点击蓝字 关注我们
AAS封面故事
破解云海之巅的降水密码：青藏高原夏季降水类型识别算法革新
论文第一作者
傅云飞
教授
中国科学技术大学
青藏高原作为地球“第三极”，其降水特征对区域乃至全球气候系统具有重要影响。长期以来，我国气象学者通过多次科考证实，夏季青藏高原对流云活动频繁、对流降水是主要的降水类型。然而，以往利用星载测雨雷达——TRMM卫星的测雨雷达PR和GPM卫星双频测雨雷达DPR——对青藏高原夏季降水进行观测时，却识别出大量层状降水，这与实地观测结果存在明显差异。
（图源：作者绘）
为了破解这一谜题，研究团队针对DPR这一缺陷，通过深入分析DPR降水类型识别算法特点，发现该算法中用于区分非高原地区降水类型的分类阈值，在青藏高原复杂的地形和气候条件下并不适用。通过计算和分析，团队提出了新阈值，建立了适合夏季青藏高原降水类型识别的新算法，并结合大气垂直速度，检验了新算法的合理性。
新算法在识别青藏高原夏季降水类型方面表现出了更高的准确性。论文的最后，给出了新算法识别的夏季青藏高原强对流降水、弱对流降水和弱降水空间分布特点。通过对这三种降水类型的空间分布特征进行分析，研究人员对青藏高原夏季降水的形成机制有了更深入的认识。
Adv. Atmos. Sci. 2024年第11期封面图片。封面论文建立了最大反射率因子阈值、液相层最大反射率与背景反射率之差的阈值、回波顶高度阈值的综合降水类型识别算法，识别了夏季青藏高原强对流降水、弱对流降水和弱降水。（封面照片：傅云飞 摄）
青藏高原上的对流云
“地球第三极”青藏高原上空，对流云的活跃景象一直是科学家们关注的焦点。近半个世纪以来，我国气象工作者多次深入青藏高原腹地，开展了系统的科学考察和科学试验，发现了青藏高原独特的天气现象和大气运动的某些规律：夏季是青藏高原对流云活动最为频繁的季节，这些高耸入云的云团不仅塑造了高原独特的天气格局，也对区域乃至全球气候产生了深远影响。
为了更直观地展示青藏高原对流云的壮观景象，论文第一作者傅云飞教授提供了多张他实地拍摄的高原云图。照片中，云山相接、气势磅礴，或云体高耸、或云底低垂，还可见远山对流云云底出现的雨幡或降水，生动地展现了高原对流云的多样性。这些珍贵的影像资料，为我们深入了解青藏高原大气过程提供了宝贵的视觉参考。
左右滑动查看更多
青藏高原降水特点
气象学通常将降水分为对流降水和层状降水，它们的热动力结构和微物理过程截然不同，在雷达回波上也对应着不同的垂直结构特征。因此人们习惯按照这两类降水来认知不同地域的降水特点，但是青藏高原作为深入对流层中部的大尺度地形，压缩了其上部的对流层大气（机械压缩作用），加之青藏高原地表多沙石、热容小（热力作用），地表高海拔、大气密度小（浮力作用），彻底地改变了其上部大气温湿结构，使得青藏高原对流层大气稳定度小，这也使得青藏高原大气有别于非高原地区大气，高原降水也相应有自己的特点，表现为多对流降水、弱降水多、强降水短促。然而星载测雨雷达却识别了夏季青藏高原大量层状降水。为此该文围绕GPM卫星搭载的双频测雨雷达降水类型识别算法的青藏高原适用性进行了研究。
首次建立了新的青藏高原降水类型识别算法
该文针对星载测雨雷达识别夏季青藏高原大量层状降水的缺陷，首先细致分析了GPM卫星双频测雨雷达DPR的降水类型识别算法流程、降水类型阈值等特点，通过比较DPR探测的高原降水个例和非高原降水个例，剖析了其算法识别的对流降水、层状降水和其它降水空间分布，从而发现DPR降水类型识别算法不适用于青藏高原夏季降水类型识别。随后通过统计计算和分析，提出了适合青藏高原夏季降水类型识别的新阈值：最大反射率因子阈值、液相层最大反射率与背景反射率之差的阈值、回波顶高度阈值，进而识别了夏季青藏高原强对流降水、弱对流降水和弱降水，并给出了这三类降水的空间分布特征。研究结果为后续研究青藏降水演变、高原潜热时空分布奠定了基础。
未来计划
由于夏季青藏高原对流层大气存在零度层（也称为冻结层），故云体上部或中部下沉的冰相粒子下降至零度层时，会融化形成液水层（雷达探测显示亮带），因此夏季青藏高原应该存在层状降水（即有亮带的降水），然而作者分析的DPR降水资料，极少发现DPR识别的层状降水中存在亮带。因此识别夏季青藏高原降水云的亮带是未来研究的重点。必须指出DPR之所以识别夏季青藏高原大量层状降水，是其降水类型识别算法过程中，多重判断失败后的默认结果。
Cite this article:
Fu, Y. F., Y. Liu, P. Zhang, S. Y. Gu, L. Chen, and S. Nan, 2024: A new algorithm of rain type classification for GPM dual-frequency precipitation radar in summer Tibetan Plateau. Adv. Atmos. Sci., https://doi.org/10.1007/s00376-024-3384-7
Download:
http://www.iapjournals.ac.cn/aas/en/article/doi/10.1007/s00376-024-3384-7
参考文献：
编辑制作：金 玲
校对：石傲兰
审核: 周 玲
关注大气科学进展
大气科学进展
Advances in Atmospheric Sciences
科研前沿|行业热点|学科动态
写作规范|投稿技术|科研工具
长按二维码，关注我们
大气科学进展
《大气科学进展(英)》(Advances in Atmospheric Sciences，简称AAS)——中国大气科学领域学术水平最高的英文期刊之一，1984年创刊，1999年被SCI收录。最新影响因子6.5，JCR分区位列Q1区。
AAS主要发表大气和海洋科学领域的创新性研究成果，刊登气候学、大气物理学、大气化学、大气探测、气象学、天气学、数值天气预报、海洋-大气相互作用、人工影响天气和应用气象学等各主要分支学科的国际最新创造性论文和研究进展的综合评述。AAS积极扩展栏目，除学术论文外，还设有数据描述文章、会议报告（特邀）、学科亮点(News&Views)（特邀）、展望（Perspectives）（特邀）及有关大气科学领域研究进展的讨论等。
AAS由国际气象学和大气科学协会（IAMAS）中国委员会、中国科学院大气物理研究所、中国气象学会主办，由Springer和科学出版社共同出版，是国际IAMAS的合作期刊。来自9个国家、36个专业科研机构的60多位优秀责编全程监督审稿过程。
更多信息，欢迎登录AAS官方网站了解：
http://www.iapjournals.ac.cn/aas
