1971-2004年青藏高原总云量时空变化及其影响因子

利用青藏高原及其周边地区75个地面气象台站的云量日均值资料,采用正交经验函数(EOF)和线性倾向估计等方法,分析了高原地区1971-2004年总云量的时空变化特征。结果表明,高原总云量分布呈自东南向西北减少的态势,且年与四季总云量变化都存在显著下降趋势。进而,研究了高原总云量变化与其他气候因子的相关性。其中,(1)高原总云量与日照时数、日较差之间存在较好的负相关。本文从云的辐射效应出发,解释了存在这种负相关关系的原因;(2)青藏高原总云量与相对湿度之间有很好的正相关性,受地形因素、不同云型和云水路径等因素共同影响,高原总云量与降水之间的关系却不显著。在此基础上,重点讨论了高原总云量与气溶胶和臭氧等因子之间的复杂关系。指出:青藏高原总云量减少趋势可能与高原大气气溶胶特别是吸收性气溶胶的增加以及臭氧的损耗有关。

1960～2012年中国地区总云量时空变化及其与气温和水汽的关系

基于我国地区543个地面气象台站观测的总云量、平均气温和相对湿度日均值资料,采用正交经验函数(EOF)、气候倾向率和线性趋势分析等方法,研究了1960～2012年总云量的时空变化特征及其与气温和水汽的关系。结果表明:(1)我国地区总云量呈南多北少的带状分布特征,最大值在四川盆地(82%)。近53年来总云量气候倾向率为-0.8%(10a)-1,趋势系数为-0.68,通过了99.9%的信度检验。(2)总云量季节变化特点明显,夏季最多,春秋季次之,冬季最少,其中春季、夏季和秋季有显著的下降趋势。(3)EOF分解的前两个模态表明总云量不仅具有一致减少的变化特征,还具有明显的区域差异。以此同时,平均气温和相对湿度不论在总体变化趋势、地区差异、还是时间演变上,均与总云量保持较高的一致性,进一步证明总云量的变化与气温和水汽有密切关系。

中国云气候特征的分析

利用 1 983年 7月至 2 0 0 1年 8月的ISCCP卫星总云量资料 ,分析了我国总云量的空间分布特征 ,并将全国用 1 93个网格点表示 ,采用聚类分析方法 ,按照总云量年内变化规律相同的原则将中国分为 3个区 ,逐区讨论了总云量的年内变化特征 ;同时 ,分析了 1 8年来中国总云量的变化趋势。最后利用奇异值分解法 (SVD)找到了我国青藏高原冬季总云量与全国夏季降水的高相关区 。

近50a西安太阳辐射变化特征及相关影响因子分析

根据常规气象观测资料以及MODIS卫星气溶胶产品,分析了西安近50 a总辐射变化特征及其相关影响因子。结果表明:西安地区1961-2005年总辐射变化经历了"持续"、"变暗"、"变亮"、"再变暗"4个阶段,西安总辐射的变化幅度较全国平均变化幅度大,其"变亮"过程开始于1985年,较全国平均时间略早;西安4个季节总辐射总体均呈现出下降趋势,其变化幅度存在一定差异。通过对云量、气溶胶、水汽压、相对湿度等影响因子的分析,水汽压和相对湿度对总辐射变化影响不明显,总云量和气溶胶的变化对西安总辐射的变化存在较显著的影响,春、夏季总辐射的变化主要受云量和气溶胶直接辐射强迫的共同影响,其中总云量的变化在一定程度上决定了总辐射变化的振幅,城市发展所导致的气溶胶增加所产生的直接辐射强迫作用可能决定了总辐射的总体下降趋势;秋、冬季节的总辐射下降趋势主要与气溶胶的直接辐射强迫有关。

NOAA卫星2007年总云量数据精度评估

以2007年数据为例,利用MODIS产品和地面观测数据对NOAA/AVHRR计算得到的总云量进行数据质量评估。评估结果表明,利用NOAA/AVHRR计算的总云量能较好地反映中国总云量的变化特征,总体上在统计意义上要比站点观测总云量略偏低。当以地面观测云为真值,与MODIS云检测产品相比,利用NOAA/AVHRR检测的云像元准确性较高,误判率较低。利用EOF和SVD分解分析NOAA/AVHRR计算总云量与地面观测和MODIS产品的相似度,得到NOAA/AVHRR计算总云量在空间分布上更接近站点观测值,NOAA/AVHRR计算总云量与地面观测总云量SVD分解第一模态时间系数的相关系数(0.96)高于MODIS产品和地面观测总云量间的相关系数(0.76),特别在冬季,NOAA/AVHRR计算总云量明显好于MODIS总云量产品。

ISCCP产品和我国地面观测总云量差异

国际卫星云气候计划ISCCP是国际上较权威和客观的云气候性研究计划,自1983年以来为研究全球云和辐射平衡、云水资源分布等提供了有价值的数据。在分析总云量卫星和地面两种观测方式差异的基础上,研究了1984—2006年ISCCP D2产品和我国地面观测云资料数据集总云量空间及时间差异。尽管两套资料能一致揭示我国总云量的分布形势和气候变化特征,但区域性差异仍比较明显。天基、地基数据可对比格点上,全国平均而言总云量卫星观测结果比地面观测偏高8.46%,华南地区差异最小、东北地区差异最大。气候变化趋势分析结果表明:近23年我国总云量呈减少趋势,ISCCP D2产品总云量每年减少速度为0.015%,小于地面观测的总云量每年减少速度(0.063%);东北地区总云量缓慢增多,而青藏高原、西北地区总云量减少。利用卫星和地面资料均以累积距平法检测出1984—2001年总云量减少、2002—2006年总云量显著增加。

两种不同初始场对太阳辐射模拟效果的影响

利用2010年1,4,7和10月ECMWF和NCEP再分析资料作为初始场和边界条件,应用辐射模式系统WRF-SES2模拟了北京观象台的总辐射、散射辐射和直接辐射,并与观测值进行对比,重点分析了模式初始场云量差异对辐射模拟的影响。结果表明:(1)1,4,7和10月多数时段总辐射模拟值较观测值偏大,散射辐射模拟值较观测值偏小,总云量模拟值小于观测值,直接辐射误差分布范围较总辐射、散射辐射大。(2)多数时段采用ECMWF再分析资料作为初边值条件模拟(简称EC方案)的总辐射、直接辐射、散射辐射误差小于NCEP资料作为初边值条件模拟(简称NCEP方案)的误差,即EC方案模拟太阳短波辐射效果优于NCEP方案,这可能与ECMWF再分析资料中的云微物理量误差相对较小有关。(3)1月和4月总辐射模拟效果较好,平均绝对误差最小,其中1月两种方案误差分布范围最小,且介于-50~200 W·m-2之间,10月次之,7月稍差;1,4月和10月两种方案模拟误差较接近,而7月EC方案模拟的总辐射误差小于NCEP方案。(4)1月直接辐射模拟效果较好,4月和10月次之,7月稍差;除4月外,其他3个月EC方案模拟的直接辐射误差小于NCEP方案。(5)1月和10月散射辐射模拟效果较好,4月和7月稍差;4个月EC方案模拟的散射辐射误差小于NCEP方案。(6)EC和NCEP方案对总辐射、直接辐射和散射辐射的模拟准确率受初始场中云量模拟效果的影响较大,当总云量模拟误差较小时,总辐射的模拟误差亦相对较小。(7)在多云和有降水天气过程时,EC和NCEP方案模拟的太阳辐射误差较大,需要通过资料同化方法改进模式初始场,并对模拟结果做进一步订正。

西藏地区1971——2008年台站观测总云量的变化特征

利用1971—2008年西藏地区22个台站观测的总云量资料,初步分析研究了西藏地区总云量的变化趋势。结果表明:西藏大部分区域年总云量呈显著减少的趋势,其中那曲中西部的减幅最大,达2.32%/10a,而南部边缘年总云量减少的趋势不显著。总云量与降水、相对湿度呈正相关,与日照时数、平均气温及气温日较差呈负相关。总云量的Hurst指数表明,西藏大部分地区总云量呈减少的趋势,未来这种减少的趋势将持续,短时期内不会发生逆转。

我国总云量时空特征及其影响因素分析

目的分析中国总云量的时空分布特征、变化趋势及影响原因。方法利用全国360个地面站1951～2009年地面月总云量观测资料，采用线性倾向估计和相关分析方法。结果总云量最多区域位于西南和华南地区，最少位于北部干旱少雨地区。约35。N以北总云量从南到北随纬度增加带状分布减少，此纬度以南同纬度东部云量多于西部云量。20世纪90年代以及21世纪前10年总云量减少最明显。总云量减少最明显的区域位于东北、西藏西南部以及山东、安徽北部地区。大部分地区总云量与太阳黑子相对数、降水量、相对湿度、最大积雪深度之间存在显著正相关关系，蒸发量与总云量存在显著负相关关系。结论我国总云量总体上呈减少趋势，气候因素对总云量变化有重要影响。

云参数和可降水总量的同步物理反演方法试验

利用改进的同步物理反演方法计算东亚地区的云参数和可降水总量,并用气象卫星短、长波窗区通道亮度温度差对反演结果进行真实性检验.结果表明:该反演算法的效果是好的.

FY-2E总云量产品在华北和黄淮区域的分析检验

以华北和黄淮地区为检验区域,利用2013年地面观测的总云量资料对FY-2E总云量的反演产品进行检验和评估。结果表明:2013年华北和黄淮区域FY-2E总云量反演产品的数值较地面观测总云量的数值明显偏小,其中京津冀和山东西部地区偏差最大。2013年5—8月华北和黄淮区域总云量定量检验表明,FY-2E总云量产品晴云准确率较高,可达60%以上,但对分级云量的判断识别能力较弱,偏弱率远高于其准确率和偏强率;尤其对阴天的判识,准确率仅为9%,且几乎完全偏弱。地面观测的总云量和FY-2E反演的总云量产品存在高相关性及高偏差,即FY-2E总云量反演产品与地面观测总云量的趋势一致,但系统误差较大,在实际使用时需考虑二者的相关特征并进行适当的订正。

1985—2006年中国中东部总云量变化趋势分析

基于地面观测资料,应用EOF分解、曲线拟合、Mann-Kendall突变检验、小波分析等方法,分析了中国中东部地区总云量的变化趋势和周期。结果表明,中国中东部地区总云量从西南到东北逐渐减少,但年平均总云量标准差呈东北—西南向的带状分布,与中国雨带的分布形势相似。1985年以来中国中东部各地区年平均总云量一致减少,华北地区减少最快,四川盆地减少较慢,华北地区和四川盆地总云量在1990年前后由平稳变化开始加速减少,中东部不同地区总云量变化的周期不同。

烟台市蒸发量变化趋势及影响因子

利用烟台市1971—2010年蒸发量、气温、日照、降水和总云量资料,采用线性回归、相关分析、小波分析、逐步回归方法,对蒸发量变化趋势及其影响因子进行分析。结果表明,烟台年蒸发量存在2~3年的主周期和4~8、8~12年的次周期变化,春季、夏季、秋季和冬季蒸发量分别存在3~5、5~7、7~11和2~4年的周期变化。平均相对湿度的增加和日照时数的减少是蒸发量减少的主要原因,而影响各季节蒸发量变化的气象因子各有不同。日照时数和总云量是影响夏秋季节蒸发量变化的最主要因子,秋冬季节的蒸发量主要受平均相对湿度、日照时数和总云量的共同影响。

基于ArcGIS的降水量空间插值方法研究

目前对降水量空间插值方法的研究很多,针对反距离权重插值、样条函数插值、普通克里金插值在降水量空间插值中的缺陷,提出引入月平均总云量影响因子的协同克里金插值方法。并以内蒙古降水量数据为例进行实验,实验结果表明,引入月平均总云量影响因子的协同克里金插值在精度和拟合度方面得到改善。

基于晴空阈值法的全天空红外图像云量计算

为提高新疆戈壁地区云的自动化观测水平,基于全天空红外成像仪(WSIRCMS)获取的红外辐射图像,利用辐射传输模式SBDART分析了仪器测量波段对有云无云状况的敏感性并构建了拟合方程,同时利用典型季节的晴空辐射样本拟合了晴空曲线并统计形成了晴空阈值,最后利用统计晴空阈值对全天空红外辐射图像进行云像素识别和总云量计算。将不同季节总云量计算结果同人工观测结果对比验证表明:观测时段算法计算总云量和人工观测总云量差值在±2成以下的概率均在80%以上,说明该方法具有较高的准确度和较强的实用性,在观测业务中具有较好的应用前景。

中国西北地区总云量的气候变化特征

利用中国西北地区174个测站1961～2000年1～12月总云量资料,采用EOF、REOF、趋势分析等方法,分析了40年来西北地区总云量的时空分布特征及其变化规律.结果表明：西北地区的总云量从东南向西北减少,两头多中间少,云量的稳定性从两头向中间增大.因此,青海高原是西北地区总云量多而稳定的地区;常年,东部和高原3～9月云量多而起伏变化小.总云量具有显著持续性的空间范围较大,但持续时间短.主要的持续时间是7～8月;西北地区总云量的变化在空间上存在5个主要异常区域：即西北地区东部区、河西走廊区、北疆区、青海高原南部、塔里木盆地西部.总云量的年际变化总体呈下降趋势.在季节上表现为冬、春、夏西北上升,东南下降;秋季西北下降东南上升.

基于大数据回归分析的卫星有效成像概率预估

"资源三号"卫星02星单圈可分段使用两次有效载荷工作模式,如何充分利用卫星短弧段、多弧段的灵活性,通过对拍摄弧段上进行有效成像预估,在有限的成像弧段内合理避开有可能的云雨区域,提高卫星有效数据获取的效率,是卫星任务规划精细化作业中提出的新问题。结合存档卫星影像和气象资料进行大数据分析,文章首先以影像云判结果为指标,统计"资源三号"卫星存档影像的有效数据比,然后以全球参考系(Worldwide Reference System,WRS)的Path/Row格网和月为时空基准,在位置和时间上利用回归分析方法,可挖掘历史有效数据比和月平均总云量气象统计资料的相关性。并利用所得的回归方程结果,从月平均总云量可以估算得到卫星有效成像概率的时空分布。通过在"资源三号"卫星实际业务中开展应用表明,基于存档影像和气象资料回归分析所得到的卫星有效成像预估分布,可为卫星任务规划开展精细化作业,提供了有效的决策支持。

重庆地区的光气候研究

该文对重庆地区1991、1992年可分别代表不同季节的3、8、12月份,连续两年总照度和总太阳辐射观测值及相关气象观测资料进行了处理和分析,找出了这些季节光气候变化的一般规律,证实了重庆地区8月份的总照度和总太阳辐射多为直射分量,而12月份则以散射分量为主,3月份两者相差不大的结论。文中成功地将气候现象结合于光气候的研究工作中,探究出两者相互关联所存在的必然结果,其研究思路和方法可为太阳能及天然光的开发与利用工作而借鉴。

华北地区低云量的变化特征及其影响因子分析

利用1961—2005年华北地区42个测站月平均低云量资料,采用趋势分析、Morlet小波分析等方法分析了华北地区四季低云量的年际变化和周期特征,并利用奇异值分解方法研究了秋季华北地区低云量与500hPa环流指数的关系,重点分析了西太平洋副热带高压(下称西太副高)面积如何影响秋季华北地区低云量变化。结果表明,近45年华北地区四季低云量减弱趋势显著,以秋季减少最多;在年代际尺度上华北地区四季低云量均存在准16年周期,夏季低云量在年际尺度上有显著的准2～4年周期特征;秋季华北地区低云量主要受西太副高面积指数、强度指数、Ⅰ区极涡面积指数、Ⅱ区极涡强度指数和北半球极涡强度指数影响;当秋季西太副高面积偏大(小)时,华北地区上空500hPa高度场偏高(低),上升运动减弱(增强),850hPa南风减小(增大),低层经向水汽输送随之减弱(增强),并且可降水量减少(增大)不利于(有利于)低云的生成;极涡主要是通过影响低层经向风,进而影响华北地区低云量。

云顶以下臭氧对TOMS反演臭氧总量的影响及反演方法的理论研究

目前紫外后向散射反演臭氧总量的所有算法,都将云考虑成不透明的Lambertian反射体,并假定云顶有效反照率不随波长的变化而变化.然而本文通过模拟计算发现,由于云散射、瑞利散射、臭氧吸收三种作用的综合结果,云顶的有效反照率是与波长相关的,即使光学厚度比较大的云,辐射也可由云顶继续向下传输,因而会受到云顶以下臭氧吸收的影响.用V7方法进行反演,模拟计算结果表明:云的出现使得云顶以下,特别是云内光程增强,导致紫外波段的臭氧吸收衰减增大,所以反演出的臭氧总量值比真实值偏大,本文称这种现象为“云吸收效应”,并讨论了该效应的影响因子.最后,在辐射传输模拟的基础上建立一套反演算法,大大减弱了“云吸收效应”的影响.