内蒙高原浅对流云的观测研究

Shallow convective cumulus (SCC) clouds cover a non-negligible fraction of sky. Their high albedo has the significant effect on radiative forcing both at the surface and the top of atmosphere. The atmospheric thermodynamical structure and turbulent flux, especially in the boundary layer(BL), will be modified by shallow convection through mass, heat,and momentum transport to the free atmosphere. Previous observational, experimental, theoretical, and numerical studies of shallow convection have been conducted mainly over ocean area. This observational investigation focuses on shallow convective cumulus occuring over Inner Mongolian Plateau by means of an integrated observation capability which consists of multi-channel radiosounding system, 8mm cloud radar, multi-channel microwave radiometer, and BL wind profiler.The intensive observation data as well as the historical meteorological data and MODIS images will be collected and used to acquire the general information on SCC including the size (distribution), lifetime, atmospheric structure, and so on. Studies on the effects of SCC on planetary albedo, turbulent flux, and thermodynamical structure in the BL are further to be carried out.

浅对流积云覆盖相当比例的天空，其高反照率效应对地表和大气层顶的辐射强迫有一定的贡献。浅对流云通过质量和热量的垂直输送交换以及直接的动量输送，调整大气边界层及其上邻近层的大气热力和动力结构和湍流通量，是次网格中（浅）对流参数化方案改进研究中的一个重要内容。以前的观测试验和模式研究主要针对海上的中尺度浅对流积云系统（复合体）。.本项目拟采用加密探空、8mm云雷达、微波辐射计和边界层风廓线雷达等多种综合探测手段，对内蒙高原地区夏季出现的浅对流云进行观测研究，结合历史探测资料和卫星资料分析，深入认识高原陆地浅对流云生成和维持及其相互作用机制，为云分辨和大涡模拟等模式研究提供基础数据，为次网格积云对流参数化方案改进和验证提供一类云的信息。

浅对流云一般是指垂直尺度小于3km的对流云，经常成簇大片地出现在主云系的前后，其水汽、动量和热量的垂直输送以及反照率效应的作用不容忽视。但由于其尺度小、生命期较短（通常在中午前后出现），对其进行卫星遥感和地基观测研究相对困难。本项目实施过程中，主要使用了自主研发的新型多频道GPS探空技术，在内蒙太仆寺旗和正镶白旗两地开展4次加密观测，每期持续时间10~15天，释放气球探空50~80个。. 在加密观测实验中，还使用了8mm云雷达（2013）、多通道微波辐射计、边界层风廓线雷达（2013、2015）、MPL（2013）、Cimel自动太阳光度计（2013、2015）、太阳反照率表、自动气象站、太阳总辐射表、净辐射组表（2015）。2014~2016年夏还同时试验了小型无人机探空和反照率探测技术。加密试验观测获得了一批数据，但由于停电和供电不足，部分仪器设备没有正常工作。. 从获得的第一手观测资料分析的结果表明：内蒙草原浅积云生成高度一般在边界层顶之上，对流层中低层风切边较小，CAPE值中等；浅积云出现有明显的日变化；发展了从基地辐射估算SSCs水平尺度的算法，其平均值为1129 m，云间距平均值为1517.9 m，水平尺度概率密度服从幂指数分布；2015~2016夏季淡积云短波辐射强迫平均为-134.1 Wm-2，透过率平均值为0.8；波文比可能是浅积云触发诊断的一个重要参数，其实际测量值与再分析资料的差距很大。