云的垂直重叠结构的卫星观测和模拟研究

云的垂直重叠结构对地气系统辐射收支具有重要的影响，但是在气候模式中精确描述云的垂直重叠并对它们进行辐射传输计算却比较困难，这是造成目前气候模拟不确定性的重要原因之一。首先，云的垂直结构包括云层数目和间距、它们的高度分布，以及表征云的垂直相关性的抗相关厚度参数，而以往的卫星和地面观测所能提供的云量垂直分布的信息非常有限，本项目将通过分析具有高垂直分辨率云信息的CloudSat/CALIPSO卫星观测资料，研究全球、特别是东亚地区云的垂直重叠特征；其次，本项目拟把以云的垂直相关性为基础的云产生器算法和与之相结合的云的辐射传输方法（McICA）在国内的气候模式中实现，研究其中不同的云垂直重叠方案对地气系统辐射收支和气候模拟的影响；然后，研究如何利用卫星观测得到的云的垂直结构来优化其在模式中的参数化方案，并应用在气候模式中进行检验，通过比较，给出气候模式中优化的云-辐射处理方法。

云的垂直重叠结构对地气系统辐射收支具有重要的影响，但是在气候模式中精确描述云的垂直重叠并对它们进行辐射传输计算却比较困难，这是造成目前气候模拟不确定性的重要原因之一。本项目通过分析具有高垂直分辨率云信息的CloudSat/CALIPSO卫星观测资料，首先研究了全球，特别是东亚地区云垂直分布的统计特征，得到东亚不同地区不同高度云层的季节变化规律，以及单层云和多层云出现概率的时空分布特征，计算了在气候模式的云辐射过程中表征云的垂直结构特征的一个重要参数——抗相关厚度（L_cf^*）在时空分布，并得到2007-2010全球逐月L_cf^*数据集，为在模式中改进云重叠结构提供重要参考；其次，本项目利用一个云分辨模式模拟结果研究了云重叠结构与大气动力条件的关系，发现热带地区云垂直重叠与大气垂直运动之间有一定的线性关系，并拟合出一个抗相关厚度-垂直速度线性公式，利用该拟合结果对总云量模拟有明显的改进。最后，基于这些分析，在气候模式中提出了一种简便而更真实地模拟不同类型云的重叠特征的参数化方法,从而使模式中云重叠结构模拟得到改进。