摘要：云垂直结构（CVS）对大气环流和辐射传输有着显著影响。然而，尽管青藏高原在全球气候中扮演着至关重要的角色，但该地区长期地面观测数据却相对稀缺。本研究利用2021年10月至2022年9月在青藏高原羊八井（YBJ）进行的地面激光雷达和Ka波段云剖面雷达（KaCR）测量，以表征云层特性。我们提出了一种性能良好的新型异常检测算法（LevelShiftAD），用于激光雷达和KaCR剖面，以识别云层边界。从KaCR和激光雷达观测中获取的云底高度（CBH）显示出良好的一致性，相关系数为0.78，平均差为-0.06公里。从KaCR获取的云顶高度（CTH）与风云四号A和葵花八号产品高度匹配。因此，KaCR测量数据成为研究青藏高原云垂直结构的主要数据集。夏季和冬季的日变化周期有所不同。夏季的日变化周期表现为下午云出现频率显著增加，而冬季则表现为清晨云出现频率减少，但全天云量保持较高，夏季夜间云量有零星增加。夏季云层出现频率更高，几何厚度更大，多层比例更高，云间间距更大。约26%的云底出现在0.5公里以下。冬季云底高度呈现双峰分布，峰值位于0-0.5公里和2-2.5公里，羊八井地区以单层和几何薄云为主。
研究方法
依托中国科学院大气物理研究所羊八井全大气层观象台，实现了新一代双偏振Ka波段云雷达与多波长拉曼-米散射激光雷达的协同观测，首次对青藏高原内陆云层进行了为期一年的连续、高精度探测，实地观测统计了2021年10月至2022年9月青藏高原云垂直结构特征。
研究成果团队创新性地将深度学习与传统阈值法相结合，开发了适用于高原复杂环境的LevelShiftAD云检测算法，实现了激光雷达和Ka波段云雷达的协同云检测。通过与风云-4号和葵花-8号卫星云产品的交叉验证，证实了该算法在复杂地形、强背景噪声条件下的可靠性。基于Ka波段云雷达观测的数据集，研究揭示了青藏高原内陆云的垂直结构特征，为理解高原气候系统和改进数值模式的云物理参数化方案提供了重要观测结果。
主要成果
文章信息：
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。
论文信息：Citation: 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., doi: 10.1007/s00376-024- 3221-z.