利用MODIS／Terra测量亚洲季风地区和青藏高原的卷云的季节性迁移外文翻译资料

 2022-12-09 10:12

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利用MODIS／Terra测量亚洲季风地区和青藏高原的卷云的季节性迁移

陈宝德 和 刘晓东

中国科学院地球环境研究所，中国西安

[1]通过使用中分辨率成像光谱仪（MODIS）卷云反射率的4年数据集，研究了亚洲季风地区和青藏高原卷云的季节性迁移。有两个不同的地区有大量的高云。一个位于赤道和20°N之间，在其间强化的高云表现出与季风明确相关的南北向运动。另一个是在青藏高原，其中大量的卷云出现在3月至4月，并表现出更多稳定的特点。此外，两个地区的大量高云表现得相互独立。据认为，青藏高原上的高云是由相对温暖潮湿的空气迎着入侵冷锋抬升及地形抬升作用而产生的，另一个是由与热带辐合带和季风系统的深对流相关的成熟积雨云卷云状云砧的流出或残留而形成的。

引用：Chen，B.和X. Liu（2005），利用MODIS（Terra）测量的亚洲季风地区和青藏高原的卷云的季节性迁移。Geophys. Res. Lett.，32，L01804.

1.介绍

[2]高层云的最常见形式是薄的、纤细的卷云。通常位于高度大于6公里（即对流层上部和低层平流层）的卷云由过冷水滴冻结而成的冰晶组成。卷云可以通过反射入射的太阳辐射，吸收地面和低层大气的热辐射，以及将红外辐射重新发射到宇宙空间，来显著地调节地球的辐射收支[例如Liou，1986]。

[3]基于HIRS（高分辨率红外辐射探测器）卫星的8年数据集，Wylie和Menzel [1999]研究了卷云的全球分布。他们的研究表明，卷云经常产生在热带辐合带（ITCZ），30°-50°N的中纬度风暴带，以及亚热带沙漠的山区和副热带海洋的上空会出现密度低一些的卷云。Gao et al.[2003]使用搭载在Terra卫星上的中分辨率成像光谱仪（MODIS）获得的水蒸气和卷云多通道成像数据，基于此研究了2002年青藏高原水汽和卷云的季节变化，发现高原高云反射率的平均值在4月达到最大值，11月达到最小值。

[4]在热带地区，许多卷云由成熟积雨云卷云状云砧流出物或残留物而形成[Houze，1993]。另一方面，在中纬度地区，卷云通常产生于大面积的暖空气遇冷锋缓慢爬升或地形抬升作用发生的地方。亚洲夏季风影响了亚洲的大部分地区及非洲和澳大利亚的部分地区。随着季风的开始，与强对流活动相联系的丰富降水发生在印度次大陆和中国，亚热带西风急流向北前进到青藏高原北缘[例如，Flohn，1957]。可以想象，季风系统内的强对流活动和喜马拉雅山脉、帕米尔山脉、昆仑山脉等这些世界上最高的山脉，使亚洲季风地区和青藏高原有利于卷云的形成，因此这些地区可能存在丰富的卷云。可能在青藏高原这种丰富的卷云可以提供一个自然实验室来研究它们的形成和微物理性质。此外，青藏高原和亚洲季风地区卷云的体积特征，如时间平均值，季节变化等，对于研究云-气候反馈及其对气候变化和季风-气候动力学有非常重要的影响。

[5]用传统方法检测薄卷云比较困难，而用新的卫星手段（MODIS）使之变得简单。在本研究中，利用新近可获得的4年MODIS卷云反射率数据集，通过使用由Gao提出的反演方法 [例如Gao et al.，2002]，并且该方法被证明对高云监测相当精确和可靠[例如，Gao et al.，2003]，我们将借用此方法研究卷云在青藏高原和亚洲季风地区的季节变化和迁移。在下一节中，将给出所使用的数据的简要描述。结果将在第3节中显示。总结和简要讨论将在第4节中介绍。

2.使用的MODIS数据的描述

[6] MODIS卷云的反射率数据是从一个以1.375为中心的特殊通道获得的，它是在MODIS仪器上实现的。反演方法是基于这样的事实：在没有卷云的情况下，由于在低层大气中该光谱带有强水汽吸收，使得被地球表面和低云散射的太阳辐射几乎无法到达传感器。当存在高层卷云时，由这些云散射的太阳辐射可以被传感器接收。更多的细节可以在Gao[2002]等人的著作中找到。

[7] MODIS数据通常被处理成不同的级别，从1级（已经进行地理定位的辐射或亮度温度）到2级（与1级数据相同分辨率和位置的衍生地球物理数据产品），到级别3（映射到统一空间-时间网格尺度上的变量）[例如，King et al.，2003]。2级卷云反射率产品以1km的空间分辨率产生。通过集成2级产品，3级每日，8天和每月平均产品以1°乘1°纬度经度网格分辨率在全球生成。因为MODIS是第一个具有1.375微米通道能力用于卷云检测的卫星仪器，3级MODIS卷云反射率数据产品提供了一个独特的机会：在区域和全球尺度上研究卷云并且改进卷云气候学。

[8]在这项研究中，我们使用3级MODIS卷云反射率月平均数据，涵盖2000年4月至2004年2月的一段时间。此外，国家环境预测中心（NCEP）再分析数据也用于与MODIS数据进行比较。

3.结果

[9] 图1显示了2000年到2004年的月平均卷云反射率。从1月到3月，在25°N到40°N之间的中纬度带发现了大量的高云，并且最大值出现在西藏高原。在亚热带地区，如印度次大陆和印度-中国，几乎没有卷云。4月，高云量在青藏高原开始减少，但在西藏以东中国南部和东部以及日本南部增加。此外，中纬度带的高云向北和东北扩展。 5月，最突出的特点是与亚洲季风的爆发相关，在阿拉伯海，孟加拉湾，南中国海和菲律宾海突然出现大量高云，而青藏高原的高云开始减少。 6月，在青藏高原的卷云量进一步减少。另一方面，南亚地区的卷云继续增加并向北移动。此外，在梅雨锋[例如，陶和陈，1987]的位置，有一个加强的高云带，从藏南平原的东南边延伸，穿过中国的东南部，直至日本东部150°E附近。从7月到9月，在孟加拉湾，中国南海和菲律宾海仍然发现有大量的高云，但是阿拉伯海上的高云减少并向南退缩。此外，大量高云出现在青藏高原周围，尤其是在其南边。从10月到12月，卷云在青藏高原上稳步增加，在孟加拉湾，中国南海和菲律宾海上逐渐减少并向南撤退。

（图1 MODIS Level 3，4年气候平均值的高云反射率月平均图像在西藏高原和附近亚洲地区12个月。 ）

图2：在50°E-110°E之间平均卷云反射率的时间 - 纬度截面图）

[10]图2表示出了在50°E和110°E之间平均卷云反射率的纬度 - 时间截面图，其覆盖整个青藏高原。有两个明显的大量高云带，一个位于赤道和20°N之间，另一个位于30°N和40°N之间。在两个带中可以看到明显的季节变化。从每年9月起，高云量在青藏高原逐渐增加，到第二年4月达到最大值。4月之后，高云开始减少，在8月达到最小。在每个春天，可以看到高云从青藏高原开始向北传播。此外，传播速度逐年变化，例如，在2001年有非常迅速的北移，但在2003年没有如此迅速。显然，大量高云是在青藏高原本地产生的，青藏高原是大量卷云产生的源地。与青藏高原不同，第二波段来自热带，与季风雨和ITCZ的北移密切相关。从每年5月到第二年1月，在强化的高云中存在两个纬向迁移过程。一个是从五月开始在赤道上快速向北前进，到六月抵达青藏高原南部山麓，另一个是从8月到第二年1月大约6个月期间，从25°N到赤道的缓慢向南撤退。此外，密集卷云的纬度运动在速度和强度等方面也逐年变化。

[11]青藏高原和热带、亚热带的高云似乎是相互独立的。前者被认为是由相对温暖和潮湿的空气通过接近的冷锋或地形而大面积缓慢抬升进而产生的。在大量文献中位势高度场被广泛用于识别中纬度冷锋或风暴。图3表示NCEP再分析的200 hPa涡流位势高度的纬度-时间截面图，其中涡流位势高度定义为位势高度的空间平均值移除率。与图2相比，青藏高原最密集的高云发生在从活跃的中纬度天气系统到所谓的藏高的开始建立的过渡期间，表明了青藏高原上空的大量高云与中纬度风暴或锋活动的关系。另一方面，低纬度大量的高云与ITCZ的纬度运动以及亚洲季风的爆发相关联，亚洲季风通常引发强对流活动。因此，认为这里的许多卷云由与ITCZ和季风系统中的深对流相关的成熟积雨云卷云状云砧的流出物或残留物形成。

（图3：在50°E-110°E之间平均的涡流位势高度的时间 - 纬度截面）

4.总结和讨论

[12]通过使用4年MODIS卷云数据集，研究了亚洲季风地区和青藏高原地区卷云的季节性迁移。有两个不同的地区有大量的高云。一个位于赤道和20°N之间，大量的高云表现出与季风相关的明显的南、北向运动。另一个是在青藏高原，在那里卷云在3月至4月达到最大值，并表现出更为稳定的特点。在这两个地区可以看到卷云明显的季节性变化。此外，两个地区的大量高云看起来彼此独立。据认为，青藏高原上的高云是由相对温暖和潮湿的空气通过接近的冷锋或地形而大面积缓慢抬升进而产生的，而另一地区则是由与ITCZ和季风系统中的深对流相关的成熟积雨云卷云状云砧的流出物或残留物形成。

[13]本研究的结果对未来的水文研究和云气候反馈的研究具有潜在的重要意义。例如，本文中发现的青藏高原丰富的卷云可以提供一个自然实验室，用于研究对流层中上层水蒸气和水冰云之间的转换过程。此外，结果还提供了有用的信息，将大尺度环流与非绝热（微物理和辐射）加热联系起来，这对理解季风气候动力学至关重要。

[14] 在这项研究中，我们只有4年的数据，并简单地推测用于解释这些观察到的现象的机制。真正的机制可能不同于我们的猜测。需要更广泛的气象观测，以更好地了解亚洲季风地区和青藏高原的高云的形成与变化。此外，由于缺乏观测以及参数化的巨大不确定性，很少有气候建模师去关注卷云。我们期望我们对亚洲季风区域和附近的高云的理解将在未来进一步改进，通过诸如MODIS的观测获得更多的大气信息，并且最终将有益于改进气候建模。

[15]致谢。作者感谢Winston C. Chao博士的建设性审查和有见地的评论。这项工作得到中国科学院（KZCX3-SW-339），中国科技部（2004CB720208）和中国自然科学基金（40472086和40121303）的支持。

L01804陈和刘：中亚和亚洲和西班牙

参考文献

Flohn，H。（1957），南方的“夏季风”的大尺度方面

和东亚季风环流，J. Meteorol。 Soc。日本。 ，35,180-186。高，B.-C.，P.Yang，W.Han，R.-R. Li和W. J. Wiscombe（2002），An algorithm using visible and 1.38m m channels to retrieval cirrus cloud reflectance from aircraft and satellite data，IEEE Trans。 Geosci。远程

，40,1659-1668。 Gao，B.-C.，P.Yang，G.Guo，S.K.Park，W.J.Wiscombe和B.Chen（2003），用Terra MODIS仪器测量青藏高原水汽和高云的测量，IEEE Trans。 Geosci。远程

Sens.Lett。 ，41,895-900。 Houze，R.A。（1993），Cloud Dynamics，Academic，San Diego，Calif.King，M.D.，W.P.Menzel，Y.J.Kaufman，D.Tanre， Gao，S. Platnick，S.A.Ackerman，L.A.Remer，R.Pincus和P.A.Hankanks（2003），Cloud and aerosol properties，precipitable water，and profiles of tempera-

MODIS，IEEE Trans。 Geosci。遥感，

442-458。 Liou，K.-N. （1986），卷云对天气和气候的影响

过程：全球视角Weather Rev.，114，1167-1200。 Tao，S.，and L. Chen（1987），A review of recent research on the East Asian summer in China，in Monsoon Meteorology，edited by C.P.Chang and

T.N.Krishnamurti，第60-92页，Oxford Univ。出版社，纽约。 Wylie，D.P。，和W. P. Menzel（1999），Eight years of global high cloud statistics using HIRS，J.Clim。 ，12,170-184。

中国科学院地球环境研究所，中国科学院地球环境研究所，西安高新区凤凰南路10号，710075。 （liuxd@loess.llqg.ac.cn）

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