基于主动卫星遥感研究西北地区云层垂直结构特征及其对人工增雨的影响

摘要/Abstract

摘要：

利用2007 年1 月至2008 年12 月CLOUDSAT 和CALIPSO 卫星主动遥感资料分析了我国西北3 个典型区域不同云类型的宏观及微观的垂直结构特征。结果表明: 黄土高原、祁连山和天山地区的年均总云分数分别为62． 8%， 65． 2% 和73． 4%; 3 个区域的积状云在夏秋季节发展旺盛，而层状云在冬春季节占主导地位。云层垂直方向的概率密度分布具有显著的区域和季节变化特征，其峰值位于2 ～ 6 km 之间。各个区域云液态水含量自云底向上有明显的递减趋势，夏季天山和祁连山地区低层具有丰富的云水资源，峰值分别达0． 47 mg /m ³、0． 38 mg /m³。各个区域的云液态水含量峰值以冬季最小，夏季最大。对应的液态云有效粒子半径平均值位于8 ～ 16 μm 之间。降水云的有效粒子半径随高度上升具有明显的递减趋势，而非降水云则存在较弱的增加趋势。这种云层垂直方向上的结构变化对降水有直接影响，是评估人工增雨潜力的重要依据。

关键词: 人工增雨, 主动卫星遥感, 云分数, 云水含量, 有效粒子半径, 垂直分布

Abstract:

The CLOUDSAT and CALIPSO active satellite remote sensing data from January 2007 to December 2008 are used to analyze macro and micro vertical strcture characteristics of the different cloud types over three typical regions ( the Loess Plateau，the Qilian Mountain region and Tishan Mountain region) in Northwest China． The results show that the total cloud fraction in the Loess Plateau， the Qilian and the Tianshan Mountain region was 62． 8%，65． 2% and 73． 4%，respectively． Over these regions cumuliform clouds are more in summer but stratiform clouds are more in winter． And the cloud vertical probability density distribution presented obvious regional and seasonal characteristics，and the peak region appeared at 2 － 6 km． The cloud liquid water content showed significant seasonal variations and decreasing trend with altitude，and the maximum value is 0． 47 mg /m3 in summer in Tianshan Mountain region and 0． 38 mg /m3 in the Qilian Mountain region． The average effective particle radius of liquid cloud is 8 － 16 μm． With altitude increasing， the effective particle radius presented a significant decreasing trend for precipitation clouds，while a weak increasing trend for non－ precipitation clouds．

Key words: precipitation enhancement, active satellite remote sensing, cloud fraction, cloud water content, cloud effective particle radius, vertical distribution

中图分类号:

P407． 2

丁晓东,黄建平，李积明，王天河，黄忠伟. 基于主动卫星遥感研究西北地区云层垂直结构特征及其对人工增雨的影响[J]. 干旱气象, 2012, 30(4): 529-538.

参考文献

［1］陈亚宁，杨青，罗毅，等．西北干旱区水资源问题研究思考［J］．

干旱区地理， 2012( 1) : 5 － 13．

［2］王劲松，陈发虎，张强，等．亚洲中部干旱半干旱区近100 年来的

气温变化研究［J］．高原气象，2

008( 5) : 1035 － 1045．

［3］Huang J，Guan X，Ji F． Enhanced cold － season warming in semi －

arid regions［J］． Atmos Chem Phys，2012，1

2( 12) : 5391 － 5398．

［4］李泽椿，周毓荃，李庆祥，等．人工增雨是缓和干旱半干旱地区水

资源匮乏的一个补充途径［J］．新疆气象，2006( 1) : 5 － 10．

［5］Bruintjes RT． A review of cloud seeding experiments to enhance precipitation

and some new prospects［J］． Bulletin of the American Meteorological

Society，1999，5

: 805 － 820．

［6］Cotton W R． Weather Modification by Cloud Seeding － A Status Report

1989 － 1997［J］． Website of Department of，2008．

［7］ Garstang M，Bruintjes R，Serafin R，et al． WEATHER MODIFICATION

［J］． 2005．

［8］吴伟，王式功．中国北方云量变化趋势及其与区域气候的关系

［J］．高原气象， 2011( 3) : 651 － 658．

［9］陈少勇，董安祥，陈添宇，等．祁连山总云量变化及其与气候变暖

的关系［J］．干旱区研究，2

007( 1) : 98 － 102．

［10］陈少勇，董安祥，陈添宇，等．祁连山低云量对气候变暖的响应

［J］．干旱区资源与环境，2

007( 2) : 142 － 145．

［11］陈少勇，董安祥，王丽萍．中国西北地区总云量的气候变化特征

［J］．成都信息工程学院学报， 2006，( 3) : 423 － 428．

［12］刘卫国，刘奇俊．祁连山夏季地形云结构和云微物理过程的模

拟研究( II) : 云微物理过程和地形影响［J］．高原气象，2007

( 1) : 16 － 29．

［13］刘卫国，刘奇俊．祁连山夏季地形云结构和云微物理过程的模

拟研究( I) : 模式云物理方案和地形云结构［J］．高原气象，

2007，( 1) : 3 － 17．

［14］洪延超，李宏宇．一次锋面层状云云系结构、降水机制及人工增

雨条件研究［J］．高原气象，2

011( 5) : 1308 － 1323．

［15］陈小敏，刘奇俊，章建成．祁连山云系云微物理结构和人工增雨

催化个例模拟研究［J］．气象， 2007( 7) : 33 － 43．

［16］ Stephens G L，Vane D G，Boain R J，et al． The CloudSat mission

and the A － Train［J］． Bulletin of the American Meteorological Society，

2002，1

2: 1771 － 1790．

［17］Winker D M，Pelon J R，McCormick M P． The CALIPSO mission:

Spaceborne lidar for observation of aerosols and clouds［J］． Proceedings

of SPIE，2003: 1．

［18］李积明，黄建平，衣育红，等．利用星载激光雷达资料研究东亚

地区云垂直分布的统计特征［J］．大气科学，2009( 4) : 698 －

707．

［19］李积明．结合主动和被动卫星遥感资料研究云的垂直分布特征

［D］．兰州大学，2

011．

［20］ Luo Y，Zhang R，Wang H． Comparing Occurrences and Vertical

Structures of Hydrometeors between Eastern China and the Indian

Monsoon Region Using CloudSat /CALIPSO Data［J］． Journal of

Climate，2009，4: 1052 － 1064．

［21］尚博，周毓荃，刘建朝，等．基于Cloudsat 的降水云和非降水云

垂直特征［J］．应用气象学报， 2012( 1) : 3 － 11．

［22］王帅辉，韩志刚，姚志刚，等．基于CloudSat 资料的中国及周边

地区云垂直结构统计分析［J］．高原气象，2

011( 1) : 38 － 52．

［23］汪会，罗亚丽，张人禾．用CloudSat /CALIPSO 资料分析亚洲季

风区和青藏高原地区云的季节变化特征［J］．大气科学，2011

( 6) : 127 － 141．

［24］杨大生，王普才．中国地区夏季6 － 8 月云水含量的垂直分布特

征［J］．大气科学，2

012( 1) : 91 － 103．

［25］黄建平，何敏，阎虹如，等．利用地基微波辐射计反演兰州地区

液态云水路径和可降水量的初步研究［J］．大气科学，2010

( 3) : 548 － 558．

［26］ Stephens G L，Vane D G，Tanelli S，et al． CloudSat mission: Performance

and early science after the first year of operation［J］． J

Geophys Res，2008，C5: D00．

537

Journal of Arid Meteorology，2012，3

0( 4) : 529 － 538 537

第4 期丁晓东等: 基于主动卫星遥感研究西北地区云层垂直结构特征及其对人工增雨的影响

［27］Winker D M，Hunt W H，McGill M J． Initial performance assessment

of CALIOP［J］． Geophysical Research Letters，2007，19:

L19803．

［28］周毓荃，赵姝慧． CloudSat 卫星及其在天气和云观测分析中的

应用［J］．南京气象学院学报，2

008( 5) : 603 － 614．

［29］Wang Z，Stephens G L，Vane D G，et al． Level 2 Combined Radar

and Lidar Cloud Scenario Classification Product Process Description

and Interface Control Document［M］． Jet Propulsion Laboratory

California Institute of Technology ，2011．

［30］Austin R T，Stephens G L． Retrieval of stratus cloud microphysical

parameters using millimeter － wave radar and visible optical depth

in preparation for CloudSat 1． Algorithm formulation［J］． Journal of

Geophysical Research，2001，D22: 28，2

33 － 28，2

42．

［31］Huang J，Zhang W，Zuo J，et al． An overview of the semi － arid

climate and environment research observatory over the Loess Plateau

［J］． Advances in atmospheric sciences，2008，6

: 906 － 921．

［32］Jing X，Huang J，Wang G，et al． The effects of clouds and aerosols

on net ecosystem CO2 exchange over semi － arid Loess Plateau of

Northwest China［J］． Atmos Chem Phys，2010: 8205 － 8218．

［33］陈勇航，黄建平，陈长和，等．西北地区空中云水资源的时空分

布特征［J］．高原气象， 2005( 6) : 905 － 912．

［34］陈乾，陈添宇，张鸿．用Aqua /CERES 反演的云参量估算西北区

降水效率和人工增雨潜力［J］．干旱气象，2

006，2

4( 4) : 1 － 8．

［35］Hagihara Y，Okamoto H，Yoshida R． Development of a combined

CloudSat － CALIPSO cloud mask to show global cloud distribution

［J］． Journal of Geophysical Research，2010，null: D00H33．

［36］陈勇航，陈艳，黄建平，等．中国西北地区云的分布及其变化趋

势［J］．高原气象， 2007( 4) : 741 － 748．

［37］Sun W，Videen G，Kato S，et al． A study of subvisual clouds and

their radiation effect with a synergy of CERES，MODIS，CALIPSO，

and AIRS data［J］． Journal of Geophysical Research，2011，

D22: D22207．

［38］Wylie D，Jackson D L，Menzel W P，et al． Trends in global cloud

cover in two decades of HIRS observations［J］． Journal of climate，

2005( 15) : 3021 － 3031．

［39］Li J，Yi Y，Minnis P，et al． Radiative effect differences between

multi － layered and single － layer clouds derived from CERES，

CALIPSO，and CloudSat data［J］． Journal of Quantitative Spectroscopy

and Radiative Transfer，2011，2

: 361 － 375．

［40］陈少勇，石光普，董安祥，等．祁连山层状云的时空分布及其环

流特征分析［J］．中国沙漠， 2010( 4) : 946 － 953．

［41］陈少勇，徐科展，董安祥，等．祁连山积雨云的时空分布及其环

流特征［J］．干旱区研究，2

010( 1) : 114 － 120．

［42］洪延超，周非非．层状云系人工增雨潜力评估研究［J］．大气科

学， 2006( 5) : 187 － 200．

［43］Huang J，Minnis P，Lin B，et al． Determination of ice water path

in ice － over － water cloud systems using combined MODIS and

AMSR － E measurements［J］． Geophys Res Lett，2006: L21801．

［44］Huang J，Lin B，Minnis P，et al． Satellite － based assessment of

possible dust aerosols semi － direct effect on cloud water path over

East Asia［J］． Geophys Res Lett，2006: L19802．

［45］Heggli M F，Rauber R M． The characteristics and evolution of supercooled

water in wintertime storms over the Sierra Nevada: A

summary of microwave radiometric measurements taken during the

Sierra Cooperative Pilot Project［J］． Journal of Applied Meteorology，

1988: 989 － 1015．

［46］陈勇航，黄建平，王天河，等．西北地区不同类型云的时空分布

及其与降水的关系［J］．应用气象学报， 2005( 6) : 717 － 727．

［47］陈添宇，李照荣，陈乾，等．用GMS5 卫星反演水汽场分析中国

西北地区大气水汽分布的气候特征［J］．大气科学，2005( 6) :

22 － 29．

［48］Rosenfeld D，Lensky I M． Satellite － based insights into precipitation

formation processes in continental and maritime convective

clouds［J］． Bulletin of the American Meteorological Society，

1998， 11: 2457 － 2476．

［49］Rosenfeld D，Gutman G． Retrieving microphysical properties near

the tops of potential rain clouds by multispectral analysis of

AVHRR data［J］． Atmospheric research，1994，1

: 259 － 283．

［50］李国昌．甘肃省层状云宏微观结构及降水特征的观测分析

［D］．南京信息工程大学，2

006．

[1]	李卓卓, 杨莲梅, 阿不都外力·阿不力克木. 基于多源数据的典型干旱区云水资源气候特征研究[J]. 干旱气象, 2026, 44(2): 208-218.
[2]	罗润, 孙艳桥, 李龙燕, 马思敏, 邓佩云, 陈宇曦. 宁夏一次飞机人工增雨作业条件及催化物理响应分析[J]. 干旱气象, 2026, 44(2): 254-263.
[3]	谢祖欣, 林文, 李丹, 花少烽. 福建古田一次对流云人工增雨催化试验的数值模拟研究[J]. 干旱气象, 2025, 43(5): 770-781.
[4]	许志丽, 徐亮亮, 毕力格, 史金丽, 辛悦, 刘沫彤. 内蒙古中部地区层状云微物理特征及可播度分析[J]. 干旱气象, 2025, 43(1): 126-132.
[5]	陈瑞敏, 田秀霞, 王荣英, 吴雁, 卢西畅. 河北省南部臭氧重污染事件中臭氧垂直分布与气象因素分析[J]. 干旱气象, 2024, 42(4): 611-619.
[6]	姜舒婕, 程莹, 方楠, 周毓荃, 单中华, 张磊. 基于干旱和水位特征构建水库人工增雨需求指数[J]. 干旱气象, 2023, 41(2): 341-349.
[7]	邢峰华, 黄菲婷, 李光伟, 黄巧明. 海南岛中部山区暖云人工增雨催化试验物理效果分析[J]. 干旱气象, 2023, 41(1): 114-122.
[8]	张磊, 宋哲, 徐铖, 黄旋旋. 浙江省夏秋季人工增雨作业雷达指标研究[J]. 干旱气象, 2022, 40(5): 888-896.
[9]	许志丽, 衣娜娜, 毕立格, 于水燕, 张俊成. 内蒙古中部一次春季透雨过程的云微物理特征分析[J]. 干旱气象, 2022, 40(4): 632-639.
[10]	张义, 孙根厚, 严晓强. 基于区域历史回归法的成都地区人工增雨效果检验[J]. 干旱气象, 2022, 40(4): 640-645.
[11]	高建秋, 郑彬, 游积平, 何松蔚, 余小嘉, 杨博成. 2018年广东空中水物质评估及开发分析[J]. 干旱气象, 2022, 40(3): 516-523.
[12]	仝泽鹏, 杨莲梅, 曾勇, 李建刚, 刘凡. 利用微雨雷达研究伊宁地区一次大雨过程的雨滴谱垂直演变特征[J]. 干旱气象, 2021, 39(2): 279-287.
[13]	张景红, 孟辉, 于翠红, 崔红, 孙海燕, . 人工增雨催化响应试验分析[J]. 干旱气象, 2020, 38(6): 1043-1051.
[14]	唐林, 李琼, 黎祖贤, 蔡淼, 蔡荣辉, 高沁. 一次积层混合云云系微物理结构数值模拟与增雨条件分析[J]. 干旱气象, 2020, 38(1): 100-108.
[15]	胡淑萍, 林文, 段卿, 兰建斌, 林冰, 江善赐. 福建古田人工增雨试验区大气冰核观测研究[J]. 干旱气象, 2019, 37(5): 844-849.