现代大气探测学-第二讲-云观测(1)

1、南京信息工程大学南京信息工程大学 夏俊荣夏俊荣2011年年3月月1日日 致 谢 本课程多媒体教材是在兰州大学张文煜教授的同类教材基础之上修改完成，此外还得到了其他诸位老师的帮助，在此谨表示衷心感谢。 本课程主要目标和任务本课程主要目标和任务 掌握云、能见度、天气现象、温度、掌握云、能见度、天气现象、温度、湿度、气压、风、辐射等气象要素的观湿度、气压、风、辐射等气象要素的观测方法及常用观测仪器（表）的原理、测方法及常用观测仪器（表）的原理、读数方法，理解数据误差，了解观测仪读数方法，理解数据误差，了解观测仪器的安装方法；掌握高空气象观测的方器的安装方法；掌握高空气象观测的方法和基本内容；掌握自动

2、气象站的基本法和基本内容；掌握自动气象站的基本组成和工作原理；了解气象雷达及气象组成和工作原理；了解气象雷达及气象卫星的观测特点、基本组成和主要观测卫星的观测特点、基本组成和主要观测内容内容。第二讲 云的观测 （1） 知识结构知识结构2.1 概述概述2.2 云状云状 一、低云族一、低云族 二、中云族二、中云族 三、高云族三、高云族2.3 云的观测云的观测 一、判定云状一、判定云状 二、估计云量二、估计云量 三、测定云高三、测定云高2.4 气象应用气象应用2.5 复习思考题复习思考题2.1 概述概述 云：是悬浮在大气中的小水滴云：是悬浮在大气中的小水滴或冰晶微粒或二者混合的可见聚合体。或冰晶微粒

3、或二者混合的可见聚合体。有时也包含一些较大的雨滴及冰、雪有时也包含一些较大的雨滴及冰、雪粒。粒。底部不接触地面底部不接触地面。 云云 & & 雾？雾？ 云的生成，外形特征，量的多少，分布及云的生成，外形特征，量的多少，分布及其演变，不仅反映了当时大气的运动、稳定程其演变，不仅反映了当时大气的运动、稳定程度和水汽状况，而且也是预示未来天气变化的度和水汽状况，而且也是预示未来天气变化的重要征兆之一。重要征兆之一。 地气能量平衡地气能量平衡 航空安全航空安全 减灾防灾减灾防灾 国防安全国防安全云的观测：云的观测：主要是判定云状，估计云量和测定主要是判定云状，估计云量和测定云高。云高。

4、观测时的注意事项：观测时的注意事项：由于云总是在不停地变化由于云总是在不停地变化着，不断地生成和消散。因此，云的观测应着，不断地生成和消散。因此，云的观测应注意它的连续演变，尽量选择在能看到全部注意它的连续演变，尽量选择在能看到全部天空及地平线的开阔地点或平台上进行。天空及地平线的开阔地点或平台上进行。2.2 云状云状 云的外形特征千变万化，形成原因各不相同，云的外形特征千变万化，形成原因各不相同，但它们又有其共同的特点。但它们又有其共同的特点。 通常按云的通常按云的外形特征外形特征、结构特点结构特点和和云底高度云底高度，将云分为将云分为3 3族、族、1010属、属、2929类。类。中云高云

5、低云低云积云（Cu)积雨云(Cb)层积云(Sc)层云(St)雨层云(Ns)淡积云（Cu hum)碎积云(Fc)浓积云(Cu cong)秃积雨云(Cb calv)鬃积雨云(Cu cap)透光层积云(Sc tra)蔽光层积云(Sc op)积云性积云(Sc cug)堡状层积云(Sc cast)荚状层积云(Sc lent)层云(St)碎层云(Fs)雨层云(Ns)碎雨云(Fn) 5000 m低低 云云 低云：积云低云：积云Cu、积雨云、积雨云Cb、层积云、层积云Sc、层云层云St、雨层云、雨层云Ns。低云多由水滴组成，垂直发展旺盛的低云多由水滴组成，垂直发展旺盛的低云由水滴、过冷水滴和冰晶组成。云底低云

6、由水滴、过冷水滴和冰晶组成。云底在在2500m以下，随季节、地理纬度变化。以下，随季节、地理纬度变化。大部分低云都可能产生降水，雨层云大部分低云都可能产生降水，雨层云常有连续性降水，积雨云多阵性降水，有常有连续性降水，积雨云多阵性降水，有时降水量很大时降水量很大。 1.1.积云积云 CuCu 成因：成因：在不稳定层结的空气中，在不稳定层结的空气中，由于热力和动力产生对流作用，使由于热力和动力产生对流作用，使水汽凝结而成的云。水汽凝结而成的云。 特征：特征：生成的云体垂直向上发展；生成的云体垂直向上发展；消散时向水平方向扩展，常为分散消散时向水平方向扩展，常为分散孤立大云块。个体明显，底部较平，

7、孤立大云块。个体明显，底部较平，顶部成圆弧形或重叠的圆弧形突起。顶部成圆弧形或重叠的圆弧形突起。云块之间多不相联。云块之间多不相联。发展旺盛的积云，可降小阵雨。发展旺盛的积云，可降小阵雨。 （1 1）淡积云）淡积云 Cu humCu hum 特征：特征：云的个体不大，轮廓清晰，底部较云的个体不大，轮廓清晰，底部较平，顶部呈圆弧形凸起，垂直发展不旺盛，云平，顶部呈圆弧形凸起，垂直发展不旺盛，云底较扁平，薄的云块呈白色，厚的云块中部有底较扁平，薄的云块呈白色，厚的云块中部有淡影。分散在空中，晴天常见。淡影。分散在空中，晴天常见。 成因：成因：当大气中产生对流运动时，一部分当大气中产生对流运动时，一

8、部分空气上升，四周空气下沉补充，下沉气流区则空气上升，四周空气下沉补充，下沉气流区则因绝热增温，不会凝结成云；上升气流的水平因绝热增温，不会凝结成云；上升气流的水平范围从几十米到几千米，这种大小不等的上升范围从几十米到几千米，这种大小不等的上升气块，到达凝结高度时，便形成了许多孤立分气块，到达凝结高度时，便形成了许多孤立分散的对流单体，并形成了大小不一的积云体。散的对流单体，并形成了大小不一的积云体。 淡积云由直径淡积云由直径5-30微米的水滴组成微米的水滴组成,而北而北方和高寒地区冬季的淡积云是由冰晶组成方和高寒地区冬季的淡积云是由冰晶组成,有有时会下零星雨雪时会下零星雨雪. （2 2）碎积

9、云）碎积云 FcFc 特征：特征：破碎的不规则的积云块，个体破碎的不规则的积云块，个体不大，轮廓不完整，形态多变，多为白色不大，轮廓不完整，形态多变，多为白色碎块，往往是破碎了的或出生的积云。碎块，往往是破碎了的或出生的积云。 成因：成因：积云体的形成，开始并不很明积云体的形成，开始并不很明显，往往是边形成边消散。所以，形成了显，往往是边形成边消散。所以，形成了薄而边缘破碎的碎积云。大气中对流增强薄而边缘破碎的碎积云。大气中对流增强时，碎积云可以发展成淡积云。若有强风时，碎积云可以发展成淡积云。若有强风和湍流时，淡积云的云体会变的破碎，形和湍流时，淡积云的云体会变的破碎，形成碎积云。成碎积云。

10、 碎积云多由碎积云多由1-15微米的水滴组成微米的水滴组成.天空天空中若只有碎积云出现，且无明显发展时，中若只有碎积云出现，且无明显发展时，一般表示天气系统稳定。一般表示天气系统稳定。 （3 3）浓积云）浓积云 Cu cong Cu cong 特征：特征：云的个体高大，轮廓清晰，底部云的个体高大，轮廓清晰，底部较平、阴暗，垂直发展旺盛，垂直高度一较平、阴暗，垂直发展旺盛，垂直高度一般大于水平宽度，顶部呈圆弧形重叠凸起，般大于水平宽度，顶部呈圆弧形重叠凸起，很象花椰菜。很象花椰菜。 成因：成因：浓积云由淡积云发展而成，是浓积云由淡积云发展而成，是对流云发展的旺盛阶段。一般不产生降水，对流云发展的

11、旺盛阶段。一般不产生降水，但有时降小雨。如果在早晨有浓积云发展，但有时降小雨。如果在早晨有浓积云发展，表明大气层结不稳定，常有积雨云发展，表明大气层结不稳定，常有积雨云发展，甚至有雷阵雨产生。甚至有雷阵雨产生。 浓积云是由大小不同的水滴组成，小浓积云是由大小不同的水滴组成，小水滴直径一般为水滴直径一般为5-50微米之间；大水滴多微米之间；大水滴多出现在出现在100-200微米之间。当垂直气流很强，微米之间。当垂直气流很强，发展旺盛时，顶部温度在发展旺盛时，顶部温度在-10 C以下，可出以下，可出现霰和冰晶。有时顶部出现一条白云，叫现霰和冰晶。有时顶部出现一条白云，叫做幞状云。做幞状云。 2 2

12、、积雨云、积雨云 CbCb 特征：特征：云体庞大、浓厚，很象耸立的云体庞大、浓厚，很象耸立的高山，顶部已开始冻结，呈白色，轮廓模高山，顶部已开始冻结，呈白色，轮廓模糊，有的有毛丝般的纤维结构。云底阴暗，糊，有的有毛丝般的纤维结构。云底阴暗，气流混乱，起伏明显，有时呈悬球状结构，气流混乱，起伏明显，有时呈悬球状结构，常有雨幡下垂，或伴有碎雨云。常有雨幡下垂，或伴有碎雨云。 成因：成因：积雨云是对流云发展的极盛阶积雨云是对流云发展的极盛阶段。发展成熟的积雨云常产生较强的阵性段。发展成熟的积雨云常产生较强的阵性降水，并伴有大风、雷电等现象。有时还降水，并伴有大风、雷电等现象。有时还会降冰雹，偶尔有龙

13、卷风产生。会降冰雹，偶尔有龙卷风产生。 积雨云多由水滴、过冷水滴、冰晶、积雨云多由水滴、过冷水滴、冰晶、雪花组成，有时还包含有霰粒、冰雹。在雪花组成，有时还包含有霰粒、冰雹。在云内有强烈的上升、下沉气流区，可观测云内有强烈的上升、下沉气流区，可观测到速度为几十米到速度为几十米/秒的上升、下沉气流，并秒的上升、下沉气流，并经常出现起伏不平的云底。经常出现起伏不平的云底。（1 1）秃积雨云）秃积雨云 Cb calv Cb calv 这种云是浓积云向鬃积雨云发展的过渡这种云是浓积云向鬃积雨云发展的过渡阶段。云顶已开始冻结，云顶花椰菜形的轮阶段。云顶已开始冻结，云顶花椰菜形的轮廓渐渐模糊，丝絮状结构还

14、不太明显，云体廓渐渐模糊，丝絮状结构还不太明显，云体其余部分仍具有浓积云特征。这是积雨云的其余部分仍具有浓积云特征。这是积雨云的初始阶段，存在时间较短促。初始阶段，存在时间较短促。（2）鬃积雨云）鬃积雨云 Cb cap Cb cap 这种云是积雨云发展的成熟阶段。由秃积这种云是积雨云发展的成熟阶段。由秃积雨云发展而成。云顶白色，丝絮状结构明显，雨云发展而成。云顶白色，丝絮状结构明显，常呈马鬃状和铁砧状，底部阴暗，气流混乱。常呈马鬃状和铁砧状，底部阴暗，气流混乱。 由由淡积云淡积云浓积云浓积云秃积雨云秃积雨云鬃积雨云是对流增强时依此发展形成的为低鬃积雨云是对流增强时依此发展形成的为低空积状云的四

15、个阶段空积状云的四个阶段。当对流减弱，云内下。当对流减弱，云内下沉气流占主导作用时，云体将逐渐瓦解消散，沉气流占主导作用时，云体将逐渐瓦解消散，演变成其它的云。演变成其它的云。3 3、层积云、层积云 ScSc 特征：特征：云块较大，在厚薄、形状上有云块较大，在厚薄、形状上有很大差异，常呈灰白或灰色。薄的云可辨很大差异，常呈灰白或灰色。薄的云可辨别太阳位置，厚的云比较阴暗。云块常成别太阳位置，厚的云比较阴暗。云块常成群、成行或成波状排列。布满天空，犹如群、成行或成波状排列。布满天空，犹如大海的波涛。大海的波涛。 成因：成因：在多数情况下，层积云是由于空在多数情况下，层积云是由于空气的波状运动和湍

16、流混合作用使水汽凝结气的波状运动和湍流混合作用使水汽凝结而成。有时是由强烈的辐射冷却而形成的。而成。有时是由强烈的辐射冷却而形成的。一般表示天气稳定，若层积云逐渐加厚，一般表示天气稳定，若层积云逐渐加厚，甚至融合成层，则表示天气将有变化。低甚至融合成层，则表示天气将有变化。低而厚的层积云往往产生降水。而厚的层积云往往产生降水。 层积云厚度一般从几百米到二千米。层积云厚度一般从几百米到二千米。多由直径为多由直径为5-40微米的水滴组成。在冬季微米的水滴组成。在冬季出现的层积云也可能由冰晶、雪花组成。出现的层积云也可能由冰晶、雪花组成。 （1 1）透光层积云）透光层积云 Sc tra Sc tra

17、 特征：云块较薄、呈灰白色，排列整齐，特征：云块较薄、呈灰白色，排列整齐，云块之间常有明显缝隙，边缘比较明亮。云块之间常有明显缝隙，边缘比较明亮。（2）蔽光层积云）蔽光层积云 Sc op 云块较厚，呈暗灰色，云块之间无缝云块较厚，呈暗灰色，云块之间无缝隙，常密集成层，底部有明显的波状起伏，隙，常密集成层，底部有明显的波状起伏，常布满全天，可产生降水。常布满全天，可产生降水。（3）积云性层积云）积云性层积云 Sc cug 云块较大，呈灰白色，多为条状，顶部云块较大，呈灰白色，多为条状，顶部具有积云特征。是由衰退的积云或积雨云扩具有积云特征。是由衰退的积云或积雨云扩展而成。也可由傍晚地面湿热空气上

18、升凝结展而成。也可由傍晚地面湿热空气上升凝结而成。它的出现一般表示对流减弱，天气系而成。它的出现一般表示对流减弱，天气系统逐渐趋向稳定，但有时可降小雨。统逐渐趋向稳定，但有时可降小雨。（4 4）堡状层积云）堡状层积云 Sc cast Sc cast 云块细长，底部平整，顶部凸起，有云块细长，底部平整，顶部凸起，有垂直发展地趋势。远处看去，好象城堡垂直发展地趋势。远处看去，好象城堡或长条形锯齿。或长条形锯齿。 堡状层积云是由于较强的上升气流堡状层积云是由于较强的上升气流突破稳定层后，局部垂直发展所形成的。突破稳定层后，局部垂直发展所形成的。如果大气中对流继续增强，水汽条件也如果大气中对流继续增强

19、，水汽条件也具备，则往往预示有积雨云发展，甚至具备，则往往预示有积雨云发展，甚至有雷阵雨产生。有雷阵雨产生。（5）荚状层积云）荚状层积云 Sc lent 中间厚、边缘薄，形似豆荚、梭子状中间厚、边缘薄，形似豆荚、梭子状的云条。个体分明。在山区由于谷地聚的云条。个体分明。在山区由于谷地聚集充沛的水汽，受地形抬升作用，常常集充沛的水汽，受地形抬升作用，常常在山脊上空形成荚状云。在山脊上空形成荚状云。4 4、层云、层云 StSt(1)(1)层云层云 StSt 云体均匀成层，呈灰色，很象雾，云底很云体均匀成层，呈灰色，很象雾，云底很低，但不接触地面，一般由直径低，但不接触地面，一般由直径5-30微米的水微米的水滴或过冷水滴组成。厚度一般滴或过冷水滴组成。厚度一般400500米。米。 层云是在气层稳定的情况下，由于夜间强层云是在气层稳定的情况下，由于夜间强烈的辐射冷却或湍流混合作用使水汽凝结或由烈的辐射冷却或湍流混合作用使水汽凝结或由雾抬升而成。层云经常在日出后由于气温升高，雾抬升而成。层云经常在日出后由于气温升高，稳定层结被破坏而随之消散。有时层云也会降稳定层结被破坏而随之消散。有时层云也会降毛毛雨或米雪。毛毛雨或米雪。（2）碎层云）碎层云 Fs 云体为不规则的碎云片