基于毫米波雷达观测及探空反演的云垂直结构对比分析

吕珊珊 周青 张勇

中国气象局气象探测中心，北京 100081

1 引言

云的形成与消亡伴随着大气垂直运动以及潜热释放和吸收，反映着大气的热力过程和动力过程，并且通过形成、发展、移动及消散过程参与全球水循环。云垂直结构（云顶和云底高度、云层的数量和厚度）通过改变大气中辐射和潜热的分布从而影响大气环流（Wang and Rossow, 1998; Li et al., 2005;Rossow et al., 2005），Crewell et al.（2004）指出云对太阳辐射的多次散射和吸收对大气中的绝热加热有重大影响，而云非绝热加热的垂直梯度相比水平梯度对大气环流的影响更大（Rind and Rossow, 1984）。

为了提高对云物理过程的理解，进而提高大尺度气候模式（包括全球环流模式）的预测能力，需要对云垂直结构进行更准确的观测。以激光雷达、毫米波雷达、激光云高仪等为代表的地基遥感探测设备是云的自动化观测有力工具，其中激光雷达和云高仪能够准确探测云底高度，但由于在云内的波束衰减无法探测云顶，毫米波雷达能够对云垂直结构（包括云顶、云底及云层数等）进行高精度的连续观测，然而在降雨时会受到信号衰减。另一方面，卫星上搭载的被动遥感传感器如国际卫星云气候计划（International Satellite Cloud Climate Project,ISCCP）和中分辨率成像仪（Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer, MODIS）在观测云时也有着各自的不足，例如当光学厚度低于0.3～0.5时ISCCP无法区分薄云和气溶胶（Rossow and Garder,1993）；ISCCP和MODIS均对低云量产生低估，而对中云存在高估（Li et al., 2006），虽然星载被动辐射计时间分辨率高，但通常只能给出云顶信息，无法观测云垂直结构。搭载在热带降水测量计划（TRMM）卫星上的降水雷达和微波辐射计尽管能够穿透云和降水获得精细化三维结构，但由于其波段的限制无法观测到小云滴粒子。……