《Atmospheric Research》：Nighttime cloud cover from multi-site observations and its relationships with ground- and satellite-based measurements
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本研究针对夜间云量观测数据匮乏且缺乏标准化协同测量的问题，建立了整合地基相机、气象参数、激光雷达云底高度及卫星数据的多站点观测框架。通过分析东亚四个站点六年的夜间云量数据，首次量化了云量与净长波辐射的关系（每增加1%云量净长波辐射增加1.778 W·m?2），揭示了云底高度对云量的影响规律（每升高1 km云量减少4.931%），为卫星验证和大气模型改进提供了关键观测约束。
夜幕降临后，云层如何影响地表温度？卫星能否准确捕捉夜间云量的动态变化？这些看似简单的问题，却是当前大气科学研究中的难点。由于缺乏长期、连续的地基观测数据，夜间云量的精确表征一直面临挑战。传统研究多依赖单一仪器或孤立站点，难以系统揭示夜间云量与大气参数的内在联系。在这一背景下，由日本九州大学Nofel Lagrosas教授牵头的研究团队，在《Atmospheric Research》发表了题为"Nighttime cloud cover from multi-site observations and its relationships with ground- and satellite-based measurements"的研究论文，通过建立东亚地区四个站点的协同观测网络，首次系统量化了夜间云量与辐射、温度等参数的定量关系。
研究团队采用标准化地基相机系统（含近红外滤光片Type A与宽波段Type B两种型号），结合气象站、激光雷达、辐射计和Himawari-8卫星数据，构建了涵盖日本千叶（CU）、台湾桃园（NCU）、日本滋贺（RISH）和富山（NITTC）的观测网络。关键技术方法包括：基于像素值阈值法的云量自动识别（通过分析晴空与全云天空图像直方图确定站点特异性阈值）、月亮信号高斯拟合去除算法（针对NCU站点受月光干扰问题）、多波段热红外卫星云检测算法（利用11.2 μm亮度温度及7.3–11.2 μm等波段组合差异识别高/中/低云），以及长波辐射与云量关系的线性建模。
4.1 站点环境对云检测阈值的影响
通过对比城市与乡村站点的图像特征，发现城市灯光显著提升云检测灵敏度。千叶和桃园站点使用Type A相机时阈值PV为17，而乡村站点富山和滋贺因天空较暗需采用更高阈值（PV=25）。Type B相机在桃园可识别PV 72-115区间的薄云，而乡村站点有效区间收窄至PV 15-30，证明城市灯光可增强薄云探测能力。
4.2 长期观测揭示云量季节规律
千叶站六年数据表明，冬季云量普遍低于50%，且与北极振荡指数（AOI）呈正相关（AOI>2时云量增加）。2019年暖冬期间云量异常偏高，证实大尺度气候振荡对区域云分布具有调控作用。夏季受太平洋暖湿气流主导，云量显著高于冬季，凸显不同季节主导因子的差异性。
4.3 站点间云量差异的气候意义
桃园站云量在10月至次年2月比千叶站高25%-75%，3月起差异缩小至25%。这种时空分异与两地气候背景密切相关：桃园受东北季风及地形影响多低云，千叶则受中纬度天气系统控制。协同观测精准捕捉到3月1日两地云量趋同的过渡日期，为区域气候对比提供新视角。
4.4 云量与长波辐射的量化关系
桃园站数据首次建立净长波辐射（Ldown-Lup）与云量的线性模型：云量每增加1%，净长波辐射增加1.778 W·m?2（R2=0.9947）。值得注意的是，云量低于10%时净长波辐射反而下降，分析表明该现象与相机未探测到的高云（如卷云）有关，通过剔除春季卷云高发期数据可消除此干扰。
4.4.1 水汽对云量-温度关系的调节
尽管云量增加会提升净长波辐射，桃园站近地表温度却随云量增加以0.00066°C/%的速率微降。与千叶冬季明显的增温效应（0.13°C/%）形成对比，归因于桃园常年高湿度环境下，水汽已充分吸收地表辐射，云层的额外保温作用被削弱。
4.4.2 双相机像素差与辐射关联
提出归一化像素差（NPD）指标，即Type B与Type A相机灰度值差与总像素之比。NPD与净长波辐射呈正相关，为缺乏辐射计站点提供替代估算方案，前提是下垫面热辐射特性与桃园站相似。
4.5 云量与云底高度的反比关系
千叶站激光雷达数据显示，云底高度（CBH）每上升1 km，云量下降4.931%。该关系为卫星云高反演算法优化提供地基验证，尤其有助于改善浅对流中液态水路径的估算偏差。
4.6 地基与卫星云量对比
Himawari-8卫星与地基相机云量存在系统性差异：当相机探测到100%低云时，卫星因空间平滑效应低估云量；而相机对高云不敏感时，卫星云量显著高于地基观测。各站点线性拟合斜率差异（桃园站最低：0.09846）反映当地主导云型的探测敏感性不同，平均绝对误差介于18.99%-25.42%之间，符合现有验证研究误差范围。
本研究通过多站点协同观测，首次系统量化了夜间云量与辐射、温度、云高等参数的定量关系，揭示了站点特异性环境因素（如城市灯光、大气湿度）对云-辐射相互作用的关键影响。所建立的标准化观测框架为拓展全球夜间云监测网络（NiCO Net）奠定方法论基础，提供的长期数据集不仅可用于卫星产品验证，还能约束大气模型中夜间云的参数化方案。未来结合云型分类算法与气溶胶-云相互作用研究，将进一步提升对夜间云气候效应的认知精度。
