热带海洋深对流系统空间组织结构特征及其对高空冰云辐射效应的影响

Deep convection occurs at multi-scales and experiences rich spatial organizations. Because deep convection is an important source of tropical upper level ice clouds, the tropical ice cloud radiative feed back has drawn many attentions since last century. However, the impact of spatial organization of deep convective systems on ice cloud production and cloud radiative effects has not been well recognized in the field. In stead only the total amount of rain and its relation with ice cloud amount are widely considered. Recent research suggested that the spatial organization of deep convective systems in fact can potentially affect the ice cloud amount and its radiative effects even the total precipitation is the same.Thus we plan to use multi-satellite based observations to investigate the characteristics of the organization and internal structures of tropical oceanic deep convective systems. This will provide an observational reference for models to diagnose their simulation of organized convection.The ice cloud production of different deep convective systems will also be derived. The impact on ice cloud amount and cloud radiative effect resulting from the variability of the spatial organization of deep convective systems will also be investigated by using a climate model.

深对流现象发生于不同的尺度并且其空间分布多样。由于深对流是热带高空冰云的重要来源之一，气候变化中热带高空冰云的辐射反馈一直受到大量关注，但长久以来与云辐射反馈有关的工作通常不考虑对流系统空间分布形式的变化，而只是关注总的深对流降雨与其产生的冰云云量、云高及其光学特性的相关变化。但是近期的研究表明，以往被忽略的以中尺度系统为主的深对流系统的空间组织特征也是影响气候尺度高空冰云云量及其辐射效应的一个重要潜在因子。因此，本研究计划利用多卫星平台综合探测考察热带海洋中尺度对流系统为主的深对流系统空间组织及内部结构的气候学特征，考察不同尺寸和类型中尺度对流系统及其他深对流系统的空间组织及内部结构特征与大尺度环境因素如水汽和风切变的关联，从而为气候模拟诊断提供观测依据。并将一定程度上定量深对流系统空间组织形态对高空冰云云量的影响，利用气候模式考察不同深对流系统高空冰云对其辐射效应的影响。

深对流现象发生于不同的尺度并且其空间分布多样，其对热带高空冰云云量及其辐射反馈的影响一直受到大量关注。深对流聚集现象也是近年来相关领域研究的热点问题。但深对流系统空间结构对高空冰云的影响及其与深对流聚集性的关联目前仍缺乏观测上的证据。本研究利用TRMM、MODIS、AMSR-E、CloudSat和CALIPSO的观测与气候模式输出考察不同深对流系统的非绝热加热廓线、云系云量与辐射效应和大尺度垂直运动的关联。并基于静止卫星观测在时空两个维度上识别出深对流云团之间的关联并建立了深对流云团时空结构数据集，进而考察其空间结构与砧状云云量和对流聚集性的关系。本研究发现： 1. 具有复杂多核结构的深对流系统产生高空冰云的效率显著降低,而且具有复杂多核结构的深对流系统更多发生在大尺度对流更聚集的情景；2. 大尺度垂直运动廓线主要可由一正压模态和一斜压模态描述，高空冰云短期变化与斜压模态关联相对较强，长期变化与正压模态关联更大；3. 活跃的聚集型MCSs砧状云云量占比小，导致其辐射加热在其非绝热加热中占比显著小于其他系统，因此其非绝热加热更多集中在大气中低层；4. 基于廓线的低层大气稳定度估算方法更好的描述了低层大气稳定度和约束了低云云量。以上研究为进一步理解对流本质及其气候效应提供了观测依据及可供模拟的直接目标。