热带气旋不同强度变化下云特性及辐射效应的卫星检测

The tropical cyclones (TC) intensity change is closely associated with the cloud physical process and the radiation feedback mechanism. Due to the scarcity of observational data in the past, few studies have been conducted on cloud properties and radiative effects of different TC intensity changes. Therefore, this project will firstly divide TC intensity change into rapidly intensifying, slowly intensifying, stabilization, slowly weakening, and rapidly weakening, and further utilizes the best track data of TC from the Tropical Cyclone Center of China Meteorological Administration to analyze temporal and spatial distribution of varied types of the TC intensity change over the Northwestern Pacific. Furthermore, this project intends to use the best track data of TC to acquire the cloud top altitude, the ice water content, the cloud type and other cloud properties as well as radiative fluxes of TCs from a large number of satellite observations from CloudSat, CALIPSO and Aqua. Based on these satellite data, this project will analyze cloud macro- and micro- physical properties and radiative effects of TC intensity change types, and further quantify contrast between rapidly intensifying or rapidly weakening and other TC intensity change types. These studies will contribute to the understanding of the cloud physical process and the radiation feedback of TC intensity change, and provide an observational basis for the improvement of models’ ability to predict TC intensity change especially intensity abrupt change.

热带气旋的强度变化与其内部云物理过程、辐射反馈机制存在紧密的联系。而过去受制于观测资料稀缺，鲜有研究开展其不同强度变化下云特性及辐射效应的工作。因此，本项目将首先把热带气旋强度变化分类为快速增强、缓慢增强、稳定、缓慢减弱以及快速减弱，并利用中国气象局热带气旋最佳路径数据集分析西北太平洋海域热带气旋不同强度变化类型的时空特征。进一步地，本项目拟利用该最佳资料集从CloudSat、CALIPSO以及Aqua卫星的大量观测资料中筛选出气旋的云顶高度、冰水分数、云类型等云特性参数以及大气层顶辐射通量信息。基于此，本项目将分析热带气旋不同强度变化类型云的宏、微观物理特性以及辐射效应，并量化快速增强（或快速减弱）与其他强度变化类型的差异。该项目的顺利实施将有助于加深理解热带气旋强度变化的云物理过程以及辐射反馈机制，并为提高模式预报强度变化尤其是强度突变的能力提供一定的观测依据。

热带气旋强度变化与其内部云物理过程、辐射反馈机制存在紧密的联系，但是过去海洋观测资料稀缺，较少研究开展该项工作。基于此，本项目对中国气象局热带气旋最佳路径资料、卫星观测数据和再分析资料进行时空匹配，构建了一套西北太平洋热带气旋多源观测数据集。首先，本项目将热带气旋强度变化划分为快速增强、缓慢增强、稳定、缓慢减弱以及快速减弱等类型，统计了西北太平洋海域热带气旋不同强度变化类型的时空分布特征，指出快速增强类型主要分布于菲律宾以东洋面，并且快速增强和快速减弱类型在9～11月出现较频繁。其次，通过分析热带气旋不同强度变化类型的云特性和辐射效应，指出所有强度变化类型在顺风切一侧云层顶部相比逆风切更高更冷，并且在大气层顶处向外出射了更多短波辐射能量和更少长波辐射能量。最后，通过量化热带气旋快速增强与其他强度变化类型的云特性及辐射效应差异，指出在热带气旋内部区域快速增强类型全方位角平均的云顶气压和云顶温度在全部强度变化类型中最低，并且顺风切左侧平均值在全部象限中最低。在热带气旋内部区域快速增强类型全方位角平均的大气层顶向外出射长波辐射通量在全部强度变化类型中最低。考虑云层存在对辐射能量垂直分布的改变，快速增强类型的平均短波云辐射加热率在对流层上层约12～16km范围达到正峰值，显著高于其他强度变化类型。同时，白天和夜间平均长波云辐射加热率分别在约16km和14km附近达到负峰值，显著低于其他强度变化类型。除了完成计划内研究内容，本项目还开展了不同云类型的云特性及辐射特性研究，以及对热带气旋快速增强过程中降水的可能影响进行了有益的分析。总得来说，项目取得的研究成果能够加深对热带气旋强度变化中云物理过程和辐射反馈机制的认识，并为提炼模式预测快速增强相关指标提供一定观测依据。