青藏高原与东亚季风区云的时空分布和变化

The biggest uncertain factor in our knowledge of feedbacks is in how the properties of clouds will change in response to climate change. Satellite cloud data records now exceed more than 30 years in length, while uncertainties and biases in the instrumental measurements, retrieval methods and sampling cause difficulty in monitoring long-term variations with satellite datasets.This study focuses on climatology and relative changes in the different cloud properties over Tibetan Plateau and East Asia monsoon region, using the cloud assessment database of GEWEX. The accuracy and applicability of multi-source satellite cloud products are investigated. The results will allow a better understanding of cloud processes in East Asia and benefit multi-source satellite date reprocessing.

气候变化研究中最大的不确定性因素是云的特征如何变化。全球尺度的卫星云观测数据累积到现在超过30年，受卫星探测仪器性能、反演算法、观测样本等影响，利用卫星数据研究云的长期变化有很大的不确定性。本研究以青藏高原和东亚季风区为对象，利用GEWEX卫星云产品评估项目提供的数据，比较研究多源卫星云产品的准确性和适用性，揭示云量、云高、云的相态、光学厚度和云水路径在东亚地区的时空分布气候特征和相对变化。研究将对多源卫星云数据产品在东亚地区的改进和应用提供依据。

云和云反馈过程是气候变化研究不确定性的最大因素。卫星云观测通过云检测和辐射传输模型反演得到云特征参数，到现在已经积累超过30年的数据，受到卫星探测仪器性能、反演算法、观测样本差异等影响，利用卫星云产品研究云的变化还存在很大挑战。本项目以青藏高原和东亚为研究区，评估多源卫星遥感云产品的准确性和适用性，研究青藏高原和东亚季风区云属性的时空分布和变化。项目原计划采用GEWEX云产品气候分析数据开展研究，GEWEX产品基本在2009年以后就没有更新产品，而项目执行过程中时空分辨率更高的ISCCP H-series数据和新一代静止卫星Himawari-8的数据产品先后发布，甚至最新的再分析数据ERA5也提供了31km分辨率逐小时的云覆盖度数据。项目研究采用了ISCCP HDD数据和Himawari-8 Level 2数据，以及ERA5再分析数据，对青藏高原和东亚季风区的云特征属性时空分布和变化进行了研究，特别利用最新数据加强了云属性的日变化特征研究。主要结果包括：1）新一代静止卫星Himawari-8的云识别准确率高，静止卫星和再分析ERA5数据揭示月平均的云覆盖度空间分布相似和量值接近，而ISCCP HDD产品相对差异较大、云量总体偏少；2）云顶高度-光学厚度特征的研究揭示青藏高原大气柱受到地形压缩，利用高时空分辨率的Himawari-8云属性产品和ISCCP HDD数据，基于ISCCP 的云分类指标，揭示青藏高原常年都有少量薄云（积云、高积云和卷云），虽然卷层云占比最高，深对流云第二多；中国东部地区三月和九月以层积云为主，另外还有大量中低云；五月和七月以层积云和卷层云为主，中低云显著减少，薄云以高积云和卷云为主；3）ISCCP HDD揭示在中国大部分地区白天云覆盖度比夜间高，尤其是在春季季风爆发之前；以五月平均的云属性日变化特征为研究内容，发现青藏高原与中国东部地区云覆盖度、云顶高度和云光学厚度的日变化特征表现不同，说明两地云的形成和发展机制有差异，进而推断云和大气环境、气候之间复杂的相互作用也存在差异，有待进一步深入研究。