基于主动卫星观测和再分析数据集的青藏高原云类型分布、重叠及辐射效应的分析研究

Cloud overlap is one of the most important cloud properties, may significantly affect the radiation budget, atmospheric circulation and hydrological processes by altering atmospheric radiative heating/cooling rates. However, because of the limitation of observational techniques and scarcity of surface observations in the past, the knowledge about the physical mechanism of cloud overlap and its effect is not enough. Since Tibetan Plateau is very sensitive to the global climate change, an observational study of cloud types, overlap and their radiative effects over this region is critically important to improve our understanding of cloud response and feedbacks. By using the merged products of active and passive satellite data from A-Train, ISCCP D2 and reanalysis datasets, ground-based Radar and radiation measurements, we will investigate the distributions and overlap characteristics of different cloud types over the Tibetan Plateau, and evaluate the uncertainty of cloud and radiation products from satellites. Based on these works, the radiative contributions of different cloud types and their overlap also further will be quantified. By retrieving the cloud overlap parameter, the statistical relationship between cloud overlap and environmental conditions (e.g., atmospheric vertical motion, convective stability and wind shear) will be discussed.

云重叠作为重要的云特性之一，能通过改变大气辐射加热/冷却率等来影响地球辐射收支、大气环流及水循环过程。然而，过去由于探测手段的限制和地面资料的稀缺，导致我们对云重叠变化规律及影响认识不足，这也是目前模式中气候敏感性变化主要源于云辐射反馈的一个重要原因。青藏高原是全球气候变化的敏感区，在该地区进行云类型分布、重叠及其辐射效应的研究对认识云的气候效应和反馈机制尤为重要。本项目拟利用美国A-Train卫星集群中部分主被动卫星联合产品、国际卫星云气候计划ISCCP D2数据集，地基云雷达和地面辐射资料以及再分析数据集分析青藏高原地区云类型分布及重叠特征，并对卫星云及辐射产品在该地区的适用性进行评估。在此基础上，量化高原地区不同云类型及其重叠对云辐射效应的贡献率，进一步揭示多层云在能量平衡中的重要性；通过反演云重叠参数，揭示高原地区云重叠特征与大气动力/热力学参数的关系，为云重叠方案的改进提供基础。

云在地气系统的能量收支中扮演着极为重要的角色。云重叠作为重要的云特性之一，能通过改变大气辐射加热/冷却率等来影响地球辐射收支、大气环流及水循环过程。然而，过去由于探测手段的限制和地面资料的稀缺，导致我们对云重叠变化规律及影响认识不足，这也是目前模式中气候敏感性变化主要源于云辐射反馈的一个重要原因。由于上述原因，本项目开展了以下几方面的研究：（1）基于CloudSat 2B-GEOPROF-LIDAR云廓线产品反演了青藏高原地区云的重叠参数，并结合ERA-Interim再分析资料详细探讨了大气动力因子对云重叠参数的影响，从而发展了适用于青藏高原地区的云重叠参数化方案。新方案相比早期的方案来讲，能明显减小总云量的模拟偏差；（2）利用长期的地基雷达观测，本项目分析了云重叠参数的长期变化，并进一步量化了不同因子对云重叠参数长期变化的贡献率；（3）通过结合星载激光雷达的云相产品及气象再分析资料及气溶胶产品，我们进一步分析了气溶胶和动力因子对过冷水云分数的影响；此外，还建立了水云云滴数浓度的长期数据集，并讨论了云滴浓度的长期变化及贡献因子。（4）基于多个站点的辐射观测数据，我们还评估了CloudSat辐射产品的精度，并基于2B-CLDCLASS-LIDAR 云分类产品和2B-FLXHR-LIDAR 辐射产品，量化了不同云类型在大气层顶、大气内部及地表处的辐射强迫及其辐射贡献率。 这些研究成果有助于我们进一步发展适用于不同分辨率模式的云重叠参数化方案，并为改进我们对云在地气系统中的辐射反馈的理解及未来气候变化预测提供必要的研究基础。