从MODIS /Terra测得的亚洲季风区和青藏高原卷云的季节性迁移外文翻译资料

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从MODIS /Terra测得的亚洲季风区和青藏高原卷云的季节性迁移

陈宝德 刘晓东

通过使用中度分辨率成像光谱辐射计（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。这两个不同的地区存在着大量的高云。一个位于赤道和20°N之间，在亚洲季风区大量的高云显示，南北运动与季风有明显的联系。另一个是在青藏高原，在青藏高原大量的卷云出现在3月至4月，而且表现出长期稳定的特点。尽管，两个地区的大量高云看似彼此独立。青藏高原上的高云是由相对暖湿空气通过冷锋和地形缓慢抬升形成的，而亚洲季风区的高云形成是由处在热带辐合带（ITCZ）和季风系统中，深厚对流有关累积的卷云砧所流出或剩余。

1. 引言

高层云的最常见形式是薄的，通常是软的卷云。 通常位于高度大于6公里（即对流层上部和低层平流层）的卷云由来自过冷水滴冻结的冰晶组成。 卷云可以通过反射入射太阳辐射，吸收地面和低层大气的热发射，以及将红外辐射重新发射到空间，来显着调制地球的辐射预算。

根据从HIRS（高分辨率红外辐射探测器）卫星的8年数据集，Wylie和 Menzel 研究了卷云的全球分布。研究表明，卷云经常发生在热带的热带辐合带（ITCZ），30°-50°N的中纬度风暴带，以及亚热带沙漠和海洋副热带高压中的较低浓度的山区。 使用水蒸气和卷云数据从中度分辨率成像光谱辐射计（MODIS）获得的多通道成像数据在Terra航天器上获得，Gao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。

在热带地区，许多卷云产生作为与深对流相关的积累的卷云砧的流出物或残留。另一方面，在中纬度地区，暖空气在通过接近的冷锋或者地形抬升发生的地方，暖空气被缓慢地抬升到大面积上的位置形成卷云。亚洲夏季风影响了亚洲的大部分，非洲和澳洲的部分地区。随着季风的开始，在印度次大陆和中国有大量的降雨，伴随强对流活动，亚热带西风喷流向北前进到青藏高原北缘。可以想象，季风系统内的高对流活动和喜马拉雅山脉，帕米尔山脉，昆仑山脉和其他高原等世界上较高的山脉的存在，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。在青藏高原这种存在丰富的卷云的地区可以提供一个自然实验室来研究卷云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 - 气候动力学的影响非常重要。

检测薄卷云传统上是困难的，直到新的卫星测量的MODIS出现。在本研究中利用近期可用的4年MODIS卷云数据集，这是通过使用由Gao开发的检索方法，这种方法被证明是一个相当准确和可靠的观测和探测高云的方法，我们将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。

1. MODIS数据的使用说明

在MODIS仪器上进行数据分析研究。这种检索方法是基于这样的事实，即在没有卷云的情况下，因为底层大气中水汽的强吸收作用，地表和较低云的散射作用使得少量太阳辐射到达传感器。而当存在高海拔卷云时，由这些云散射的太阳辐射可以被传感器接收。更多的具体的细节可以在Gao等人的研究论文中找到。

MODIS数据通常被处理成三个等级，分别为等级1（经过地理定位的辐射或亮度温度）到等级2（在与等级1数据相同的分辨率和位置上导出地球物理数据产品）的不同等级，到等级3（映射到均匀空间 - 时间网格尺度上的变量）。等级2卷积云产生的反射在分辨率为1-km空间上生成。 通过集成2级产品，等级3是把每日，8天和每月的平均产品在以1°乘1°纬经网格分辨率上生成全球反射数据产品。 由于MODIS是具有1.375微米通道能力用于卷云检测的第一卫星仪器，所以第三级MODIS卷云反射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，并改善卷云气候学。

在这项研究中，我们使用3级MODIS卷云反射率的月平均数据，涵盖2000年4月至2004年2月的一段时间。此外，美国国家环境预测中心重新分析数据也用来跟MODIS数据进行比较。

1. 结果

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和40°N之间的中纬度带发现了大量高云，在青藏高原有最大值。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，但在中国南部和东部以及日本南部的西藏东部增加。此外，高云的中纬度带向北和东北扩展。 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，中国南海和菲律宾海突然出现大量高云。然而，青藏高原的高云开始减少。 6月，在青藏高原卷云继续减少。另一方面，南亚地区的卷云继续增加，进一步向北移动。此外，与“梅雨”前线共存，有一个加强的高云带，从藏南平原的东南延伸，穿过中国的东南部，到达日本东部约150°E。从7月到9月，在孟加拉湾，中国南海和菲律宾海仍然发现了大量的高云，但是阿拉伯海上的云却向南减少和撤退。此外，大量高云位于青藏高原边缘周围，特别是在其南边。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向南逐渐减少和撤退。

图2显示了在50°E和110°E之间的卷云平均反射的纬度 - 时间横截面，其涵盖整个青藏高原。存在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。在两个高云带中可以看到清楚的季节变化。从每年9月起，高云量在青藏高原逐渐增加，到明年4月达到最大值。 4月之后，高云开始减少，在8月达到最低点。在每个春天，可以看到高云从青藏高原开始向北移动。此外，传播速度逐年变化，例如，非常迅速的北移可以发现在2001年，但不是在2003年。显然，大量高云在青藏高原是本地产生的，青藏高原似乎是密集的卷云的源地。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月到明年1月，在深厚的高云中存在两个纬向迁移过程。青藏高原卷云是从五月开始在赤道上快速向北前进，到六月青藏高原南部山麓，亚洲季风区卷云是从8月到下一个大约6个月期间从25°N到赤道的缓慢向南撤退到下一年的1月。此外，大量卷云的纬度运动在速度和强度等方面似乎逐年变化。在青藏高原和热带和亚热带上的大量高云似乎是彼此独立的。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提升而在大面积上缓慢提升的。位势高度场被广泛用于识别文献中的中纬度冷锋或风暴。

图3显示了NCEP重新分析的200 hPa涡流位势高度的纬度 - 时间横截面，其中涡流位势高度定义为位势高度。与图2相比，青藏高原大量的高云发生在从活跃的中纬度天气系统到开始形成的青藏高压的过渡期间，表明大量高云在青藏高原和中纬度风暴或前沿活动。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形成相联系，亚洲季风经常发生强对流活动。因此，认为低纬度的许多卷云由ITCZ和季风系统中的深厚对流卷云砧所流出或剩余的累积所形成的。

1. 总结和讨论

通过使用4年MODIS卷云反射数据集，研究了卷云在亚洲季风地区和青藏高原的季节性迁移。这两个不同的地区存在大量的高云。一个位于赤道和20°N之间，在亚洲季风区大量的高云显示，南北运动与季风有明显的联系。另一个是在青藏高原，在青藏高原大量的卷云出现在3月至4月，而且表现出长期稳定的特点。在这两个地区可以看到卷云的清晰季节性变化。此外，两个地区的大量高云看似彼此独立。青藏高原上的高云是由相对暖湿空气通过冷锋和地形缓慢抬升形成的，而亚洲季风区的高云形成是由处在热带辐合带（ITCZ）和季风系统中，深厚对流卷云砧所流出或剩余的有关累积。

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，将大规模循环与非理性（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。

在这项研究中，我们只有4年的数据，只是推测负责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和变化。此外，由于缺乏观测和参数化的巨大不确定性，很少有气候建模的学者注意到卷云。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。

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

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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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