基于美國(guó)AMF壽縣觀測(cè)的云特性研究

邱玉珺，楊會(huì)文，倪婷，方凱，汪才軍

(1.南京信息工程大學(xué)大氣物理學(xué)院，江蘇南京210044;2.安徽省壽縣氣象局，安徽壽縣232200)

基于美國(guó)AMF壽縣觀測(cè)的云特性研究

邱玉珺1，楊會(huì)文2，倪婷2，方凱2，汪才軍2

(1.南京信息工程大學(xué)大氣物理學(xué)院，江蘇南京210044;2.安徽省壽縣氣象局，安徽壽縣232200)

美國(guó)能源部大氣輻射觀測(cè)計(jì)劃移動(dòng)觀測(cè)ARM AMF(atmospheric radiation measurement mobile facility)2008年首次在我國(guó)壽縣開(kāi)展綜合觀測(cè)，為研究云特性提供了很好的資料平臺(tái)。本文在此次云雷達(dá)等觀測(cè)資料基礎(chǔ)上，研究了壽縣秋末冬初云高、云厚、云量及其輻射特性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，壽縣有76.3%的觀測(cè)日有云出現(xiàn)，54.0%的觀測(cè)時(shí)間有云覆蓋，中云(以下簡(jiǎn)稱M云)和高云(以下簡(jiǎn)稱H云)出現(xiàn)頻率占全部云系的76.7%，天氣系統(tǒng)對(duì)壽縣云系形成有較大影響;云底高度大于3 km的降水性云(以下簡(jiǎn)稱P云)出現(xiàn)頻率占全部P云的67.7%，是云底高度小于3 km P云的5.3倍，發(fā)生在下午的降水占全部P云的47.8%，氣溶膠可能對(duì)P云的這種分布有較大影響;云和氣溶膠減少地面短波輻射的日均值達(dá)－99.1 W/m2，其中氣溶膠減少約占25.1%。不同高度和厚度云對(duì)地面輻射通量的影響有較大差異，P云產(chǎn)生最大的冷卻效應(yīng)(－201.9 W/m2)，厚度小于2 km的H云對(duì)地面輻射通量的減少量最少(－32.9 W/m2)。另外，用地面單點(diǎn)云輻射觀測(cè)與中分辨率成像光譜儀MODIS(moderate resolution imaging spectroradiometer)資料估計(jì)結(jié)果對(duì)比發(fā)現(xiàn)，兩種資料有較大差異，差異可達(dá)－1.9～－36.9 W/m2。

云雷達(dá);云高;云厚;短波輻射;輻射強(qiáng)迫

0 引言

云是影響氣候變化的一個(gè)非常重要但又最不確定的因子(IPCC，2001，2007)，云的輻射特征很大程度上控制著地球氣候并可能影響氣候變化(雷恒池等，2008)，使氣候預(yù)測(cè)產(chǎn)生很多不確定性(Wielicki et al.，1995)。揭示云宏微觀結(jié)構(gòu)演變過(guò)程及其輻射特性一直是大氣物理研究的熱點(diǎn)之一，但因缺乏直接觀測(cè)資料，云特性研究至今尚未得到很好的解決(Rotstayn and Penner，2001;Lohmann and Feichter，2005;石廣玉等，2008)。目前大力發(fā)展的各種大氣探測(cè)技術(shù)和儀器(如極化激光雷達(dá)和毫米波云雷達(dá))，以及開(kāi)展的各種觀測(cè)項(xiàng)目，如美國(guó)能源部實(shí)施的國(guó)際大氣輻射測(cè)量計(jì)劃移動(dòng)觀測(cè)站ARM AMF(atmospheric radiation measurement mobile facility)于2008年在亞洲地區(qū)中國(guó)的首次觀測(cè)，為研究氣溶膠與云提供了有利的觀測(cè)和資料平臺(tái)。

雷達(dá)觀測(cè)為研究云的宏微觀結(jié)構(gòu)特征提供了很好的技術(shù)手段，毫米波云雷達(dá)可穿透云而連續(xù)監(jiān)測(cè)云的垂直剖面，提供高時(shí)空分辨率的云宏微觀參數(shù)(Moran et al.，1998)，ARM強(qiáng)調(diào)用自動(dòng)毫米波云雷達(dá)對(duì)云特性進(jìn)行觀測(cè)。國(guó)內(nèi)從1979年開(kāi)始就利用毫米波雷達(dá)探測(cè)云(魏重等，1985)，但因缺少多普勒和極化功能，探測(cè)云的宏微觀特征相當(dāng)有限。目前國(guó)內(nèi)已首次研發(fā)了多普勒和極化功能的毫米波雷達(dá)，但將之用于云的探測(cè)工作才剛剛起步(仲凌志等，2009)，利用極化毫米波云雷達(dá)研究云的工作急需開(kāi)展起來(lái)。

美國(guó)ARM移動(dòng)觀測(cè)站AMF于2008年在壽縣開(kāi)展的觀測(cè)中使用了毫米波云雷達(dá)，為研究我國(guó)淮河流域云特性提供了很好的資料平臺(tái)。本文在此資料基礎(chǔ)上，結(jié)合地面輻射觀測(cè)，初步分析了壽縣秋末冬初云高、云厚及其輻射等特性，為進(jìn)一步清楚認(rèn)識(shí)云對(duì)氣候的影響提供觀測(cè)依據(jù)。

1 資料和方法

美國(guó)ARM移動(dòng)觀測(cè)站AMF于2008年5—12月在安徽省壽縣進(jìn)行了綜合觀測(cè)，觀測(cè)點(diǎn)位于淮河流域，屬東亞季風(fēng)區(qū)，秋冬季空氣相對(duì)濕度大，風(fēng)速小，云量大，觀測(cè)期間共出現(xiàn)了81個(gè)云系(Qiu et al.，2010)。

此次觀測(cè)項(xiàng)目齊全，除了有地面各種氣象要素、地面大氣氣溶膠散射系數(shù)、凝結(jié)核數(shù)濃度觀測(cè)外，還有激光雷達(dá)和95 GHz云雷達(dá)WACR(W-band ARM Cloud Radar)觀測(cè)，該雷達(dá)資料質(zhì)量較好(Qiu et al.，2010)。WACR波長(zhǎng)3.2 mm，有較寬的多普勒帶寬，測(cè)速精度較高，空間分辨率為30 m，垂直點(diǎn)模式，提供連續(xù)的云回波因子垂直廓線，資料時(shí)間從2008年10月15日—12月15日，除2008年10月16日、10月17日兩天缺測(cè)、12月15日觀測(cè)不完整外，共有59個(gè)有效觀測(cè)日資料。ARM AMF對(duì)壽縣觀測(cè)資料的詳細(xì)說(shuō)明請(qǐng)參閱文獻(xiàn)(Li，2008)。

本文利用云雷達(dá)反照率因子判斷云底、云高位置，反照率因子大于背景廓線5 dBZ的確定為有云區(qū)，文中只考察雷達(dá)觀測(cè)連續(xù)時(shí)間大于半小時(shí)的云。降水性云(P云)的云底高度聯(lián)合云幕儀(ceilometer)和激光雷達(dá)判斷，激光雷達(dá)顯示高回波信號(hào)層，云幕儀判斷有云層出現(xiàn)的高度確定為降水性云的云底高度。

根據(jù)云底高度，把云底高度小于3 km、3～6 km和大于6 km的云分別定義為低(L)、中(M)、高(H)云(Dong et al.，2010)。另外，因降水性云(P)與非降水性云分布特征差別較大，因此單獨(dú)把P作為一類云與L、M、H進(jìn)行比較。因同一云系的云底和云高隨時(shí)間發(fā)生變化，在統(tǒng)計(jì)各云系云底、云高和云厚時(shí)用整個(gè)云系的平均值。

各種輻射資料由全天空輻射計(jì)系統(tǒng)(sky radiometers)觀測(cè)得到，云輻射強(qiáng)迫指有云和干凈背景天氣下相應(yīng)的輻射通量差，詳細(xì)說(shuō)明見(jiàn)文獻(xiàn)(Dong et al.，2006)。干凈背景日選擇標(biāo)準(zhǔn)如下:1)云雷達(dá)無(wú)云顯示;2)500 μm通道氣溶膠光學(xué)厚度小于0.3;3)短波輻射日均值大于350 W/m2;4)散射輻射比(散射輻射/總輻射)小于20%。綜合以上4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，最終選取2008年11月28日為背景日。

地面凈輻射通量NRF(net radiation flux)值用(1)式計(jì)算。一般地，云對(duì)地面輻射通量的影響值被稱作云輻射強(qiáng)迫CRF(cloud radiative forcing)，用(2)式計(jì)算。氣溶膠輻射強(qiáng)迫ARF(aerosol radiative forcing)用(3)式計(jì)算。

其中:SWDN、SWUP、LWDN、LWUP依次表示向下短波通量、向上短波通量、向下長(zhǎng)波通量和向上長(zhǎng)波通量;CSWDN、CSWUP、CLWDN、CLWUP分別表示背景日向下短波通量、向上短波通量、向下長(zhǎng)波通量和向上長(zhǎng)波通量。

2 結(jié)果與討論

2.1 云高、云厚、云覆蓋時(shí)間

云的外形特征與云的生成過(guò)程有關(guān)，不同穩(wěn)定度的上升氣流運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生不同高度、厚度和不同類型的云，因此，云外形特征研究有助于揭示云的物理本質(zhì)(Hartmann et al.，1992;Chen et al.，2000)。圖1是壽縣觀測(cè)期間出現(xiàn)的90個(gè)云系，其中81個(gè)是單層云系，9個(gè)多層云系。多層各云系云底和云高也與單層云系平行逐一繪制。全部云系中，L云只占14.4%，M和H云分別占37.8%、38.9%，P云也只占8.9%。從發(fā)生頻率看，壽縣L云遠(yuǎn)少于M和H云。Bing et al.(2010)用2003—2005年Aqua衛(wèi)星資料研究發(fā)現(xiàn)，區(qū)域動(dòng)力和熱力差異是引起云頻率和云量變化的主要原因;另外，較高的氣溶膠濃度也會(huì)影響邊界層動(dòng)力熱力結(jié)構(gòu)(Li et al.，2007;鄧濤等，2010)，在水汽含量一定的情況下，近地面邊界層氣溶膠濃度高于高空，有可能影響L云的形成，Koren et al.(2004)通過(guò)分析衛(wèi)星觀測(cè)資料發(fā)現(xiàn)，生物質(zhì)燃燒地區(qū)，其邊界層云的覆蓋量明顯減少。與L云相比，M與H云系發(fā)生頻率較高，且覆蓋時(shí)間占全部云系的64.6%，M與H云是影響壽縣的主要云系，這兩類云系一般受天氣系統(tǒng)影響較大。

按照云高和云厚，90個(gè)云系可細(xì)分:厚度小于2 km的L、M、H云，厚度介于2～4 km的L、M、H云，以及厚度大于4 km的LM、MH、H云和P云10類云系。各云系的發(fā)生頻率見(jiàn)圖2?？梢?jiàn)，發(fā)生頻率明顯高的4類云系，它們依次為厚度小于2 km的H云、2～4 km的M云、小于2 km的M云和2～4 km的H云，分別占全部云系的18.9%、18.9%、15.6%、15.6%，共69%。圖3是10類云的覆蓋時(shí)間，可見(jiàn)，除了P云覆蓋時(shí)間較長(zhǎng)外，2～4 km的H、M云覆蓋時(shí)間也明顯長(zhǎng)于其他云系，占全部云系覆蓋時(shí)間的35.6%。其中2～4 km的H云占20.6%，其最長(zhǎng)連續(xù)時(shí)間可高達(dá)56 h，進(jìn)一步說(shuō)明天氣系統(tǒng)是影響壽縣云覆蓋的重要因素。

圖1 壽縣2008年10月15日——12月15日云系云底、云高和連續(xù)時(shí)間Fig.1 The base and top heights and duration time of the cloud in Shouxian from October 15 to December 15，2008

從圖2和圖3可以看到，盡管P云的發(fā)生頻率只有8.9%，但其總覆蓋時(shí)間約占全部云系的21.9%，遠(yuǎn)高于其他云系。另外，考察全部有云的觀測(cè)日資料發(fā)現(xiàn)，30%的有云日產(chǎn)生了降水，且發(fā)生在上午、下午、晚上的頻率分別占有云日的21.8%、47.8%和30.4%，下午高于上午和晚上，主要因?yàn)槲绾蟠髿鈱咏Y(jié)不穩(wěn)定，容易產(chǎn)生強(qiáng)對(duì)流，可把近地面的氣溶膠和水汽輸送到高空。另外，云底高度大于3 km的P云總持續(xù)時(shí)間占67.7%，是云底高度小于3 km的5.3倍，后者降水持續(xù)時(shí)間短。壽縣位于我國(guó)東部地區(qū)，該地區(qū)經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)，大氣中的氣溶膠含量較大(Qian，et al.，2006;Li et al.，2007)，氣溶膠光學(xué)厚度年平均達(dá)到0.65(Li，2008)，過(guò)多的氣溶膠可增加云凝結(jié)核，但會(huì)減小云滴尺度和譜寬，從而影響云產(chǎn)生降水(Rosenfeld et al.，2001)，Chen et al.(2011)通過(guò)云模式研究發(fā)現(xiàn)，近地面邊界層氣溶膠對(duì)云和降水的影響比對(duì)流層中層云和降水的影響更顯著，增加近地面邊界層氣溶膠濃度會(huì)抑制降水，而增加對(duì)流層中層氣溶膠濃度則能增加降水。

圖2 壽縣10類云出現(xiàn)頻次Fig.2 The occurrence frequency of ten types of clouds in Shouxain

圖3 壽縣10類云覆蓋時(shí)間Fig.3 The duration time of ten types of clouds in Shouxain

2.2 云輻射強(qiáng)迫

云深刻地影響地氣系統(tǒng)輻射收支和能量平衡，不同高度和厚度的云對(duì)太陽(yáng)輻射的反射、透射、吸收和自身發(fā)射紅外輻射的作用也不同(Liou，2004)。觀測(cè)期間最薄的云只有300 m多，最厚的可達(dá)到9.3 km，云厚大于2 km的云系發(fā)生頻率占全部云系的62.2%，覆蓋時(shí)間占83.5%，觀測(cè)期間以厚云為主。另外，所有觀測(cè)日資料中，有云日頻率高達(dá)76.3%，云覆蓋時(shí)間占全部觀測(cè)時(shí)間的56.3%，可見(jiàn)云對(duì)壽縣輻射的影響不容忽視。

云的輻射強(qiáng)迫(CRF)主要由云對(duì)短波輻射SW(shortwave radiation)的影響產(chǎn)生，全部觀測(cè)日短波輻射強(qiáng)迫(SW_CRF)日均值為－227.7 W/m2(圖4)，量值僅是背景日(clear-clean day)凈SW的69.7%，也就是說(shuō)云和氣溶膠可減少壽縣地面近30%的太陽(yáng)輻射，對(duì)日SW的影響達(dá)到－99.1 W/m2，對(duì)日總輻射通量的影響達(dá)到－67.4 W/m2。北京香河站氣溶膠與云輻射強(qiáng)迫年均值分別為－24.1、－41.0 W/m2(Bing et al.，2010)，壽縣秋末冬初的強(qiáng)迫值略高于北京年均值。壽縣無(wú)云日(clear day)散射輻射比(散射輻射/總短波輻射)日均值為39.7%，是背景日的1.9倍，說(shuō)明氣溶膠對(duì)短波輻射的影響也不容忽視。壽縣有云日的散射輻射比均值達(dá)到73.1%，是背景日的3.4倍，云的散射輻射遠(yuǎn)強(qiáng)于氣溶膠的影響;另外，有云日的SW日均值僅為191.7 W/m2，是背景日的53.2%。從量值上看，云是影響壽縣地面短波輻射強(qiáng)迫的主要原因。

圖4 壽縣2008年10月15日—12月1日向下短波總輻射、直接輻射、散射輻射日均值Fig.4 The daily mean down-welling total shortwave flux，direct and diffuse flux in Shouxian from October 15 to December 1，2008

不同類型云含水(冰)量有較大差別，從而影響云對(duì)短波的反射、透射和吸收。計(jì)算表明，壽縣有云日的SW日均值最大可達(dá)385.6 W/m2、最小為34.8 W/m2。圖5是12月10日和10月29日的情況。12月10日白天M云較薄，其SW日均值為309.3 W/m2，散射輻射只占33.0%;而10月29日是深厚的P云，其SW日均值只有40.6 W/m2，且其99.3%是散射輻射，可見(jiàn)不同類型云對(duì)輻射的影響差異較大。

壽縣2個(gè)月云雷達(dá)觀測(cè)資料中，只有7類云有連續(xù)覆蓋整個(gè)白天的觀測(cè)，統(tǒng)計(jì)這7類云的短波輻射強(qiáng)迫、長(zhǎng)波輻射強(qiáng)迫、凈輻射強(qiáng)迫見(jiàn)表1。

根據(jù)表1，7類云CRF從大到小的順序?yàn)?P;2～4 km H;＞4 km LM;＞4 km MH;＞4 km H;＜2 km L;＜2 km H。對(duì)厚度小于2 km的L云和H云，前者CRF比后者高出50.2 W/m2，也就是說(shuō)云底高度越低，其CRF越高，這從厚度大于4km的LM、MH、H云對(duì)比也可看出，3種云系的凈輻射強(qiáng)迫依次為－143.1、－134、－118.4 W/m2，H云比前兩者分別小24.7、15.6 W/m2，且CRF的影響主要來(lái)自SW。

圖5 壽縣10月23日淺薄云(a，b)和10月29日降水云(c，d)的云雷達(dá)觀測(cè)(a，c)和短波輻射觀測(cè)(b，d)Fig.5 (a，c)The WACR and(b，d)shortwave radiation observation on(a，b)October 23 and on(c，d)October 29

表1 7類云覆蓋下輻射強(qiáng)迫日均值Table 1 Daily mean cloud radiative forcing of 7 types of cloudsW·m－2

一般地，云液水含量(冰水含量)越高其對(duì)輻射的影響也越大(Dong et al.，2006)。從單點(diǎn)WACR觀測(cè)，厚2～4 km、全天連續(xù)的H云只出現(xiàn)了1次(10月31日)，該日液水含量日均值為48.9 g/cm2，比厚度大于4 km的H云小4.3 g/cm2。另外，從MODIS SSF Ed-2B產(chǎn)品提取出Terra衛(wèi)星過(guò)境時(shí)刻厚2～4 km的H云和大于4 km的H云冰水含量分別為71.2和82.9 g/cm2，不論是液水含量還是冰水含量，前者都小于后者，但前者對(duì)輻射的影響量值反而比后者大;從WACR資料顯示，10月25日開(kāi)始從H云發(fā)展到連續(xù)2日的P云繼而發(fā)展到H云，共持續(xù)9 d，10月31日是發(fā)生降水后的第二日，該天和前一天的地面氣溶膠散射系數(shù)日均值分別為626和759 Mm－1，這2 d的散射系數(shù)明顯高于降水日438 Mm－1和11月1日的516 Mm－1，且與相對(duì)濕度有顯著的線性相關(guān)性，說(shuō)明10月31日2～4 km的H云輻射資料受云底空氣濕度的影響較大。

P云的凈輻射通量日均值僅為38.5 W/m2，是背景日的16%，CRF平均達(dá)到－201.9 W/m2，其中短波輻射強(qiáng)迫是長(zhǎng)波輻射強(qiáng)迫量值的3.6倍，SW是影響地面輻射通量的主要原因，該類云對(duì)地面輻射影響最大。

厚度2～4 km的H云和大于4 km的LM云CRF量值相當(dāng)，分別是P云的71.8%、71%。另外，厚度大于4 km的MH云CRF是P云的66.4%，厚度小于2 km的L云和H云CRF分別是P云的41.2%、16.3%。

此外還統(tǒng)計(jì)了19 d白天沒(méi)有云影響的凈輻射通量值，平均為215.5 W/m2，用此值減去背景日凈輻射通量，得到氣溶膠輻射強(qiáng)迫可達(dá)－24.9 W/m2，該值僅比Li et al.(2007)估算的北京香河站氣溶膠輻射強(qiáng)迫年值高出0.5 W/m2，可能是因壽縣空氣濕度大于北京，水汽對(duì)輻射強(qiáng)迫也有一定影響所致(Dong et al.，2006)。全部有云日輻射強(qiáng)迫均值為－91.5 W/m2，氣溶膠輻射強(qiáng)迫值是云輻射強(qiáng)迫值的27.2%，可見(jiàn)壽縣輻射強(qiáng)迫中，云占主要地位，但氣溶膠的影響也不容忽視。

2.3 MODIS過(guò)境時(shí)刻云輻射強(qiáng)迫

目前因國(guó)內(nèi)毫米波云雷達(dá)觀測(cè)剛剛開(kāi)展起來(lái)(仲凌志等，2009)，所以在研究云輻射強(qiáng)迫時(shí)，多使用衛(wèi)星資料，特別是CERES_MODIS產(chǎn)品(Huang et al.，2006;陳勇航等，2008;Su et al.，2008;賈璇等，2010)，為了與以往各種研究結(jié)果對(duì)比，同時(shí)還考慮到散射輻射受太陽(yáng)高度角影響，對(duì)白天MODIS Terra和Aque過(guò)境時(shí)刻(Terra為早上10:30左右，Aque為下午13:30左右，北京時(shí)間)資料前后半小時(shí)的輻射通量求平均，得到背景日Terra過(guò)境時(shí)刻凈輻射通量為279.6 W/m2，Aqua過(guò)境時(shí)刻為274.3 W/m2，Terra高于Aqua主要是因兩過(guò)境時(shí)刻太陽(yáng)天頂角不同影響所致，前者過(guò)境時(shí)天頂角比后者小2.6°。另外還可能受大氣水汽含量影響，Aqua過(guò)境時(shí)刻的大氣對(duì)流較Terra時(shí)強(qiáng)，前者觀測(cè)時(shí)可能有更多的水汽從地面輸送到高空。Terra過(guò)境時(shí)刻的SW為413.2 W/m2，僅比Aqua高出1.2 W/m2，兩個(gè)過(guò)境時(shí)刻的LW僅差1.2 W/m2。

選擇表1中7類白天連續(xù)覆蓋的云系，Aqua過(guò)境時(shí)刻CRF為121.7 W/m2。陳勇航等(2008)曾用Aqua資料計(jì)算了季風(fēng)區(qū)秋、冬季云的CRF分別為－121.0、－75.2 W/m2，年平均為－122.3 W/m2。Su et al.(2008)利用CERES資料和Fu-Liou輻射傳輸模式計(jì)算了亞洲云CRF為－150.5 W/m2。Huang et al.(2006)用相同的資料計(jì)算得到東亞中緯度地區(qū)CRF為－147.2 W/m2，賈璇等(2010)通過(guò)個(gè)例計(jì)算得到華北地區(qū)CRF在－123.6～－157.6 W/m2。壽縣CRF與陳勇航等(2008)計(jì)算的季風(fēng)區(qū)年均值接近，均比Su et al.(2008)、Huang et al.(2006)、賈璇等(2010)計(jì)算的結(jié)果小。盡管本文選取的云系都是全白天覆蓋的資料，避免了因云體不連續(xù)計(jì)算帶來(lái)的誤差，但壽縣的云輻射強(qiáng)迫值與以上研究結(jié)果相比仍偏小，可能的原因之一:壽縣近地面空氣濕度相對(duì)較大，對(duì)短波輻射有較大影響，如對(duì)所有無(wú)云日短波輻射求平均，得到日均值為318.3 W/m2，比背景日低41.2 W/m2，散射輻射比最高可達(dá)到70.7%，平均為39.7%，是背景日的2.3倍;原因之二:衛(wèi)星從上向下的觀測(cè)方式，使得輻射資料與地面觀測(cè)有偏差，且衛(wèi)星資料取某一云量域值(85%)下的區(qū)域網(wǎng)格平均值，這種計(jì)算過(guò)程本身就會(huì)帶來(lái)一定誤差，從以上研究結(jié)果對(duì)比可見(jiàn)，地面觀測(cè)與衛(wèi)星資料估計(jì)的云輻射強(qiáng)迫值相差－1.9～36.9 W/m2，云輻射特性研究中加強(qiáng)地面遙感觀測(cè)是必要的。

3 結(jié)論

1)壽縣秋末冬初云出現(xiàn)頻率較高，占全部觀測(cè)日的76.3%，覆蓋時(shí)間較長(zhǎng)，54.0%的觀測(cè)時(shí)間有云覆蓋，厚度大于2 km的云系發(fā)生頻率占全部云系的62.2%。低、中、高云相比，高云出現(xiàn)概率最大為30.9%，另外還有12.4%的深厚云系跨越低、中、高三個(gè)高度，常伴隨有降水發(fā)生，天氣系統(tǒng)對(duì)壽縣云系的形成有重要影響。全部降水性云中，中云降水頻率高達(dá)67.7%，低云僅占12.9%;另外，降水發(fā)生在下午的頻率達(dá)47.8%，壽縣地面高濃度的氣溶膠通過(guò)局地對(duì)流輸送，可能影響低、中云降水機(jī)制。

2)觀測(cè)期間，云和氣溶膠減少近30%的短波輻射，全部有云日輻射強(qiáng)迫日均值為－91.5 W/m2，氣溶膠輻射強(qiáng)迫值是云輻射強(qiáng)迫值的27.2%，云是影響壽縣地面輻射的主要因素。降水性云、2～4 km的高云、大于4km的低云、大于4 km的中云、大于4 km的高云、小于2 km的低云、小于2 km的高云對(duì)地面輻射強(qiáng)迫的影響依次減小，輻射強(qiáng)迫日均值介于－32.9～－201.9 W/m2之間。

3)壽縣云輻射強(qiáng)迫與MODIS產(chǎn)品估計(jì)結(jié)果有較大差異，此差異可達(dá)－1.9～－36.9 W/m2。

致謝:本研究?jī)?nèi)容在美國(guó)北大可他大學(xué)董希泉教授協(xié)助下完成，在此表示感謝。研究資料來(lái)自美國(guó)能源部實(shí)施的國(guó)際大氣輻射測(cè)量計(jì)劃ARM科學(xué)、生態(tài)環(huán)境研究、氣候環(huán)境科學(xué)辦公室。

陳勇航，白鴻濤，黃建平，等.2008.西北典型地域云對(duì)地氣系統(tǒng)地輻射強(qiáng)迫研究［J］.中國(guó)環(huán)境科學(xué)，28(2):97-101.

鄧濤，張鐳，陳敏，等.2010.高云和氣溶膠輻射效應(yīng)對(duì)邊界層的影響［J］.大氣科學(xué)，34(5):979-987.

賈璇，王文彩，陳勇航，等.2010.華北地區(qū)沙塵氣溶膠對(duì)云輻射強(qiáng)迫的影響［J］.中國(guó)環(huán)境科學(xué)，30(8):1009-1014.

雷恒池，洪延超，趙震，等.2008.近年來(lái)云降水物理和人工影響天氣研究進(jìn)展［J］.大氣科學(xué)，32(4):967-974.

廖國(guó)男(Liou K N).2004.大氣輻射導(dǎo)論［M］.郭彩麗，周詩(shī)健，譯.北京:氣象出版社:492-497.

石廣玉，王標(biāo)，張華，等.2008.大氣氣溶膠的輻射和氣候效應(yīng)［J］.大氣科學(xué)，32(4):826-840.

魏重，林海，忻妙新.1985.毫米波氣象雷達(dá)的測(cè)云能力［J］.氣象學(xué)報(bào)，43(3):378-383.

仲凌志，劉黎平，葛潤(rùn)生.2009.毫米波測(cè)云雷達(dá)的特點(diǎn)及其研究現(xiàn)狀與展望［J］.地球科學(xué)進(jìn)展，24(4):383-391.

Bing L，Patrick M，F(xiàn)an T F，et al.2010.Radiation characteristics of low and high clouds in different oceanic regions observed by CERES and MODIS［J］.Int J Remote Sens，31(24):6473-6492.

Chen Qian，Yin Yan，Jin Lianji，et al.2011.The effect of aerosol layers on convective cloud microphysics and precipitation［J］.Atmos Res，101:327-340.

Chen T，Rossow W B，Zhang Y.2000.Radiative effects of cloud-type variations［J］.J Climate，13:264-286.

Dong X，Xi B，Minnis P.2006.A climatology of midlatitude continental clouds from ARM SGP site.Part II:Cloud fraction and surface radiative forcing［J］.J Climate，19:1765-1783.

Dong X，Xi B，Crosby K，et al.2010.A 10-yr Climatology of Arctic cloud properties and surface radiation budget derived from groundbased observations at the ARM NSA site and NOAA barrow observatory［J］.JGeophysRes，115，D17212.doi:10.1029/2009JD013489.

Hartmann D L，Ockert-bell M E，Michelsen M L.1992.The effect of cloud type on Earth's energy balance:Global analysis［J］.J Climate，5:1281-1304.

Huang J P，Wang Y，Wang T，et al.2006.Dusty cloud radiative derived from satellite data for middle latitude regions of East Asia［J］.Progress in Natural Science，16(10):1084-1089.

IPCC.2001.The scientific basis，contribution of working group I to the third assessment report of intergovermental panel on climate change［M］∥Climate change.Cambridge:Cambridge University Press.

IPCC.2007.The physical science basis，contribution of working group I to the fourth assessment report of IPCC［M］∥Climate change.Cambridge:Cambridge University Press.

Koren I，Kaufman Y J，Remer L A，et al.2004.Measurement of the effect of Amazon smoke on inhibition of cloud formation［J］.Science，303(5662):1342.

Li Z，Xia X，Cribb M，et al.2007.Aerosol optical properties and its radiative effects in Northern China［J］.J Geophys Res，112，D22S01.doi:10.1029/2006JD007382.

Li Z.2008.ARM mobile facility deployment in China 2008(AMF-China):Science plan［R］.US Department of Energy DOE/SCARM-0802.

Lohmann U，F(xiàn)eichter J.2005.Gloabal indirect aerosol effects:A review［J］.Atmos Chem Phys，5:715-737.

Moran K P，Martner B E，Post M J，et al.1998.An unattended cloud profiling radar for use in climate research［J］.Bull Amer Meteor Soc，79:443-455.

Qian Y，Kaiser D，Leung L R，et al.2006.More frequent cloud-free sky and less surface solar radiation in China from 1955 to 2000［J］.Geophs Res Lett，33，L01812.doi:10.1029/2005GL024586.

Qiu Y，Xi B，Dong X.2010.Comparison of CERES-MODIS and Cloud-Sat/CALIPSO cloud properties with DOE ARM AMF measurements at Shouxian，China［C］.San Francisco:AGU fall 2010 Meeting.

Rosenfeld D，Rudich Y，Lahav R.2001.Desert dust suppressing precipitation-a possible desertification feedback loop［J］.Proceedings of the National Academy of Sciences，98:5975-5980.

Rotstayn L D，Penner J E.2001.Indirect aerosol forcing，quasi forcing，and climate response［J］.J Climate，14:2960-2975.

Su J，Huang J，F(xiàn)u Q，et al.2008.Estimation of Asian dust aerosol effect on cloud radiation forcing using Fu-Liou radiative model and CERES measurements［J］.Atmos Chem Phys，8(10):2763-2771.

Wielicki B A，Cess R D，King M D，et al.1995.Mission to planet earth:Role of clouds and radiation in climate［J］.Bull Amer Meteor Soc，76:2125-2153.

Cloud property analysis by using DOE AMF measurements in Shouxian of China

QIU Yu-jun1，YANG Hui-wen2，NI Ting2，F(xiàn)ANG Kai2，WANG Cai-jun2

(1.School of Atmospheric Physics，NUIST，Nanjing 210044，China;2.Shouxian Meteorological Bureau of Anhui，Shouxian 232200，China)

Cloud is critical in understanding the current climate and it plays an important role in simulating potential climate change.The U.S.Department of Energy(DOE)atmospheric radiation measurement(ARM)AMF explored field campaigns that took place in Shouxian in the east of China for the first time in 2008.Based on the observational data，the study presents some preliminary results like cloud height and cloud thickness as well as cloud's radiative features in Shouxian during late autumn and early winter.It was found that the occurrence of clouds took 76.3%of the observational days and 54.0%of the observational time.Middle cloud(M)and high cloud(H)occupied 76.7%of all the clouds.The weather system is the dominant modulator in cloud formation in Shouxian.In addition，there were more middle clouds(M)transforming into precipitation cloud(P)than low(L)and high cloud(H)，which is about 67.7%.Precipitation occurring in the afternoon took 47.8%of all the precipitation cloud.Aerosol affected the distribution of precipitation cloud obviously.The reduced daily meanshortwave radiation caused by the cloud and aerosol was about－99.1 W/m2with aerosol contributing 25.1%of the value.We quantitatively estimate there are obvious differences in the surface radiation budget caused by the clouds of different heights and thicknesses.P cloud produces the largest cooling effect(－201.9 W/m2)while the thickness of less than 2 km H cloud has the smallest cooling effect(－32.9 W/m2).There are evident differences between ground site observation and MODIS data estimation，whose value could be－1.9—－36.9 W/m2.

cloud radar;cloud height;cloud thickness;shortwave radiation;radiative forcing

P422

A

1674-7097(2012)01-0080-07

2011-09-12;改回日期:2011-11-15

國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(2007AA061901);江蘇省青藍(lán)工程資助項(xiàng)目;江蘇高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)工程資助項(xiàng)目

邱玉珺(1975—)，女，甘肅金昌人，博士，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，研究方向?yàn)榇髿鈿馊苣z、云氣候效應(yīng)，qyj@nuist.edu.cn.

邱玉珺，楊會(huì)文，倪婷，等.2012.基于美國(guó)AMF壽縣觀測(cè)的云特性研究［J］.大氣科學(xué)學(xué)報(bào)，35(1):80-86.

Qiu Yu-jun，Yang Hui-wen，Ni Ting，et al.2012.Cloud property analysis by using DOE AMF measurements in Shouxian of China［J］.Trans Atmos Sci，35(1):80-86.

(責(zé)任編輯:劉菲)