青藏高原夏季云系的模态研究

Because of the unique terrain, heat and dynamic forcing, cloud over the Tibetan Plateau in summer has great heterogeneity. The past researches on the summer clouds over the Tibetan Plateau are most focused on the cloud amount, the cloud microphysical characteristics, the diurnal variations of clouds, and clouds in weather cases. Systematic study of the spatial and temporal characteristics of summer clouds over the Tibetan Plateau is barely. In recent years, due to the accumulation of satellite observations, it’s now possible to carry out research on the temporal and spatial characteristics of the plateau summer clouds. .Starting from the angle of satellite remote sensing, this project intends to apply the orthogonal function method to the geostationary meteorological satellite TBB data and extract the dominant modes of the summer cloud system on Tibetan Plateau. Based on the analysis of the spatial and temporal evolution characteristics of these dominant cloud modes, the configuration of main circulation systems during the formation of each principal summer cloud modes will be studied by combination of satellite data, the conventional gauged observations and reanalysis data. In addition, the horizontal and vertical structure of each mode will be investigated and comprehensive understanding of the cloud characteristics in satellite observations during each stage of these principal modes will be analyzed, such as formation, development, slacking down, and transformation to other leading modes. Finally, the concept model of the dominant modes of the summer cloud systems over the Tibetan Plateau will be summed up. The current research is helpful to in-depth understanding the rules on development and evolution of the plateau summer cloud system, and provide some forecasting experience on both the summer cloud and the convection activities in Tibetan Pleteau.

青藏高原由于独特的地形及热力、动力强迫，云的时空分布存在很大不均匀性。以往对高原夏季云系的研究多关注云量、云微物理特性、日变化及天气个例的云团特征等，缺乏从总体上对云系的时空演变进行研究。卫星观测资料的不断积累使得开展高原夏季云系时空特征的系统研究成为可能。本项目拟从卫星遥感角度出发，利用正交函数分解方法对静止气象卫星的云顶亮温序列进行展开，提取青藏高原夏季云系的主导模态，分析各主导模态的时空演变特征；结合其他卫星的云的垂直探测资料、常规观测及再分析资料，深入理解形成云系各主导模态时主要大气环流系统的配置关系；系统研究云系各主导模态的水平结构和垂直结构，综合分析云系的各主导模态在形成、发展、消弱及向其他主要模态转化的各阶段的卫星观测特征，进而归纳总结出青藏高原夏季云系主导模态的概念模型。这些研究有助于深入理解高原夏季云系的发展演变规律及相关的物理过程，为夏季高原的云系和对流预报提供经验。

青藏高原由于其独特的地形和地理位置，导致其对大气环流的热力和动力强迫与同纬度其他地区迥然不同，云的时空变化也存在很大的不确定性。受观测手段所限，以往对高原云系的研究多关注个例或单一云参数的变化特征，而缺乏从总体上对云的演变进行研究。卫星观测资料的不断积累使得开展高原夏季云系时空特征的系统研究成为可能。. 本项目利用我国静止气象卫星FY-2E的云顶黑体亮温（TBB），通过EOF分析方法，提取了2010-2014年夏季青藏高原云系的前8个独立主导模态，得到了它们的空间结构、时间序列以及各模态的时间周期特征。其中EOF1为全场一致性，云系中心位于高原中西部。EOF2为南北反向型，EOF3的空间分布为东西反向型，EOF4为西北-东南走向的三极型分布，EOF5为西南-东北走向的三极型分布，EOF6的两个主要TBB负值区即云系中心分别位于高原西部和东部边缘，EOF7的主要云系中心位于高原西部南北两侧和高原中东部地区，EOF8的云系分布较为零散。. 结合再分析资料，分析了这8种模态出现的大气环流特征，特别是西太副高、西风急流、水汽通道等，以及高、中、低层的环流配置，从而讨论了各模态形成的物理背景。通过归纳云系各主导模态中的亮温和对流云团的分布、亮温频数和云团之间亮温不均匀性等特征量的水平分布，总结了云系各主要模态的水平结构特征。结合TRMM 2A25卫星的三维降水率等垂直探测资料，分析了各主导模态中降水云系的水平、垂直结构。. 分析了青藏高原夏季云系各主导模态在形成、发展、减弱及向其他模态转化阶段的TBB分布、TBB频数与对流的增强/减弱等特征，总结了各模态发展、模态之间转化的卫星观测特征，讨论了高原上云系主导模态与周围地区云系的配置情况，以及冷空气在模态发展变化中的作用。. 以上研究从宏观上得到了青藏高原夏季云系主导模态的基本概念模型，有助于深入理解高原夏季云系的发展演变规律及相关的物理过程，能够为高原的天气预报提供一定参考。