基于星载测云雷达探测的高原南侧陡峭地形云特征研究

The complex underlying surface of Tibetan Plateau (hereafter TP) can affect the local and surrounding atmosphere through its thermodynamic and mechanical process directly, which has an impact on the weather and climate change. However, due to the lack of observational data, the understanding of how complex terrain of the TP affects the cloud macrophysical, microphysical and optical properties on climate scales is still very limited. The steep southern slopes of TP provide us a natural test field for the study of the influence of the complex terrain on cloud. Using the CloudSat dataset and reanalysis data, combined with the radiation transmission model, the climatological characteristics of single and multilayer clouds including their cloud macrophysical, microphysical and optical properties, the contribution of cloud radiation forcing over the steep southern slopes of TP are studied. In addition, the corresponding atmospheric vertical structural of single and multilayer clouds are investigated, revealing the forming mechanism of clouds over the steep southern slopes of TP. In general, this project is helpful to understand the thermodynamic and microphysical processes of cloud over steep southern slopes of TP, enhancing the understanding of clouds and precipitation over TP. Moreover, it provides observational evidences for the cloud and precipitation simulation over TP.

青藏高原复杂下垫面通过热-动力过程直接作用其上空和周边大气，进而对天气和气候变化产生影响。然而高原复杂下垫面对云宏观、微物理结构和光学特征有何影响？对此的认知还非常有限。高原南侧陡峭地形为研究地形对云的影响提供了天然试验场，本研究利用云卫星CloudSat数据产品和再分析资料，结合辐射传输模式，在气候尺度上研究高原南侧陡峭地形上的单/多层云的云宏观参数的时空分布特征、云微物理结构、云光学参数特征和云辐射强迫对地气辐射收支的贡献程度；分析高原南侧陡峭地形单/多层云发生时大气环流特征，揭示高原南侧陡峭地形上云的形成机制。本项目有助于理解高原陡峭地形上云形成的热-动力过程和云微物理过程，提升对青藏高原云和降水的认知，并为高原云和降水的模拟提供观测依据。

青藏高原通过热-动力作用，对区域乃至全球气候变化具有极大影响。同时，不同类型的云和降水形成的热-动力过程和微物理过程不同。本研究利用CloudSat融合数据集，在气候尺度上在研究高原南侧陡峭地形及其周边区域，包括恒河平原（flat Gangetic Plains-FGP）、喜马拉雅山山脚（foothills of Himalayas -FHH)、喜马拉雅山陡坡（steep slope of southHimalayas –SSSH）和喜马拉雅山-高原抬地（Himalayas-Tibetan Plateau tableland-HTPT），不同云层类型云的云量分布、垂直结构、云微物理结构和云辐射等属性上的定量差异及相应的大气环流特征，并分析了云的昼夜差异，研究结果可以更好地理解高原云和降水形成的热-动力和微物理过程，并为模式提供参考依据。结果表明，各区域均主要以单层云为主，其中HTPT单层云比例最大，SSSH多层云所占比例最大。地形的抬升有助于水汽的凝结，云概率从FGP 经 FHH 显著增加，在SSSH的2.5 km 高度处达到最大。因为云中水汽在山脉陡坡已经被“挤出”，云概率随地形高度继续增加迅速减小。由于云顶至地面距离被“压缩”，致使云层厚度随地形升高而降低，在HTPT最小。微物理结构表明，FHH和SSSH的降水云主要由云水路径较大、光学厚度较厚、粒子半径较大的云组成，而在HTPT主要由云水路径较小的光学厚度较厚、粒子半径较小、粒子数密度相对较大的云组成，且多层云系中各云层的回波强度和云层厚度均小于单层云系。各粒子参量均随雷达反射率的增加呈指数性增长。云类型和垂直结构昼夜差异显著，主要是山谷风环流、大尺度的季风环流以及热力性质的日夜差异综合影响的结果。