基于卫星资料的东亚地区冰云属性分析及气溶胶对冰云影响的研究

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本文首先利用2010年1月至2016年12月CALIPSO冰云3级月平均产品(CAL_LID_L3_Ice_Cloud)分析东亚地区冰云比例分布与季节变化特征,然后利用2017年夏季Advanced Himawari Imager/Himawari-8二级云产品对东亚地区冰云属性进行研究,最后利用2010年1月至2016年12月CALIPSO冰云3级月平均产品(CAL_LID_L3_Ice_Cloud)、气溶胶3级月平均产品(CAL_LID_L3_APro)、MODIS大气3级日平均产品(MOD08_D3)研究典型区域气溶胶对冰云属性的影响。主要研究结果如下:东亚地区南北部冰云的比例差异与地面2米温度、地表长波净辐射通量和来自地面的冰核有关。-40至0℃之间的冰云比例水平分布,东亚北部比东亚南部高约30%,季节性变化规律明显,冬季南北差异大,夏季南北差异小;云箱温度在-30至-10℃之间的冰云,东亚北部比例比大陆南部平均高出约5%,春季、秋季、冬季北部冰云比例均高于南部,夏季温度在-8℃以下,南部的冰云比例超过了北部的冰云比例;在对流层(海拔10公里以下),冰云比例分布东亚北部比南部高,南北部之间冰云比例差异在6公里左右显示出峰值,约50%,四季冰云比例随高度增加均呈现增大的趋势,且北部冰云比例均高于南部。冰云最常发生在青藏高原和南亚季风区,并且存在一个从南到北递减的梯度趋势。在青藏高原,冰云发生频率在6至9公里的高度出现最大值,在南亚季风区,6至15公里冰云广泛分布,由于黑潮作用,在日本附近9至12公里冰云发生频率也较高;除部分区域外,冰云发生频率的大值区往往冰云光学厚度也较大;冰云云顶温度以42°N为界,南北存在明显差异。在垂直分布中,9个研究区域的冰云发生频率,青藏高原和季风区较高,中国东部相对于其他区域较低;冰云粒子半径表现出随高度增加先增大后减小的趋势,海洋上的冰云粒子半径在所有研究区域最大,冰云光学厚度双峰结构都存在于中国西部地区,而其他相对平坦的区域只有一个单峰。青藏高原在6至15公里表现出较高的冰云光学厚度,孟加拉湾在12至15公里冰云光学厚度较大。纬度与冰云的分布密切相关,在热带附近的高空区域冰云样本数存在极大值区,随着纬度增加,冰云样本数的最大值和大值区处于的高度也在逐渐减小,且南北半球存在差异;气溶胶在地面附近以赤道为对称的低纬度地区存在极大值,北半球气溶胶能发展到5公里左右,而南半球在3公里左右;气溶胶与冰云随时间变化趋势较为一致,冰水含量和冰云粒子半径随时间变化存在相反的关系,气溶胶与冰水含量和冰云粒子半径的变化在时间上没有较好对应;清洁区域由于海盐粒子作用表现出较大的气溶胶光学厚度,但这不影响清洁区具有较小的冰云光学厚度;气溶胶促进了0℃到-10℃和-20℃到-40℃之间的冰云形成;随着温度降低,云中冰水含量减小,冰云粒子半径增大,在污染区域,冰水含量相对于清洁区域更小,冰云粒子半径也小于清洁区域。
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