基于CloudSat資料的青藏高原云分布特征研究

鮑金麗

摘要 基于2007—2010年CloudSat衛星資料，本文分析了青藏高原云的水平分布及垂直結構分布特征，得出以下結論：（1）青藏高原地區夏季總云量明顯多于冬季，且夏季總云量呈現出由東南向西北減少的分布趨勢;（2）青藏高原地區云分布頻率的垂直結構會隨季節的變化而變化，夏季的云分布頻率高于其他三個季節，最大云分布頻率位于7 km左右的高空;（3）青藏高原地區東部云分布頻率大于西部的云分布頻率，不同高度層云分布頻率變化趨勢不同。

關鍵詞 Cloudsat;2B-GEOPROF;總云量;云分布頻率;云垂直結構

中圖分類號：P426.5 文獻標識碼：B 文章編號：2095–3305（2021）08–0100–03

Study on Cloud Distribution Characteristics of The Tibetan Plateau Based on CloudSat Data

BAO Jin-li （Fei County Meteorological Bureau， Linyi， Shandong 273400）

Abstract Based on the CloudSat satellite data from 2007 to 2010， This passage analyzed the horizontal distribution and vertical structure distribution characteristics of the Tibetan plateau cloud. The following conclusions are drawn ：（1） the total cloud amount over the Tibetan plateau in summer is significantly more than that in winter， and the total cloud amount decreases from southeast to northwest in summer. （2） The vertical structure of cloud distribution frequency over the Qinghai-Tibet Plateau changes with the seasons. The cloud distribution frequency in summer is higher than that in the other three seasons， and the maximum cloud distribution frequency is located at the altitude of about 7 km. （3） The cloud distribution frequency in the eastern part of the Qinghai-Tibet Plateau is larger than that in the western part， and the variation trend of cloud distribution frequency is different at different altitude levels.

Key words CloudSat; 2b-geoprof; Total cloud cover; Cloud distribution frequency; Cloud vertical structure

云在地氣系統中具有重要作用，確定云的分布特征對氣候模式和氣候監測非常有必要[1-2]。作為聯系各種局地天氣甚至全球氣候各子系統的紐帶，青藏高原的動力及熱力作用對我國氣候變化、災害性天氣的形成和發展及東亞大氣環流甚至全球的氣候都有著重要的影響[3-4]。運用統計的方法，利用CloudSat衛星觀測數據，分析青藏高原地區的總云量及云分布頻率特征進行分析，為研究青藏高原對天氣和氣候的影響提供參考。

1 資料與方法

使用2007—2010年二級云分類產品2B-GEOPROF和2B-GEOPROF_Lidar資料，對數據進行研究，確定掃描格點中是否存在云時使用的閾值方法如下：滿足Radar_Refelectivity >= -30 dBZ且CPR_Cloud_mask >= 20或Radar_Refelectivity >= -30 dBZ且CPR_Cloud_mask <= 20，CloudFraction >= 99%時，就認為有云的存在，否則不存在云。

采用歸一化等頻率高度圖的思想（Luo et al.2009）進行數據的統計處理，這種方法可以有效彌補早期提出的等頻率高度圖（Yuter and Houze，1995）的不足。

2 結果分析

2.1 青藏高原總云量的空間和時間變化

圖1a是青藏高原總云量均值隨經度和緯度變化的平面圖，圖中顯示：該地區東南部云量相對較多，>60，西南部云量相對較少，<40;圖1b是青藏高原四個季度總云量的變化圖，夏季總云量最高，2009年夏季總云量是2007—2010年中最低的;圖1c是青藏高原1月總云量的分布圖，青藏高原東南側及西北側為多云區，北側和南側為低值少云帶;圖1d是青藏高原7月總云量的分布圖，從青藏高原南側印度洋半島東部多云中心到高原以西中亞和西亞東部少云中心，形成由東南向西北總云量遞減的勢態。與1月相比，青藏高原7月的總云量明顯增加，夏季青藏高原作為熱源，再加上季風帶來的充足水氣，使得夏季總云量增加。

2.2 青藏高原云分布頻率

2.2.1 青藏高原云分布頻率的垂直變化 圖2a是2007—2010年及平均云分布頻率隨高度變化的趨勢圖，每年的云分布頻率變化趨勢幾乎相同，且最大云分布頻率均在7 km左右。圖2b是等效反射率因子—高度圖，青藏高原地區的降水云最高可達15 km，集中分布在6～10 km范圍。在4～9 km范圍，反射率因子有最大值，接近20 dBZ。對比圖2a與圖2b可知，不同高度、不同反射率因子對應的降水云分布頻率的變化具有一致性，0℃高度層的頻率分布與等效反射率因子—高度圖的大值區一致，強反射率大部分在0℃高度層以下，這可能是由于降落的粒子到達0℃高度層時發生了表面融化，從而造成反射率上升[5]。圖2c是青藏高原四個季度的平均云分布頻率隨高度變化的趨勢圖，夏季云分布頻率明顯高于其他三個季節，最大值約為8.5%，春季的云分布頻率最大值接近7%，秋季和冬季的云分布頻率在10 km以下大致相同，最大值約為5.5%，而在10 km以上，秋季的云分布頻率大于冬季，并且每個季節最大云分布頻率均出現在7 km左右。圖2d是低、中、高云的云分布頻率隨季節變化的趨勢圖（本次研究低云取2.64 km以下，中云取2.64～6 km范圍，高云在春季取6～15.12 km范圍，夏季取6～16.08 km范圍，秋季和冬季取6～12.72 km范圍內），低、中、高云均在夏季有最大值。

2.2.2 青藏高原云分布頻率隨經緯度的變化 圖3a是青藏高原低、中、高云及平均云分布頻率隨經度變化的趨勢圖，青藏高原云分布頻率東部大于西部。圖3b是平均云分布頻率隨高度—經度變化的平面圖，2.5 km以下云分布頻率幾乎為0，在88°E～91°E范圍內云高有最大值14 km;云的分布頻率隨經度由西向東先增大后減少，但總體而言，云分布頻率東部大于西部，且在88°E～101°E之間存在明顯的高值區。圖3c是青藏高原低中高云及平均云分布頻率隨緯度的變化圖，中云和高云的分布頻率隨緯度的變化趨勢正好相反，在29°N～38°N之間，云分布頻率中云低于高云，而在青藏高原的南部（27°N～29°N）和北部（38°N～39°N），云分布頻率中云則高于高云。圖3d是2007—2010年平均云分布頻率隨高度—緯度的變化平面圖，在2 km以下的高空，青藏高原地區云分布頻率幾乎為0;在3～6 km的高空，云分布頻率由南向北先減少后增加;在6～10 km的高空，云分布頻率由南向北先增加后減少;在10～14 km的高空，云分布頻率由南向北逐漸減少;在33°N～36°N地區，7 km高空處有一明顯高值區。

3 結論

（1）青藏高原地區夏季和冬季總云量分布有明顯不同。夏季總云量顯著高于冬季，且夏季總云量呈現由東南向西北減少的分布趨勢;冬季青藏高原東南側及西北端為多云區，北側和南側為低值少云區。

（2）青藏高原地區云分布頻率的垂直結構會隨季節的變化而有所不同。夏季云分布頻率明顯高于其他三個季節，秋季和冬季的云分布頻率在10 km以下大致相同，而在10 km以上，秋季的云分布頻率大于冬季。云主要集中分布在6～10 km的高空，最大分布頻率在7 km左右，且在4～9 km范圍內，反射率因子有最大值，云高最大值可達15 km。

（3）青藏高原地區東部云分布頻率大于西部的云分布頻率。在2 km以下高空，青藏高原地區的云分布頻率幾乎為0;在3～6 km的高空，云分布頻率由南向北先減少后增加;在6～10 km的高空，云分布頻率由南向北先增加后減少，在88°E～101°E范圍內有最大值;在10～14 km的高空，云分布頻率由南向北逐漸減少。

參考文獻

[1] 陳洪濱.關于云和云天大氣對太陽輻射的吸收異常[J].大氣科學，1997（6）：111-118.

[2] 葉篤正，高由禧.青藏高原氣象學[M].北京：科學出版社，1979.

[3] 李國平.青藏高原動力氣象學[M].北京：氣象出版社，2007.

[4] 趙艷風，王東海，尹金方.基于CloudSat資料的青藏高原地區云微物理特征分析[J].熱帶氣象學報，2014，30（2）：239-248.

責任編輯：黃艷飛