卷云的分布及物理特性研究

【摘要】：卷云在大气辐射中扮演着重要角色,其在水平方向上的分布影响着地气系统的辐射场,而垂直方向上的信息对气候的反馈也是十分重要的。本文利用人工观测、微脉冲激光雷达以及毫米波测云雷达资料对卷云的水平分布、光学特性以及微物理特性进行了初步研究。 (1)利用中国地区756个地面气象基本基准站自建站日起至2010年12月的云状定时值资料,对卷云的水平分布以及季节变化特征进行统计分析。结果表明密卷云的年出现频率远远高于其他三类卷云,基本上呈“南低北高”的特点,频率高值中心位于我国西北部干旱地区,最大值达到80%以上,而低值中心则位于四川东南部地区,出现频率不到10%。卷云的出现频率具有明显的季节变化特征,整体上由冬到夏,频率持续增大,而由夏到秋,频率减小 (2)利用2011年11月至2012年5月北京地区的微脉冲激光雷达资料,统计分析了卷云的云底高度、厚度以及光学厚度。结果表明卷云的云底高度主要分布在5-10km之间,平均海拔高度是7.04±1.10km,随着云底高度的增加,卷云出现频率逐渐减小；卷云的厚度主要分布在0.3～1.5km之间,平均值为0.73±0.25km；卷云的云底高度和厚度呈负的相关关系；卷云的光学厚度值小于0.14,光学厚度与厚度呈正的相关关系。 (3)对基于微脉冲激光雷达和毫米波测云雷达联合反演卷云微物理特性的算法进行了研究,该算法利用微脉冲激光雷达探测到的卷云回波信号反演出的消光系数和毫米波雷达测得的卷云回波信号强度值共同反演出卷云的IWC (Ice Water Content,冰水含量)和Dge (General Effective Size,粒子有效尺寸)。通过对寿县的一次卷云过程的分析,得出卷云冰水含量分布在10-3～10-1gm-3以及冰晶粒子有效尺寸分布在1～200μm,与经验值相符,其变化也符合卷云的演变规律,说明该方法的有效性。为地基卷云微物理特性遥感提供可行性方法,并可利用卫星数据进行全球卷云微物理特性获取。