尺度和云内空气上升速度廓线、地面观测雨滴谱和反演的雨滴谱垂直廓线；对这些产品进行对比检验，形成高原对流云主要参数数据集；统计分析云降水宏微观参数的统计特征、日变化和高原季风爆发前后的变化。为发展青藏高原云降水物理过程参数化方案、高原水份循环和云的气候效应提供依据。

青藏高原云和降水在地球系统能量平衡和水循环中起着至关重要的作用，在有利的天气条件下，青藏高原云降水会移出高原，在下游产生暴雨等灾害天气，而且青藏高原云降水有其明显的特点，由于地面强烈的加热， 影响对流发展的气象要素在午后很快消失，对流过程很快发展起来，高云对流云更容易触发。由于观测数据的限制，目前对青藏高原云的观测和分析研究非常少，利用多波段的主动遥感和被动遥感等手段进行云的综合探测、反演其宏微观特征参数，进而研究其在水汽和能量循环中的作用，对了解青藏高原云、降水空间结构及时空变化特征，研究适合于高原云降水过程参数化方案等方面有重要意义。. 本项目利用Ka 毫米波云雷达、Ku 波段微降水雷达、水汽和云探测激光雷达、微波辐射计和雨滴谱等数据，建立反演夏季青藏高原对流云和降水的云底/云顶高度、云量、云水平尺度等宏观物理参数；云水/云冰含量、云平均直径、云内空气上升速度等垂直廓线；雨滴谱、雨水含量等垂直廓线的方法。建立了2014年和2015年夏季青藏高原那曲地区对流云的宏微观参数二次产品数据集。二次产品达到75G，并包括了数据格式、数据读取方法等。这些产品已经用于本项目和青藏高原大气科学试验行业专项的青藏高原云降水研究中。. 本项目分析了云雷达不同观测模式、激光云高仪、激光雷达观测云的能力，特别是观测云覆盖、云底高度等的能力；已经获得了青藏高原那曲地区对流云云水和云冰参数的日变化、垂直变化等特征；研究了青藏高原那曲地区云底、云顶高度、云厚、云覆盖等日变化；同时，分析了对流云的个例。本项目发表和接收待发表的SCI文章6篇，核心刊物5篇。. 这些数据和二次产品为本项目研究和行业专项等项目研究提供了基础，为进一步研究青藏高原水份循环、对下游的影响，青藏高原云降水微物理过程，建立云降水物理过程参数化方案等提供了条件。云雷达数据质控和二次产品分析方法为进一步研究云降水微物理过程提供了条件。