Гистограммы ISCCP для восьми облачных режимов, определенных как основные компоненты облачности SHB, показаны на рис. 1(эти режимы доступны для загрузки через веб-сайт ISCCP Worldwide). Они помечены как S1 – S8 и расположены от самой низкой до самой верхней вершины облака, используя оптическую толщину в качестве вторичной классификации для режимов с аналогичной высотой. Частота появления каждого режима и общий частичный облачный покров, связанный с каждым из них, также показаны на каждой панели.
Существует два режима, в которых преобладают облака с очень низкими вершинами ниже 800 гПа (S1 и S2), три с доминирующими средними облаками между 800 и 440 гПа (S3 – S5), и три, состоящие в основном из облаков с высокими вершинами выше 440 гПа. (S6-S8). Наиболее часто встречающимся режимом является S1 с FOCC 0,37, в котором преобладает низкое облако относительно низкой оптической толщины. Общий фракционный облачный покров этого режима составляет 0,57. Наименее частый режим - S8, с FOCC 0,05, который содержит высокое, тонкое облако вблизи тропопаузы (например, тонкий перистый).
Поскольку это единственный режим, содержащий какое-либо существенное облако перистого типа, мы еще раз подчеркиваем, что облака нижнего уровня доминируют над SHB. Остальные шесть режимов происходят с частотами приблизительно от 0,07 до 0,12 и имеют высокий общий дробный облачный покров (0,87 или выше). S7 примечателен тем, что он содержит самые высокие вершины облаков с наивысшими оптическими толщинами, что согласуется с тем, что можно ожидать в тех «активных» частях циклонов средней широты, которые связаны с бурей (т.е. в областях преимущественно восходящего воздуха с частыми облаками и осадками). Отметим, что режимы качественно очень похожи на те, которые получены GN10 as были получены из наблюдений за облаками применительно к обоим полушариям средней широты.
Пространственное и сезонное распределение восьми режимов облаков ГСП показано на рис. 2, В северном SHB преобладает режим слабого облака S1, который встречается значительно чаще зимой (JJA), чем летом (DJF) и с большей южной протяженностью в течение первого. Режим S3 с низкой облачной вершиной и умеренной оптической толщиной также существует предпочтительно в северной части ГСП, но чаще встречается летом, особенно в бассейнах Индийского и Тихого океанов. На южном SHB преобладает то, что ISCCP идентифицирует как облачные режимы среднего уровня, S4 и S5. Эти режимы чаще всего встречаются вдоль циркумполярного штормового пути к югу приблизительно от 45 ° ю.ш. Самые высокие и самые толстые облака, S7, чаще всего встречаются в течение зимы, предпочитая бассейны Южной Атлантики и южной части Индийского полуострова, причем в западной и центральной частях Тихого океана они встречаются значительно реже. Эти характеристики согласуются с климатологией внетропических циклонов Simmonds и Keay (2000) и снова предлагают связь с циклонами средней широты. Наконец, мы видим, что S8, одинокий режим, в котором доминируют перистые равнины, почти исключительно обнаружен вблизи суши, особенно в летние месяцы над южной частью Африки и Австралией и к востоку от Андских гор в Южной Америке. Этот режим может быть связан с оттоком в верхней тропосфере от конвекции, возникшей на континентах, или с изолированным перистым волокном, генерируемым орографически вынужденными волнами.
Динамические свойства
Полезно объединить независимо полученную информацию об атмосферном состоянии с режимами облачности, полученными из спутниковых наблюдений, чтобы обеспечить физическую согласованность между источниками информации и сделать новые выводы о физическом контексте, в котором происходит каждый из этих режимов. Для этих целей гистограммы отобранных динамических переменных, полученных из реанализа NCEP-II, были получены путем сопоставления каждой точки данных ISCCP в дневное время между 1983 и 2008 годами (определяемой здесь на 3-часовой, а не ежедневной основе) с ближайшей переменной реанализа в пространстве и времени. Затем все переменные, представляющие интерес, составляются с помощью облачного режима ISCCP. С GN10 уже продемонстрировали полезность сортировки облачных режимов по динамическим свойствам в общем смысле, и, поскольку наша основная цель - изучение облачных и радиационных свойств, показаны результаты только для трех наиболее интересных случаев - режимов S1, S6 и S7 - здесь, чтобы продемонстрировать сходство наших режимов с вышеупомянутым исследованием. Рис.3 показывает полученные в результате распределения скорости давления 500 гПа, изменения среднего давления на уровне моря за 3 ч, тепловой адвекции 1000 гПа и меридионального ветра 1000 гПа.
Режим S7, который мы ранее определили как имеющий самые высокие и самые глубокие облака, характеризуется подъемом на среднем уровне, падением поверхностного давления и сильными северными ветрами с сопровождающей теплой адвекцией при 1000 гПа. Каждое из этих свойств согласуется с условиями, обнаруженными в теплом секторе циклона (т. е. в той части, которая находится перед холодным фронтом), что усиливает нашу связь S7 с активными участками циклонов средней широты. Режим S6, который обычно происходит к северу от S7, имеет аналогичные динамические свойства, но со средствами, немного ближе к нулю. Свойства облачности, однако, различаются: S6 имеет облака высот, аналогичные S7, но со значительно меньшей оптической толщиной. Напротив, S1 (часто встречающийся режим с низкой облачностью) и, в меньшей степени, S2 и S3 (не показаны), характеризуются слабым оседанием на среднем уровне, почти постоянным или повышающимся поверхностным давлением и южными меридиональными ветрами при 1000 гПа, что позволяет предположить, что эти режимы могут быть связаны с более благоприятными, возможно, после холодного лобного состояния. Наличие низкого, оптически тонкого облака в такой воздушной массе согласуется с нашими знаниями о структуре среднеширотных океанических циклонов, и возникновение холодной адвекции над относительно теплыми SST предполагает, что эти облака могут быть преимущественно конвективными. Используя динамический метод определения местоположения циклонов и фронтов в результатах реанализа, также обнаружили обширный облачный покров пограничного слоя в холодном секторе холодных фронтальных систем.
Вертикальное появление облаков
Чтобы исследовать вертикальную структуру облаков в восьми облачных режимах ISCCP, отдельные профили CloudSat - CALIPSO с июня 2006 г. по февраль 2008 г. были сопоставлены по времени и пространству с ближайшими наблюдениями ISCCP и отсортированы по облачному режиму. Вертикальные профили облачности, представляющие частоту облачного покрова в том виде, в каком это происходит для каждого режима,для периодов JJA (синие линии) и DJF (красные линии). Пунктирные линии показывают появление облаков при температуре 0 ° C или ниже. Это максимально возможная фракция облаков, связанная со льдом или переохлажденной водой; фактическая доля ледяных облаков, конечно, часто будет намного ниже показанного верхнего предела, особенно на малых высотах. Для оценки одновременного появления слоев облаков на разных высотах на представлена совместная диаграмма высоты-частоты облачного покрова CloudSat - CALIPSO для каждого режима облачности.