现代大气探测学1-第二讲-云的观测(3)

1、南京信息工程大学南京信息工程大学 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。 第二讲 云的观测（3）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 气象应用气象应用高云高云卷云卷云(Ci)卷层云卷层云(Cs)卷积云卷积云(Cc)毛卷云毛卷云(Ci fil)密卷云密卷云(Ci dens)伪卷云伪卷云(Ci not)钩卷云钩卷云(Ci unc

2、)毛卷层云毛卷层云(Cs fil)匀卷层云匀卷层云(Cs nebu)卷积云卷积云(Cc) 5000 m毛卷云毛卷云密卷云密卷云伪卷云伪卷云钩卷云钩卷云毛卷层云毛卷层云薄幕卷层云薄幕卷层云卷积云卷积云 云的种类和它的分布高度云的种类和它的分布高度相似云的判定相似云的判定v1 层积云、高积云与卷积云层积云、高积云与卷积云v视角视角 层积云层积云 5 （一臂距离，三指宽度）（一臂距离，三指宽度）v 高积云高积云 15 v 卷积云卷积云 1 相似云的判定相似云的判定v2卷云与卷层云卷云与卷层云v卷云连成片，或出现晕时，易被误认为卷层卷云连成片，或出现晕时，易被误认为卷层云云v卷云云片即使相连，仍然能分

3、辨出个体，云卷云云片即使相连，仍然能分辨出个体，云丝方向很不一致，各部分厚度不均匀；出现丝方向很不一致，各部分厚度不均匀；出现晕时，晕圈往往不完整晕时，晕圈往往不完整v卷层云水平分布范围广，云丝方向比较一致，卷层云水平分布范围广，云丝方向比较一致，各部分厚度较均匀，常见完整的晕圈各部分厚度较均匀，常见完整的晕圈相似云的判定相似云的判定v3卷云与高积云卷云与高积云v当能见度较差，天边出现零散呈条状的卷云时，易当能见度较差，天边出现零散呈条状的卷云时，易被误认为零散的高积云。卷云云丝通常与地平线成被误认为零散的高积云。卷云云丝通常与地平线成斜交，像是从地平线上某一点发射出来的。而零散斜交，像是从地

4、平线上某一点发射出来的。而零散高积云在天边时，往往呈长条状，与地平线平行，高积云在天边时，往往呈长条状，与地平线平行，而且云的边缘较卷云光滑而且云的边缘较卷云光滑v高积云的云底较高且产生纤维状的下曳（幡）时，高积云的云底较高且产生纤维状的下曳（幡）时，易被误认为卷云。如果高积云母体尚存在，则判定易被误认为卷云。如果高积云母体尚存在，则判定为高积云；若高积云的母体消失，则判定为卷云为高积云；若高积云的母体消失，则判定为卷云相似云的判定相似云的判定v4卷积云与卷云卷积云与卷云v卷积云的云块呈絮状或堡状时，易误认为卷卷积云的云块呈絮状或堡状时，易误认为卷云。卷积云的云块一般都比较小，多数云块云。卷积

5、云的云块一般都比较小，多数云块的视角的视角 1 相似云的判定相似云的判定v5卷层云与层云卷层云与层云v黎明前后，呈灰白色的卷层云易误认为层云。卷层黎明前后，呈灰白色的卷层云易误认为层云。卷层云能看出一些纤维结构，云层亮度均一，云底界线云能看出一些纤维结构，云层亮度均一，云底界线较清楚。而层云看不出什么结构，只能看出各部分较清楚。而层云看不出什么结构，只能看出各部分明暗不一，在日出方向的部分比较明亮，低层湿度明暗不一，在日出方向的部分比较明亮，低层湿度比较大，云底界线较模糊比较大，云底界线较模糊v我国北部地区的冬季，由冰晶构成的层云出现晕时，我国北部地区的冬季，由冰晶构成的层云出现晕时，易误认为

6、卷层云。层云除了遮蔽日月的部分呈白色易误认为卷层云。层云除了遮蔽日月的部分呈白色外，其他各部分均为灰白色或灰色，低层湿度大，外，其他各部分均为灰白色或灰色，低层湿度大，能见度差。而卷层云通常呈白色或略带黄色，纤维能见度差。而卷层云通常呈白色或略带黄色，纤维结构较明显结构较明显相似云的判定相似云的判定v6雨层云与高层云雨层云与高层云v雨层云的降水强度较小或云层较薄时，易误雨层云的降水强度较小或云层较薄时，易误认为高层云。雨层云云底模糊，天地线不清，认为高层云。雨层云云底模糊，天地线不清，无法分辨日月的位置。而高层云云底界线分无法分辨日月的位置。而高层云云底界线分明，一般能清楚地看出天地线，有时可

7、隐约明，一般能清楚地看出天地线，有时可隐约地分辨出日月的位置。地分辨出日月的位置。相似云的判定相似云的判定v7雨层云与层积云雨层云与层积云v雨层云下面有大量碎雨云时，易误认为层积雨层云下面有大量碎雨云时，易误认为层积云。通过碎雨云的缝隙看雨层云的云底，没云。通过碎雨云的缝隙看雨层云的云底，没有块状个体，云层颜色阴暗，看不出日月位有块状个体，云层颜色阴暗，看不出日月位置，且常降连续性雨或雪。而层积云云底呈置，且常降连续性雨或雪。而层积云云底呈块状结构，云层透光程度差别较大，薄的部块状结构，云层透光程度差别较大，薄的部分有时可看出日月的位置，常降间歇性雨或分有时可看出日月的位置，常降间歇性雨或雪雪

8、v2.2.3 形成云的基本过程v 云的形成过程是空气中的水汽由各种原因达到过云的形成过程是空气中的水汽由各种原因达到过饱和而发生凝结或凝华的过程。饱和而发生凝结或凝华的过程。v 水汽要凝结成水滴或凝华成冰晶而形成云，必须水汽要凝结成水滴或凝华成冰晶而形成云，必须具备两个基本条件：具备两个基本条件： 一是要有水汽一是要有水汽凝结核凝结核，二是要，二是要有水汽有水汽过饱和过饱和，二者缺一不可。大气中一般不缺乏凝，二者缺一不可。大气中一般不缺乏凝结核，形成云的最关键问题，还在于应有水汽的结核，形成云的最关键问题，还在于应有水汽的过饱过饱和和。v空气中水汽达到过饱和的方式主要有两种：空气中水汽达到过饱

9、和的方式主要有两种：v （1 1）在空气中水汽含量不变的情况下，空气）在空气中水汽含量不变的情况下，空气降温降温冷却冷却。v （2 2）在空气温度不变的情况下，）在空气温度不变的情况下，增加水汽含量增加水汽含量。2.2.3 形成云的基本过程(大物 复习)v降温冷却过程有哪几种呢？降温冷却过程有哪几种呢？v、绝热上升冷却绝热上升冷却：v热力原因（对流运动）热力原因（对流运动）v动力原因（动力抬升）动力原因（动力抬升） ：三种上升运动，：三种上升运动，一是局地对流上升，二是大范围斜升，三一是局地对流上升，二是大范围斜升，三是波动上升。是波动上升。v、混合冷却混合冷却v、辐射冷却辐射冷却v有时有时不

10、只是一种不只是一种冷却过程在起作用冷却过程在起作用几种云形成的机理几种云形成的机理表面加热和自由对流 地形 空气辐合引起的大范围抬升 沿锋面的抬升 对流形成对流形成积云积云地形云的形成机理地形云的形成机理抬升作用形成的云抬升作用形成的云积雨云高积云卷层云卷云卷云卷层云高层云雨层云层云冷锋暖锋波状云的形成机理波状云的形成机理大气层受地形扰动，达到凝结高度形大气层受地形扰动，达到凝结高度形成的云；成的云；在逆温层附近上升、下沉运动产生的云；在逆温层附近上升、下沉运动产生的云；大气波动形成的云大气波动形成的云荚状云的形成机理荚状云的形成机理在局部上升和下沉气流汇合处产生的在局部上升和下沉气流汇合处产

11、生的云。在上升气流携带暖湿空气的上升过程云。在上升气流携带暖湿空气的上升过程中，遇到下沉气流的阻挡，云体不能向上中，遇到下沉气流的阻挡，云体不能向上扩展；另外，下沉气流的绝热增温使云体扩展；另外，下沉气流的绝热增温使云体的边缘发生蒸发，导致云体边缘变薄，使的边缘发生蒸发，导致云体边缘变薄，使云体形成豆荚状。云体形成豆荚状。当过山气流经过山体被抬升，而达到当过山气流经过山体被抬升，而达到凝结高度时形成的荚状云。凝结高度时形成的荚状云。冷锋下沉气流与冷锋前暖湿气流抬升冷锋下沉气流与冷锋前暖湿气流抬升作用，形成荚状云。作用，形成荚状云。荚状云的形成机理荚状云的形成机理滚轴云荚状云背风波云气流过山形成

12、的荚状云气流过山形成的荚状云堡状云和絮状云的形成机理堡状云和絮状云的形成机理 堡状云为中空对流云。在低层空气堡状云为中空对流云。在低层空气较稳定，而中空不稳定时，中空对流突破较稳定，而中空不稳定时，中空对流突破逆温层而形成的云。其形状好象排列的城逆温层而形成的云。其形状好象排列的城堡堡 絮状云的形成机理与堡状云相似，絮状云的形成机理与堡状云相似，只不过云中湍流和对流更强更普遍一些，只不过云中湍流和对流更强更普遍一些，致使云层发生形变，象棉絮团似的不规则致使云层发生形变，象棉絮团似的不规则地分布在天空地分布在天空钩状云的形成机理钩状云的形成机理 通常出现的是钩卷云（通常出现的是钩卷云（Ci un

13、c)Ci unc)，高空风速有，高空风速有较大的垂直切变，并伴有蒸发现象较大的垂直切变，并伴有蒸发现象 锋面锋面预示着未来有较大的天气变化预示着未来有较大的天气变化2.32.3云的观测云的观测 云状观测要注意它的连续演变，云状观测要注意它的连续演变，从外形特征、结构、色泽、排列、从外形特征、结构、色泽、排列、高度以及伴见的天气现象着眼，判高度以及伴见的天气现象着眼，判定云状。定云状。 云状按云状按“云状分类表云状分类表”中中2929类类云的简写字母记入观测簿。云量多云的简写字母记入观测簿。云量多的云状记在前面；量相同时，记录的云状记在前面；量相同时，记录的先后次序自定。无云时，云状栏的先后次序

14、自定。无云时，云状栏空白空白1 1、判定云状、判定云状 2 2、估计云量、估计云量 3 3、测定云高、测定云高 4 4、选定云码、选定云码 云量是指云遮蔽天空视云量是指云遮蔽天空视野的成数。当天空部分地野的成数。当天空部分地为障碍物如山，房屋等所为障碍物如山，房屋等所遮蔽时云量应从未被遮蔽遮蔽时云量应从未被遮蔽的天空部分中估计；如果的天空部分中估计；如果一部分天空为降水所遮蔽，一部分天空为降水所遮蔽，这部分天空应作为被产生这部分天空应作为被产生降水的云所遮蔽来看待降水的云所遮蔽来看待 总云量总云量 低云量低云量 云底距测站地面的垂直距离云底距测站地面的垂直距离称为云高。云高以米为单位，并称为云

15、高。云高以米为单位，并在云高数值前加记云状。云状只在云高数值前加记云状。云状只记十个云属和记十个云属和FcFc，FsFs，FnFn三个云三个云类。实测云高在数值右上角记类。实测云高在数值右上角记“”，估测云高不记任何符号，估测云高不记任何符号 、实测云高实测云高（1 1）气球测定云高气球测定云高（2 2）云幕灯测定云高云幕灯测定云高：由光源、反光装置和支撑：由光源、反光装置和支撑保护装置。保护装置。 （3）激光云高仪测云高）激光云高仪测云高Lidar（4）激光雷达探测云高）激光雷达探测云高（4）激光雷达探测云高）激光雷达探测云高南信大激光雷达南信大激光雷达MPL南信大南信大MPL观测结果观测结

16、果（5）云雷达探测云高）云雷达探测云高南信大云雷达南信大云雷达南信大云雷达观测结果南信大云雷达观测结果（6）红外测云仪探测云高）红外测云仪探测云高 图图无锡所无锡所&大气所红外测云仪大气所红外测云仪解放军理工大学红外测云仪解放军理工大学红外测云仪解放军理工大学红外测云仪解放军理工大学红外测云仪 、估测云高估测云高 用目力估计，经验公式计算或利用已知用目力估计，经验公式计算或利用已知目标物高度估测等方法估测云高目标物高度估测等方法估测云高云属云属常见云底高度常见云底高度范围范围(m)说明说明积云积云600-2000沿海及潮湿地区，或雨后初晴的潮湿地带，云底较低，有时在沿海及潮湿地区，或雨后初晴的

17、潮湿地带，云底较低，有时在600m以下；沙漠以下；沙漠和干燥地区，有时高达和干燥地区，有时高达3000m左右左右积雨云积雨云600-2000一般与积云云底相同，有时由于有降水，云底比积云低一般与积云云底相同，有时由于有降水，云底比积云低层积云层积云600-2500当低层水汽充沛时，云底高可在当低层水汽充沛时，云底高可在600m以下。个别地区有时高达以下。个别地区有时高达3500m左右左右层云层云50-800与低层湿度密切关系，湿度大时云底较低；低层湿度小时，云底较高与低层湿度密切关系，湿度大时云底较低；低层湿度小时，云底较高雨层云雨层云600-2000刚由高层云变来的雨层云，云底一般较高刚由高

18、层云变来的雨层云，云底一般较高高层云高层云2500-4500刚由卷层云变来的高层云，有时可高达刚由卷层云变来的高层云，有时可高达6000m左右左右高积云高积云2500-4500夏季，在我国南方，有时可高达夏季，在我国南方，有时可高达8000m左右左右卷云卷云4500-10000夏季，在我国南方，有时高达夏季，在我国南方，有时高达17000m；冬季在我国北方和西部高原地区可低至；冬季在我国北方和西部高原地区可低至2000m以下以下卷层云卷层云4500-8000冬季在我国北方和西部高原地区，有时可低至冬季在我国北方和西部高原地区，有时可低至2000m以下以下卷积云卷积云4500-8000有时与卷云

19、高度相同有时与卷云高度相同各云属常见云底高度范围表各云属常见云底高度范围表天空状况不明时云状、云量的记录天空状况不明时云状、云量的记录 v（1 1）因雪暴、雾使天空的云量、云状无法辨明时，总、）因雪暴、雾使天空的云量、云状无法辨明时，总、低云量记低云量记1010，云状栏记该现象符号。因吹雪、雾、轻雾，云状栏记该现象符号。因吹雪、雾、轻雾使天空的云量、云状不能完全辨明时，总、低云量记使天空的云量、云状不能完全辨明时，总、低云量记1010，云状栏记该现象符号和可见的云状。虽有吹雪、雾的现云状栏记该现象符号和可见的云状。虽有吹雪、雾的现象，但天空的云量、云状可完全辨明时，则按正常情况象，但天空的云量

20、、云状可完全辨明时，则按正常情况记录记录v（2 2）因烟幕、霾、浮尘、沙尘暴、扬沙等视程障碍现）因烟幕、霾、浮尘、沙尘暴、扬沙等视程障碍现象使天空云量、云状全部或部分不明时，总、低云量记象使天空云量、云状全部或部分不明时，总、低云量记“ - - ”，云状栏记该现象符号或同时记录可辨明部分，云状栏记该现象符号或同时记录可辨明部分的云状；若透过这些天气现象能完全辨明云量、云状时，的云状；若透过这些天气现象能完全辨明云量、云状时，则按正常情况记录则按正常情况记录v（3 3）几种特殊情况下云量、云状的记法举例见下表）几种特殊情况下云量、云状的记法举例见下表观测时观测时天空实况天空实况有雾，整个天有雾，

21、整个天空可辨，有空可辨，有4成成Ac tra有雾，天顶或有雾，天顶或部分天空可辨，部分天空可辨，可见可见Ac tra有雪暴，天有雪暴，天空不明空不明有沙尘暴，有沙尘暴，天空不明天空不明有浮尘，整有浮尘，整个天空可辨，个天空可辨，无云无云总云量为总云量为10，无缝隙。下无缝隙。下层布满层布满Sc cug从云隙从云隙中可见上层中可见上层有有Ac，但类，但类别不能确定别不能确定总云量为总云量为10，无缝隙。下无缝隙。下层布满层布满Sc tra，从云，从云隙中可见上隙中可见上层有云，云层有云，云状无法判定状无法判定总云量总云量/低云量低云量4/010/1010/10-/-0/010/10-10/10-

22、云状云状Ac traAc traSc cugAcSc tra-高山站云的观测和记录高山站云的观测和记录v(1) (1) 当云底高度高于测站时，按正常情况观测记录当云底高度高于测站时，按正常情况观测记录v(2) (2) 观测时遇有云顶低于测站的云，应在观测簿纪要栏观测时遇有云顶低于测站的云，应在观测簿纪要栏尽可能记录其云状、云量及利用已知高度的物体确定其尽可能记录其云状、云量及利用已知高度的物体确定其云顶距离测站水平线下高度。此时应对这些云的上部表云顶距离测站水平线下高度。此时应对这些云的上部表面加以简单描述，如表面是平的还是波状的，有无耸立面加以简单描述，如表面是平的还是波状的，有无耸立的积状

23、云自云层上部表面凸起等。在估计云顶低于测站的积状云自云层上部表面凸起等。在估计云顶低于测站的云量时，成层的云层为山所刺穿的部分，也应当作为的云量时，成层的云层为山所刺穿的部分，也应当作为云所遮掩来考虑。在记录云顶低于测站的高度时，应在云所遮掩来考虑。在记录云顶低于测站的高度时，应在记录前加记录前加“ ”号号v 观测时遇到云底低于测站，而云顶高于测站的云，观测时遇到云底低于测站，而云顶高于测站的云，应在观测簿纪要栏记录其云状、云量，云底高度记应在观测簿纪要栏记录其云状、云量，云底高度记0 0。云笼罩测站时，按雾记录，若云雾移出测站时，应按云云笼罩测站时，按雾记录，若云雾移出测站时，应按云记录记录

24、夜间云的观测夜间云的观测v首先必须了解当天傍晚云的发展与变化规律。如果傍晚云的性质稳定，并且首先必须了解当天傍晚云的发展与变化规律。如果傍晚云的性质稳定，并且变化不大，则夜间可能继续保持着。如果白天是对流云，就可根据傍晚观测变化不大，则夜间可能继续保持着。如果白天是对流云，就可根据傍晚观测云是发展还是衰退，来决定夜间可能演变为什么云状。云是发展还是衰退，来决定夜间可能演变为什么云状。v夜晚应在没有灯光或灯光很弱的地方进行观测。根据星光的有无与模糊程度，夜晚应在没有灯光或灯光很弱的地方进行观测。根据星光的有无与模糊程度，来确定有无云，以及什么云。高云一般都可见星光。只是模糊程度不同而已。来确定有

25、无云，以及什么云。高云一般都可见星光。只是模糊程度不同而已。有有CSCS时星光模糊而均匀；有时星光模糊而均匀；有CiCi时则星光有的地方模糊，有的地方明亮。夜晚时则星光有的地方模糊，有的地方明亮。夜晚天空的银河与天空的银河与CiCi很容易混淆，应注意。银河是白色呈带状（有时也有分枝），很容易混淆，应注意。银河是白色呈带状（有时也有分枝），横过天空。短时间内，看不出移动。而横过天空。短时间内，看不出移动。而CiCi呈黑色分布很不规则，有时可以察呈黑色分布很不规则，有时可以察觉其移动。觉其移动。v层状云（层状云（NsNs，AsAs，StSt）一般都遮蔽全天，看不到星光，但天空明亮程度还可）一般都遮

26、蔽全天，看不到星光，但天空明亮程度还可以分辨出。以分辨出。AsAs天空较明亮；天空较明亮；NsNs天空较暗黑，云的形体结构及碎云隐约可辨；天空较暗黑，云的形体结构及碎云隐约可辨；而而StSt则均匀低暗，使天空与地平线的交界线亦难分出。则均匀低暗，使天空与地平线的交界线亦难分出。AcAc与与ScSc云块轮廓通常云块轮廓通常可以辨认。可以辨认。v若地面有灯光照射时，低云一般是灰白色，云愈低颜色愈浅。中云是灰白色若地面有灯光照射时，低云一般是灰白色，云愈低颜色愈浅。中云是灰白色或黑色。高云为黑色，薄的或黑色。高云为黑色，薄的CiCi、CsCs几乎与天空颜色很难分开。几乎与天空颜色很难分开。v根据云的

27、降水性质与伴见的天气现象，也有助于夜间正确判定云状。根据云的降水性质与伴见的天气现象，也有助于夜间正确判定云状。v夜间估计云量时，视星光的能见与否及清晰程度来决定。看不见星光的那部夜间估计云量时，视星光的能见与否及清晰程度来决定。看不见星光的那部分天空作为总云量。有些薄云虽然能透过星光，但可按照星光的清晰程度加分天空作为总云量。有些薄云虽然能透过星光，但可按照星光的清晰程度加以判断。以判断。v夜间在云状、云量能完会确定的情况下，记录方法与白天相同。通常情况下夜间在云状、云量能完会确定的情况下，记录方法与白天相同。通常情况下夜间总云量都必须进行估计，由于某种原因，低云状、量不能判别时，记录夜间总

28、云量都必须进行估计，由于某种原因，低云状、量不能判别时，记录以以“ ”表示。例如云布满全天，不能确定什么云时，云量记表示。例如云布满全天，不能确定什么云时，云量记1010一，云一，云状记状记“ ”。一般云的演变一般云的演变 对流云的演变对流云的演变 云的生成，外形特征，量的多少，分云的生成，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、布及其演变，不仅反映了当时大气的运动、稳定程度和水汽状况，而且也是预示未来稳定程度和水汽状况，而且也是预示未来天气变化的重要征兆之一。正确观测分析天气变化的重要征兆之一。正确观测分析云的变化，是了解认识大气物理状况，掌云的变化，是了解认识大气物理状

29、况，掌握天气变化规律的一个重要因素。此外，握天气变化规律的一个重要因素。此外，云的观测对于保证航空飞行的安全也起着云的观测对于保证航空飞行的安全也起着重要的作用重要的作用2. 2.气象应用气象应用( (研修研修) )云也是影响大气运动和地球大气系统云也是影响大气运动和地球大气系统能量平衡的重要因素。在全球增温过程中，能量平衡的重要因素。在全球增温过程中，云对地面气候的作用也是十分重要的研究云对地面气候的作用也是十分重要的研究课题，云在大气遥感定量产品推导中，也课题，云在大气遥感定量产品推导中，也是必须考虑的因素。例如卷云可影响大气是必须考虑的因素。例如卷云可影响大气温度垂直分布的推导精度。而且，对全球温度垂直分布的推导精度。而且，对全球范围内降水地区和降水量的估计，也要依范围内降水地区和降水量的估计，也要依靠对云的观测靠对云的观测; ;气团、锋和地面低压系统气团、锋和地面低压系统的发生、发展和移动与云变化都有关系的发生、发展和移动与云变化都有关系2. 2.气象应用气象应用在航空气象上，云对飞机的飞行活动和飞在航空气象上，云对飞机的飞行活动和飞行安全有很大的影响，所以