利用卫星反演资料研究 ——西北地区云特性及其对地气系统的影响

论文摘要

云的存在能改变地球大气系统的辐射收支平衡,对驱动大气环流、调节地球气候和水循环过程起着重要作用。了解云特性的气候学特征和全球变化,并把它们与地气系统的辐射收支和水循环过程相关联对气候和水资源研究是很重要的,而要定量地研究这些问题依赖于从卫星遥感资料中准确反演出云的特性参量。为此,本论文对西北地区云特性参量的时空分布特征、云与气候及水循环过程的关系、云对地气系统的辐射强迫作用进行了研究,并利用MODIS获取的多通道遥感信号,借助辐射传输模式和查算表方法,进行了云特性参数的反演试验。 本论文采用目前国际上资料连续性最好、时段最长、定标最完整连贯的一套云气候数据集——国际卫星云气候计划ISCCP D2资料,以及最新发布的云与地球辐射能量系统CERES SSF Aqua MODIS Edition 1B高光谱和高空间分辨率资料,该资料把云参量的反演与同时刻大气层顶的宽带辐射通量匹配了起来,并引进了新的角分布模式,从而使云特性和辐射参量数据具有前所未有的准确性。 本论文首次针对西北三个气候区和四个典型地域,对总云和高、中、低云以及15种具体类型云的特性参量进行了分析比较,使得对西北地区云特性的时空分布特征有了比以往更细致深入的了解,充实了我国云参量气候学研究的内容。研究结果表明:月平均总云量、总光学厚度和总云水路径在三个气候区的区域平均值分别为52.5%-58.3%、2.6-6.6和44.9-77.6g/m2,亚洲季风影响区及其边缘区域的云水资源最丰富;15种云中,云量最多的是卷云,各区可达20%左右。冰雨层云、冰层云和深对流云含水量最丰富,云水路径的区域平均值在400.8—437.9g/m2之间;从多年平均空间分布特征来看,水高层云、水雨层云、冰高层云、冰雨层云、卷云、卷层云和深对流云的云量分布形式与总云量、中云云量、总光学厚度和总云水路径的分布形势很相似:高值区位于天山-昆仑山-祁连山一带以及陕南和/或陇南地区,低值区在塔里木盆地-内蒙古西部戈壁沙漠-黄土高原西北部一带;从季节变化来看,总云量和绝大多数具体云类云量在春夏季明显多于秋冬季,其中西风带气候区和高原气候区在3—7月总云量的平均值维持在全年的高值区,而亚洲季风影响区及其边缘区域这个高值区还延伸到8、9两月;15年来,各区总云量没有上升,但总光学厚度和总云水路径均呈上升趋势。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究议题的由来及意义
• 1.2 云特性及其对地气系统影响的研究
• 1.3 定量反演云特性参量的研究
• 1.4 本论文研究内容及其特色
• 参考文献
• 第二章 西北地区不同气候区云的气候特征及其对地气系统的可能影响
• 2.1 引言
• 2.2 ISCCP D2资料介绍
• 2.3 云参量的气候特征
• 2.3.1 区域平均特征
• 2.3.2 空间分布特征
• 2.3.3 季节变化特征
• 2.3.4 多年变化趋势
• 2.4 具体类型云的气候特征
• 2.4.1 区域平均特征
• 2.4.2 空间分布特征
• 2.4.3 季节变化特征
• 2.5 云对西北地区气候和水循环过程的影响
• 2.5.1 云与降水的关系
• 2.5.1.1 总云量、总光学厚度和总云水路径与降水的时空分布关系
• 2.5.1.2 15种不同类型云与降水的关系
• 2.5.2 西北地区云与气温的关系
• 2.6 小结
• 参考文献
• 第三章 西北典型地域条件下云特性的对比分析
• 3.1 引言
• 3.2 CERES SSF MODIS资料介绍
• 3.3 两年平均空间分布特征
• 3.4 云特性的季节变化
• 3.4.1 地域的选取
• 3.4.2 云量
• 3.4.3 云光学厚度
• 3.4.4 云粒子大小
• 3.5 讨论和小结
• 参考文献
• 第四章 云对地气系统的辐射强迫作用
• 4.1 引言
• 4.2 云辐射强迫计算原理
• 4.2.1 地气系统辐射收支的卫星观测原理
• 4.2.2 根据辐射收支资料推求云的辐射强迫
• 4.3 根据CERES SSF资料推求西北典型地域的云辐射强迫
• 4.3.1 资料及计算方法
• 4.3.2 云辐射强追的季节变化和年变化特征
• 4.4 讨论和小结
• 参考文献
• 第五章 云特性参数的卫星反演
• 5.1 引言
• 5.2 云特性参量反演方法的基本原理
• 5.2 辐射传输模式
• 5.3 云微物理模式和光学性质
• 5.4 所需输入数据和查算表的构建
• 5.5 白天云光学厚度、粒子尺度以及云的温度反演
• 5.6 云水路径反演
• 5.7 质量控制和诊断
• 5.8 个例反演试验结果分析
• 5.8.1 资料选取
• 5.8.2 云特性参量的空间分布及统计特征
• 5.8.2.1 塔克拉玛干沙漠地区
• 5.8.2.2 祁连山区
• 5.8.2.3 天山山区
• 5.8.3 误差分析
• 5.9 小结
• 参考文献
• 第六章 结语与讨论
• 博士研究生期间科研及论文发表情况
• 致谢