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南京信息工程大学夏俊荣现代大气探测学2012年9月12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。第二讲云的观测（3）知识结构2.1概述2.2云状一、低云族二、中云族三、高云族2.3云的观测一、判定云状二、估计云量三、测定云高2.4气象应用高云卷云(Ci)卷层云(Cs)卷积云(Cc)毛卷云(Cifil)密卷云(Cidens)(研修)伪卷云(Cinot)钩卷云(Ciunc)毛卷层云(Csfil)匀卷层云(Csnebu)卷积云(Cc)5000m毛卷云密卷云薄幕卷层云卷积云高云由细小的冰晶组成，云底高度通常在5000米以上。一般不产生降水，冬季北方的卷层云、密卷云偶尔也会降雪，有时可以见到雪幡高云包括：卷云、卷层云、卷积云1、卷云Ci云体具有纤维状结构，通常成白色，有柔丝般的光泽，多呈丝条状、片状、羽毛状、钩状、团状、砧状等。由冰晶组成（1）毛卷云Cifil云块很薄，呈白色，毛丝般的纤维状结构清晰，云丝分散，形状多变，日、月光透过云体地物阴影很明显毛卷云的出现预示晴天。如果毛卷云增厚，发展成卷层云，则预示将有天气系统来临，天气将有变化（2）密卷云Cidens云体较厚，薄的部分呈白色，厚的部分略有淡影，边缘毛丝般纤维结构仍较明显。云丝密集，融合成片密卷云的出现，多预示天气稳定。若演变成卷层云，则预示天气系统将来临，天气将有变化（3）伪卷云Cinot在积雨云崩溃消散时，从积雨云顶部脱离的云。云体大而厚密，常呈铁砧状（4）钩卷云Ciunc云体很薄，呈白色，云丝往往平行排列，向上的一头有小钩，很像逗号预示将有天气系统过境，将在短期内有阴雨天气。“天上钩钩云，地上雨淋淋”2、卷层云Cs云体均匀成层，透明或呈乳白色，透过云层日月轮廓清晰，地物有影，常有晕的现象出现预示将有天气系统影响本站。有“日晕三更雨，月晕午时风”的说法（1）薄幕卷层云Csnebu云体很薄而又均匀，毛丝般的纤维结构不明显，有时误认为无云，一般从是否有晕来判断（2）毛卷层云Csfil云体薄而不很均匀，毛丝般纤维结构较明显。有时很像大片薄的密卷云3、卷积云Cc云块个体很小，呈白色细鳞片状，常成行、成群排列整齐，很像微风吹拂水面而成的小波纹卷积云通常是由高空层结不稳定产生波动而形成的。如果天空以卷云为主，而又有卷云、卷层云，并有发展趋势，一般预示将有天气系统影响测站，常有阴雨或大风天气来临。谚语：“鱼鳞天，不雨也风颠”云的种类和它的分布高度相似云的判定1层积云、高积云与卷积云视角层积云5°（一臂距离，三指宽度）高积云1~5°卷积云1°相似云的判定2卷云与卷层云卷云连成片，或出现晕时，易被误认为卷层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；出现晕时，晕圈往往不完整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，常见完整的晕圈相似云的判定3卷云与高积云当能见度较差，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斜交，像是从地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，而且云的边缘较卷云光滑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4卷积云与卷云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，多数云块的视角1°；卷云的云片一般较大，其视角多1°相似云的判定5卷层云与层云黎明前后，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，低层湿度比较大，云底界线较模糊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，能见度差。而卷层云通常呈白色或略带黄色，纤维结构较明显相似云的判定6雨层云与高层云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，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，有时可隐约地分辨出日月的位置。相似云的判定7雨层云与层积云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，常降间歇性雨或雪……2.2.3形成云的基本过程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。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：一是要有水汽凝结核，二是要有水汽过饱和，二者缺一不可。大气中一般不缺乏凝结核，因此，形成云的最关键问题，还在于应有水汽的过饱和。一般来说，空气中水汽达到过饱和的方式主要有两种：（1）在空气中水汽含量不变的情况下，空气降温冷却。（2）在空气温度不变的情况下，增加水汽含量。2.2.3形成云的基本过程对云的形成来说，降温冷却过程是主要过程，靠增加空气中的水汽含量来形成云，机会极少。那么降温冷却过程有哪几种呢？１、绝热上升冷却：空气上升时会产生绝热膨胀冷却，所以，在一定的水汽条件下，只要具有充分的上升运动，就可以发生凝结。产生上升运动的原因，可以是热力的（对流运动）原因，也可以是动力的（动力抬升）原因引起。有三种上升运动，一是局地对流上升，二是大范围斜升，三是波动上升。２、混合冷却：由于乱流交换，空气产生混合，结果使一定层次内的空气温度和水汽重新分布，暖空气与冷空气混合后，其温度必然较原来的温度降低，称为混合冷却。３、辐射冷却：任何物体一方面不断吸收外界物体的辐射能量，同时又不断地向外辐射能量，当它向外辐射能量超过了它吸收的辐射能量时，本身的温度就下降，这个过程称为辐射冷却。在任何一次因冷却而形成云的过程中，有时不只是一种冷却过程在起作用。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积云地形云的形成机理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——大气层受地形扰动，达到凝结高度形成的云；——在逆温层附近上升、下沉运动产生的云；荚状云的形成机理——在局部上升和下沉气流汇合处产生的云。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，使云体形成豆荚状。——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。——冷锋下沉气流与冷锋前暖湿气流抬升作用，形成荚状云。荚状云的形成机理滚轴云荚状云背风波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，中空对流突破逆温层而形成的云。其形状好象排列的城堡——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，致使云层发生形变，象棉絮团似的不规则地分布在天空钩状云的形成机理通常出现的是钩卷云（Ciunc)，这种云的出现往往是由于冰晶云的下垂部分因高空风速有较大的垂直切变，并伴有蒸发现象而形成的由于大的水平高空风速的垂直切变意味着大的温度梯度，而大部分温度梯度往往伴随锋面，因此，成行的钩卷云连续地侵入天空，预示着未来有较大的天气变化§2.3云的观测云状观测要注意它的连续演变，从外形特征、结构、色泽、排列、高度以及伴见的天气现象着眼，通过认真细致的分析，判定云状。云状按“云状分类表”中29类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，记录的先后次序自定。无云时，云状栏空白1、判定云状2、估计云量3、测定云高云量是指云遮蔽天空视野的成数。估计云量的地点必须能见全部天空，当天空部分地为障碍物如山，房屋等所遮蔽时云量应从未被遮蔽的天空部分中估计；如果一部分天空为降水所遮蔽，这部分天空应作为被产生降水的云所遮蔽来看待1、判定云状2、估计云量3、测定云高云量观测包括总云量和低云量。总云量是指观测时天空被所有的云遮蔽的成数，低云量指天空被低云所遮蔽的成数，均记整数１、总云量的观测全天无云，总云量记0；天空完全为云所遮蔽，记10；天空完全为云所遮蔽，但只要从云隙中可见青天，则记10ˉ；云占全天十分之一，记1；云占全天十分之二，记2；其余依次类推天空有少许云，其量不到天空的十分之零点五时，总云量也记0２、低云量的观测观测低云量的方法与总云量同。全天无低云或虽有少许低云但其量不到十分之零点五时，低云量记0；天空被低云遮住一半时，低云量记5；整个天空为低云遮蔽，低云量记10；但如有云隙能见到青天或看到上层云时，低云量记10ˉ1、判定云状2、估计云量3、测定云高云底距测站地面的垂直距离称为云高。云高以米为单位，并在云高数值前加记云状。云状只记十个云属和Fc，Fs，Fn三个云类。实测云高在数值右上角记“ｓ”，估测云高不记任何符号1、判定云状2、估计云量3、测定云高１、实测云高（1）气球测定云高：是用已知升速的氢气球或氦气球，观测其进入云底（气球开始进入像雾一样的云层但未最终消失的点）的时间，乘以气球升速求得（2）云幕灯测定云高：云幕灯，是一种夜间实测云高的仪器，由光源、反光装置和支撑保护装置三部分组成。观测时，利用云幕灯灯光垂直照射云底，形成一个明显的光点，在距云幕灯已知水平距离的观测点，用仰角器瞄准光点，测得仰角值，根据直角三角形的原理，求算出云高（3）激光云高仪测云高(研修)Lidar（4）激光雷达探测云高（4）激光雷达探测云高南信大激光雷达MPL南信大MPL观测结果（5）云雷达探测云高南信大云雷达南信大云雷达观测结果（6）红外测云仪探测云高图无锡所&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(自动化)２、估测云高用目力估计，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云属常见云底高度范围(m)说明积云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600m以下；沙漠和干燥地区，有时高达3000m左右积雨云600-2000一般与积云云底相同，有时由于有降水，云底比积云低层积云600-2500当低层水汽充沛时，云底高可在600m以下。个别地区有时高达3500m左右层云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，云底较高雨层云600-2000刚由高层云变来的雨层云，云底一般较高高层云2500-4500刚由卷层云变来的高层云，有时可高达6000m左右高积云2500-4500夏季，在我国南方，有时可高达8000m左右卷云4500-10000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2000m以下卷层云4500-8000冬季在我国北方和西部高原地区，有时可低至2000m以下卷积云4500-8000有时与卷云高度相同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（1）因雪暴、雾使天空的云量、云状无法辨明时，总、低云量记10，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10，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，则按正常情况记录（2）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“-”，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，则按正常情况记录（3）几种特殊情况下云量、云状的记法举例见下表观测时天空实况有雾，整个天空可辨，有4成Actra有雾，天顶或部分天空可辨，可见Actra有雪暴，天空不明有沙尘暴，天空不明有浮尘，整个天空可辨，无云总云量为10，无缝隙。下层布满Sccug从云隙中可见上层有Ac，但类别不能确定总云量为10，无