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对流层低层冰云的温度和含量研究

极地云系是控制气候变化的关键组成部分之一，对海冰分布、对流层低层稳定性和大气环流极其敏感。人们对南极洲、南大洋(SO)和南半球整个高纬度地区的云进行了大量的研究。本文着眼于佐藤和井上。的研究论文发表在《地球物理研究快报．

云,

图片来源:papa studio/Shutterstock.com

SO上空的总云量往往大于南极洲上空的总云量，甚至向极向60°S，最常见的类型是低层云(基高<2.0 km)。秋冬季，随着海冰浓度(SIC)的增加，低层过冷液态水云的形成减少。而在夏季，开阔水域和海冰区低层云量没有差异。

这一现象表明海冰的变化并不影响云的性质。此外，环流模拟和再分析资料低估了SO上空2km以下低层云的出现频率。

因此，本研究利用云-气溶胶激光雷达和红外探路者卫星观测(CALIPSO)数据调查了SO和南极洲对流层冰云的比例和温度。该研究还为SO上空对流层低层冰云分数与浮游植物数量之间的联系提供了见解。

方法

CALIPSO卫星配备了具有正交偏振(CALIOP)仪器的云-气溶胶激光雷达，以高垂直分辨率测量后向散射剖面。测量细节可以用来预测云的特性。这颗卫星的数据被JAXA EarthCARE项目用于开发水平分辨率为240米的云数据集。

云粒子有七种类型——过冷水、温水、随机定向冰晶(3D冰)、水平定向板(2D板)、3D冰和2D板的混合物、未知1(可能是水平定向板的冰晶，具有微弱的镜面反射)和未知2(随机定向冰晶或液滴)。

云层和地球辐射能系统-能量平衡和填充数据用于评估向下短波和长波辐射。利用MODIS-Aqua卫星月平均叶绿素-α浓度数据分析了南海浮游植物的存在。

当海冰地区的叶绿素-α浓度相对较低(高)时，离水辐亮度的误差可能导致对某些像素的每日叶绿素-α浓度的高估(低估)。这个问题通过平均每月数据来解决。

从哈德利中心海冰和海面温度(HadISST)数据集获得的数据用于区分开阔水域和海冰区域。利用SST - sic统计关系计算海冰区域的SST。

来自欧洲中期天气预报中心的ERA5月平均数据用于大气参数(10米风速、2米气温和感热通量)。采用10集合均值数据来降低ERA5数据中的参数不确定性。

结果

图1 - 1d显示冰云比例的季节性分布(F冰)在南极洲和SO上空8公里以下。从图1d可以清楚地看出F冰在南极和SO地区冬季最高，而F冰春季和秋季的气温相似(见图1a和1c)。如图1b所示，在夏季，F冰由于气温升高，比冬天小。

2006-2015年冰云占总云比例(Fice: %):(a)春季(SON)， (b)夏季(DJF)， (c)秋季(MAM)， (d)冬季(JJA)。(e-h)的季节范围与(a-d)相同，但描述的是叶绿素数据(mg/m2)。

图1所示。冰云的比例相对于总云的比例(F冰: %):(a)春季(SON)， (b)夏季(DJF)， (c)秋季(MAM)， (d)冬季(JJA)。(e-h)的季节范围与(a-d)相同，但描述的是叶绿素数据(mg/m)2)．图片来源:Sato & Inoue, 2021年

图2a和2d显示了高层F冰在SO和南极洲上空没有季节性的变化，因为所有的液体云滴在对流层上部极冷的条件下往往会结冰。相比之下，季节变化明显F冰可以在低层和中层看到(见图2b和2c)。图2e和2f说明，在冬季，寒冷条件下的发病率最高F冰在SO和南极洲的这个高度。

2006-2015年，南极(红色:南纬60°)和南大洋(蓝色:南纬50°)上空冰云相对于总云的月平均比例(Fice: %)平均超过0°-360°E:(a)高层(>6千米)，(b)中层(2 - 6千米)，(c)低层(<2千米)。阴影表示2006-2015年期间每月遇到的最小值和最大值之间的振幅。(d-f)与(a-c)相同，但表示有冰云时的温度(°C)。．

图2。月平均冰云占总云的比例(F冰: %)在南极洲(红色:南纬60°)和南大洋(蓝色:南纬50°)的平均0°-360°E:(a)高海拔(>6公里)，(b)中海拔(2 - 6公里)，(c)低海拔(<2公里)2006-2015年。阴影表示2006-2015年期间每月遇到的最小值和最大值之间的振幅。(d-f)与(a-c)相同，但表示有冰云时的温度(°C)。．图片来源:Sato & Inoue, 2021年

如图3所示，SO被划分为三个区域(大西洋、印度和太平洋扇区;参见图1a)来研究纬向平均低空云F冰在南极洲和SO(向极50°S)的不同温度和间隔的2.5°C，作为夏季和冬季纬度的函数。

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在冬天，最高F冰在极冷的温度下，所有地区上空的低层云(见图3a-3c)。相反，在夏季，所有地区的冰云在温度大于- 35°C时形成(见图3d-3f)。

平均低层冰云比例相对于总云(Fice: %)的纬度和云温度的依赖性:(a) 2006-2015年南方冬季南大洋的印度洋区、(b)太平洋区和(c)大西洋区。轮廓(1,000、5,000、10,000、50,000、100,000和200,000)显示了尼斯和Nwater的数字。(d-f)与(a-c)相同，但在南方夏季。)．

图3。平均低层冰云比例相对于总云(F冰: %):(a) 2006-2015年南方冬季南大洋的印度洋、太平洋和大西洋扇区。等高线(1,000,5,000,10,000,50,000,100,000,200,000)表示N的数字冰和N水．(d-f)与(a-c)相同，但在南方夏季。)．图片来源:Sato & Inoue, 2021年

如图4f-4h所示，夏季温度较高时(−7.5°C至0°C)， SO扇区的近海岸南极地区低层云均表现出较高的水平F冰比海洋上的还要多。此外，在有海冰的高纬度地区，叶绿素-α的浓度高于开放水域(见图4i)。

在大西洋和太平洋上空ASE指数较低的情况下，靠近南极沿海地区的高AOD表明来自低纬度的气溶胶的输送。因此，从高纬度海洋释放的海洋生物气溶胶可能会增加高低层云F冰(见图4g和图4h)。

2006-2015年南方冬季(a)印度洋、(b)太平洋和(C)南大洋大西洋扇区的所有气溶胶(等高线)在较高温度(-17.5°C至-10°C)下相对于总云(Fice)的平均低层冰云分数作为纬度和ASE指数(阴影:%)的函数的依赖关系。值为各地区暖期月平均Fice与ASE指数的相关系数。(d)叶绿素浓度(mg/m2)和(e)海冰浓度(SIC: %)作为南大洋印度洋(蓝色)、太平洋(红色)和大西洋(绿色)扇区平均纬度的函数。数值为各地区高温月平均Fice与各参数之间的相关系数。(f-j)与(a-e)相同，但适用于南方夏季温度较高(-7.5°C至0°C)的Fice。

图4。平均低层冰云分数相对于总云的依赖性(F冰)，作为纬度和ASE指数(阴影:%)的函数，2006-2015年南方冬季(a)南大洋的(a)印度洋、(b)太平洋和(C)大西洋扇区的所有气溶胶(等高线)的气溶胶光学深度平均值。值为月平均F之间的相关系数冰和ASE指数。(d)叶绿素浓度(mg/m2)和(e)海冰浓度(SIC: %)作为南大洋印度洋(蓝色)、太平洋(红色)和大西洋(绿色)区平均纬度的函数。值为月平均F之间的相关系数冰在更高的温度下，每个区域的每个参数。(F - j)与(a-e)相同，但为F冰在南方夏季更高的温度(−7.5°C至0°C)。图片来源:Sato & Inoue, 2021年

结论

季节性的变化F冰在低层和中层从冬季极大值和夏季极小值进行观测。的F冰南极在冬季最高。相比之下,F冰在ASE指数较高的条件下，在- 17.5°C到- 10°C的温度范围内，特别是在南极近海岸地区，其强度相对较大。

对流层总量的变化F冰由于光学冰云的厚度小于水云的厚度，影响面长波/短波辐射收支平衡。冰晶和水云水滴大小的分布对向外的太阳辐射有影响，但认为相对较小的对流层水云总含量是这些地区太阳辐射反射减少的主要原因。

在夏季，通过冰云-生物气溶胶的正反馈，地表入射短波辐射增加，导致冰云形成增加的生物气溶胶数量增加。扩大的无冰海洋具有较高的海浪条件，也有利于增加海雾的产生，促进海洋气溶胶在所有季节排放到大气中。

期刊引用:

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劳拉·汤姆森

写的

劳拉·汤姆森

劳拉·汤姆森毕业于曼彻斯特城市大学，获得英语和社会学学位。在她的学习期间，劳拉做了一名校对员，并继续做全职工作，直到后来成为一家领先的分析和媒体公司的网站编辑。在她的业余时间，劳拉喜欢阅读一系列的书和写历史小说。她还喜欢看世界上新的地方，很多周末都在照顾狗狗。

引用

请使用以下格式之一在你的文章、论文或报告中引用这篇文章:

  • 美国心理学协会

    汤姆森,劳拉。(2021年12月16日)。对流层低层冰云的温度和含量研究。AZoCleantech。于2022年5月28日从//www.polystomper.com/article.aspx?ArticleID=1390检索。

  • MLA

    汤姆森,劳拉。“研究对流层下部冰云的温度和比例”。AZoCleantech．2022年5月28日。< //www.polystomper.com/article.aspx?ArticleID=1390 >。

  • 芝加哥

    汤姆森,劳拉。“研究对流层下部冰云的温度和比例”。AZoCleantech。//www.polystomper.com/article.aspx?ArticleID=1390。(访问2022年5月28日)。

  • 哈佛大学

    汤姆森,劳拉。2021。对流层低层冰云的温度和含量研究．AZoCleantech，查看2022年5月28日，//www.polystomper.com/article.aspx?ArticleID=1390。

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