东海黑潮区云和水汽辐射效应对低云形态变化的影响

Low clouds play a crucial role in climate system radiation balance. It is still the one of the major sources of uncertainty in climate models. The shortages in the understanding of key physical processes in stratocumulus to cumulus transition (SCT) under various oceanic and atmospheric regimes limit the improvement of low clouds simulation and projection. The Kuroshio over the East China sea significantly influences the marine boundary layer (MABL) aloft through the release of sensible heat and water vapor. This project will carry out climate research over the East China sea and Kuroshio region (ECSK) aimed at the following scientific issue: how do the cloud and water vapor over the ECSK affect the structure of the MABL and SCT by changing the radiation process? We will use the combined product of spaceborne lidar-radar to analyses the properties of radiation and heating rate under different configuration of cloud and moisture. Based on our hypothesis, the reanalysis data and numerical model are employed to reveal the mechanism of how the cloud and water vapor radiative effect influence the changes in thermal and dynamical structure of the MABL and SCT under different scenarios. This project will promote the understanding in key physical processes of the MABL adjustment and SCT over the ECSK, and then provide a theoretical support for low clouds parameterization.

低云在气候系统辐射平衡中扮演重要角色，是气候模式中最主要的不确定性来源之一。对不同大气-海洋背景下层积云向积云过渡（Stratocumulus to Cumulus Transition, SCT）的关键物理过程理解不足是制约气候模式预估水平提升的重要因素。东海黑潮通过释放感热和水汽对其上空的大气边界层有重要的影响，本项目针对“东海黑潮上空的云和水汽如何通过改变辐射过程影响大气边界层结构和层积云向积云过渡”这一重要科学问题, 聚焦东海黑潮区开展气候学研究。采用星载激光-微波雷达相融合的资料深入分析东海黑潮区不同云和水汽配置下辐射加热特性，并结合再分析资料和数值模式，揭示云和水汽辐射过程对大气边界层热力与动力结构的改变和SCT的作用机理，加深海洋锋区大气边界层调整和SCT关键物理过程的理解，为云的参数化提供理论依据。

低云在气候系统辐射平衡中扮演重要角色，是气候模式中最主要的不确定性来源之一。对不同大气-海洋背景下层积云向积云过渡（Stratocumulus to Cumulus Transition, SCT）的关键物理过程理解不足是制约气候模式预估水平提升的重要因素。项目利用CloudSat, CALIPSO空基观测、ICOADS海面观测和数值模式研究（1）东海黑潮区低云水平分布特征、云垂直结构及云辐射加热率特征的季节变化特征，尤其是冬季风背景下低云变化的上述特征开展研究；（2）东海黑潮海洋锋对云状变化的影响及其海洋大气边界层结构和云状对因云状变化引起的辐射和加热差异的响应。获得如下结论：（1）基于空基和地基观测立体刻画冬季穿越黑潮海洋锋云状变化特征，揭示了海洋锋区云垂直结构、云相态、单层－多层云发生频率及其长短波辐射效应的季节差异，揭示了春季净辐射加热效应，且海洋锋区加热效应最强，净辐射通量约为25W/m2，因此云自身的辐射加热反馈过程是春季海洋锋区深对流发展的重要因素；（2）揭示了冬季东海黑潮海洋锋区海温强迫下海洋大气边界层变化在热力上受到“加深－增暖－退耦”机制控制，动力上主要受到气压调整机制控制。在云顶长波辐射冷却效应、云中凝结潜热加热效应、天气尺度扰动的共同作用下，出现了低云在海洋锋区两侧云状的突变。项目探讨辐射过程对边界层结构和低云自身的反馈过程，有利于加深海洋锋区云状变化机制的认识，为区域云的参数化提供理论参考。