《利用主被動衛星資料反演層積雲特性垂直分布的新方法》是依託蘭州大學，由李積明擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：利用主被動衛星資料反演層積雲特性垂直分布的新方法
- 依託單位：蘭州大學
- 項目負責人：李積明
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
層積雲對地球輻射能量收支和氣候的影響非常重要。這種影響不但依賴於它們的巨觀和微觀特性而且也和它們特性的垂直分布密切相關。然而，過去由於探測手段等的限制，很難得到全球性層積雲特性的垂直分布且所得雲信息也非常有限。本項目擬利用美國A-Train衛星集群中部分主、被動遙感儀器的協同觀測，在絕熱雲模式的限制下，對層積雲特性的垂直分布進行有效反演。我們首先將對層積雲的星載雷射雷達信號進行訂正，然後通過校正後的信號進一步反演雷達無法穿透的水云云底高度，並利用絕熱雲模式、雲層積分退偏比、雷射雷達方程以及MODIS光學厚度等信息對水雲的消光係數廓線、雲頂平均有效粒子半徑和粒子數濃度實施反演。新方法得到的夜間雲特性能為白天的被動遙感結果提供有價值的輔助信息，並為雲特性晝夜變化研究提供很好的補充。該項目的實施將豐富我國在雲特性反演方面的研究內容，並為進一步加深我們對雲在氣候變化作用中的理解提供必要的研究基礎。
結題摘要
雲是地-氣候系統最重要的調節因子之一，它能嚴重地影響地球的輻射收支平衡，水循環過程及大尺度環流場。然而，由於目前我們對雲物理過程的理解還相對匱乏，使得雲仍然是氣候預測和天氣預報中最不確定的因子。而層積雲作為地球上覆蓋面積較廣的雲類型之一，其對地氣系統的影響尤為重要。這種低層雲對氣候變化的影響不僅取決於它的微觀特性，而且也和它的巨觀特徵密切相關。因此，通過結合衛星及地面的主、被動遙感技術合理、有效、準確地反演和研究這種雲類型的各種特性為我們深入的理解並掌握雲在氣候變化中的作用具有很重要的意義。本項目結合主、被動遙感方式的優點，先後開展了以下幾個方面的研究內容：（1）發展了一套反演不透明層積云云底高度的新算法。該反演算法具有較高的精度（相關係數為0.79），而且還能適用於夜間的反演，因此可以作為目前其他白天雲底高度反演算法的良好補充，並被廣泛的用於未來被動衛星雲底高度反演算法的開發；（2）分析並研究了典型區域雲層有效粒子半徑、液態水含量等特性的垂直分布特徵；結果表明：降水雲的有效粒子半徑隨高度上升具有明顯的遞減趨勢，而非降水雲則存在較弱的增加趨勢。這種雲層垂直方向上的結構變化對降水有直接影響，是評估人工增雨潛力的重要依據。（3）分析了層積雲與不同雲類型的重疊共生頻率、並進一步量化了雲重疊的輻射貢獻率，最後基於雲類型重疊的衛星觀測數據評估了目前氣候模式中的雲重疊假設方案。研究表明：高雲重疊高積雲和高雲重疊層雲/層積雲的多層雲系統具有最明顯的輻射貢獻，而隨機重疊假設將低估南半球40度以南海域的總雲量。我們建議考慮隨機重疊和最小重疊的線性組合來進一步改進該地區雲量的參數化方案。（4）量化了單層雲和多層雲的雲輻射強迫和加熱率的差異。數據顯示：單層雲（多層雲）在大氣層頂、地面以及大氣內的淨雲輻射強迫分別為：-60.8 W/m2（-40.9 W/m2），-67.5 W/m2（-49.6 W/m2）和6.6 W/m2（8.7 W/m2）。而單層雲和多層雲的淨雲輻射加熱率的差異主要集中在對流層7.5 km以下，並且均為負值。本項目中關於雲重疊特徵、輻射效應和加熱率的分析和研究將會進一步對天氣和氣候模式中雲重疊參數化方案，地氣輻射收支平衡及降水模擬的改進提供重要的觀測依據，對雲氣候學的發展具有重要意義。
