Zhao, W., and Coauthors, 2024: Unveiling cloud vertical structures over the Interior Tibetan Plateau through Anomaly Detection in Synergetic Lidar and Radar Observations. Adv. Atmos. Sci., https://doi.org/10.1007/s00376-024-3221-z.
http://www.iapjournals.ac.cn/aas/article/doi/10.1007/s00376-024-3221-z
揭秘"世界屋脊"的云层奥秘：青藏高原内陆云的垂直结构探测研究
精彩看点
青藏高原素有"世界屋脊""亚洲水塔"之称，其独特的地理位置和地形特征对全球气候变化、水循环及极端天气事件具有深远影响，长期以来是气象学界关注的焦点。然而，由于其地形复杂、环境严峻，实地观测一直面临巨大挑战。
中国科学院大气物理研究所王一楠、赵薇等科研人员依托中国科学院大气物理研究所羊八井全大气层观测站，利用先进的激光雷达和Ka波段云雷达，首次对青藏高原内陆云层进行了为期一年的连续、高精度观测，实地观测统计了2021年10月至2022年9月青藏高原云的特征。
羊八井全大气层观象台
一种优越便捷的新型算法—异常检测（LevelShiftAD）被同时用于激光雷达和Ka波段云雷达的云目标识别。雷达观测反演的云与卫星风云-4和葵花-8的数据产品的对比验证了该算法的适用性。基于Ka波段云雷达观测的数据集，本研究揭露了青藏高原内陆云的垂直结构特征，为提高对青藏高原气象的认识和评估模式表征提供了重要的观测结果。
激光观测
夜幕下的羊八井
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LevelShiftAD异常检测算法应用于
激光雷达与云雷达的云识别
传统算法对激光雷达与云雷达进行云的识别需预设判别阈值或大气消光系数与后向散射之比，易引入误差且无普遍适用性。本研究采用的LevelShiftAD异常检测算法，基于主动遥感观测云的基本原理，对回波信号即廓线直接进行云识别，不存在预设比值，对激光雷达和云雷达均能有效实现云目标识别（图1）。异常检测算法的应用也为其他主动遥感仪器的反演提供新思路。激光雷达和云雷达识别的云垂直结构基本一致，与卫星风云4与葵花8的数据产品也一致（图2）。
图1 LevelShiftAD云识别流程图
图2 激光雷达与云雷达云识别结果
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青藏高原内陆云的垂直结构特征
云在全球辐射收支、水循环和大尺度环流中起着至关重要的作用。本研究基于Ka波段云雷达的云观测数据集，揭露了青藏高原内陆云的垂直结构特征。夏季和冬季的云垂直结构日变化不同。青藏高原为温带半干旱季风气候，夏季来自南印度季风的暖湿气流有利于云的形成，云发生频率在2-4 km始终维持在20%以上。夏季白天云量较高，夜间有零星增加。在水汽充足的背景下，山谷风可能是夏季云发生频率高值集中在夜间的原因。冬季，青藏高原上空的云量在下午迅速发展，夜间达到高峰，清晨消散，在上午达到最小值（图3）。
图3 青藏高原夏、冬季的云垂直结构的日变化
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未来计划
青藏高原在全球气候变化、恶劣天气事件和东亚夏季风中发挥着至关重要的作用。本研究初步揭示了青藏高原内陆云的垂直宏观特征，为促进对青藏高原气象的理解和评估模式表征提供了重要的观测结果。下一步，我们将联合羊八井全大气层观测台站更多的观测资料如太阳辐射计和高空气球等，更多地揭示青藏高原的气候特征，为中国和世界气候研究提供支持。
调试激光设备
该研究由青藏高原第二次科学考察(2019QZKK0604)和国家自然科学基金(92044303和42001294)共同资助。
主要作者介绍
赵薇（第一作者）
中国科学院大气物理研究所博士研究生。
王一楠（通讯作者）
中国科学院大气物理研究所高级工程师、羊八井全大气层观测台站站长，主要从事激光雷达遥感探测，AI方法在大气探测中应用及大气成分探测设备研制。
吕达仁
中国科学院院士，中国科学院大气物理研究所研究员。长期从事大气物理与大气探测、对地观测与卫星遥感、日地物理与全球变化研究。曾任国际气象与大气科学协会（IAMAS）执委，国际大气辐射委员会（IRC）委员，国际日地物理协会科学委员等。近年来承担科技部重大基础项目，中科院科技先导专项（应对气候变化的碳收支认证及相关问题），国家自然科学基金委重大科学仪器项目等任首席科学家。
大气科学进展
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