内蒙草原夏季浅对流云的观测研究

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浅对流云(SCC)在广阔洋面和陆地上经常出现,大多成簇成片。SCC是大气辐射平衡系统中相当重要的部分,其辐射效应是影响气候变化重要影响因素之一;SCC耦合了地面与自由大气,在水汽、热量和动量的垂直输送中有重要的贡献,在全球水和能量循环中起着重要的作用;深入了解SCC生成和维持及其向对流性降水云转换的机制,对于认识和预报深对流强雷暴有着积极的意义。内蒙草原夏季白天SCC出现频次较高;同时该地区陆—气耦合作用强,是研究对流、垂直输送比较理想的区域;我国尚未对内蒙草原夏季浅对流云开展过专门的观测研究,缺乏对该地区浅对流云的认识。不同地区的浅对流云,在大尺度环流和下垫面强迫共同作用下,会呈现出不同的特征。为今后研究不同地区浅对流云的异同性及其产生的原因,本文针对中纬度内蒙草原夏季浅对流云开展观测研究很有必要。  本文针对内蒙草原夏季SCC的宏观特征、辐射效应、生成维持条件等开展了综合观测分析研究。主要利用CloudSat卫星提供的云量、雷达反射率、云高数据、内蒙草原观测试验加密探空数据、地面总辐射数据以及再分析资料等,提出了SCC识别算法,分析了内蒙草原SCC的时空分布、垂直结构、水平尺度、辐射强迫等宏观特征,讨论了内蒙草原夏季SCC生成和维持时对应的不同大气参数特征量,主要结果如下:  1.内蒙草原SCC发生频率和云底高度均有明显的季节差异。SCC主要发生在夏季和秋季,集中在8、9、10三个月,春季次之,冬季最少;7月内蒙草原正值雨季,出现频次相对较少;SCC云底高度不同季节之间存在差异,8月最高,12月最低。  2.内蒙草原SCC水平发生频率和云底高度均有明显的空间分布差异。年平均水平发生频率为0.4%,呈现西北低、东南高的趋势,发生频率最高的位置出现在海拔梯度大的地方;水平发生频率高值区域随着季节变化南北移动;不同地区SCC云底高度,随着海拔高度增加有上升趋势,内蒙草原和青藏草原SCC的云底高度大于华北平原和长江中下游平原。  3.内蒙草原夏季SCC平均云厚为1019±723 m;云顶高和云底高平均值分别为4027±1294 m和3008±912 m;云内温度随高度递减,云内平均温度为-5.5℃±6.1℃;云内风速随高度递增;云层内相对湿度随高度先增后减,最大相对湿度位于云层中部;云顶逆温平均厚度为74±33 m,逆温温度差为1.14±0.88℃,垂直递减率平均为1.54±0.98℃/100m; SCC水平尺度平均为1129±957 m,水平尺度概率密度服从幂指数分布。  4.总辐射表能较好地识别、筛选SCC,并能计算辐射效应相关物理量。内蒙草原夏季SCC小时平均短波辐射强迫-134.1±97.3 Wm-2,透过率平均值为0.8±0.1,云间距平均值为1512±1504 m;在直径10km的空间范围内SCC空间分布不均匀,影响地面接收到的总辐射空间分布。  5.选取个例的加密探空观测研究表明:有SCC的情况下,5km以上大气层结比较稳定,5km以下绝对湿度平流量远小于垂直输送量。在SCC云顶与自由大气交界处存在明显的风切变及逆温。比较不同天气状况下的大气参数得到:SCC天边界层内湍流发展更加旺盛,波文比相对高(感热通量大、潜热通量小);SCC发生在抬升凝结高度超过边界层顶;相对低的对流有效位能、弱的风切变以及大气下沉运动有利于SCC的维持,这些条件的共同作用抑制了SCC向浓积云、积雨云发展。
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