云的观测

第二章云的观测（1）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2.5复习思考题§2.1概述云：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。有时也包含一些较大的雨滴及冰、雪粒。底部不接触地面。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。云的观测：主要是判定云状，估计云量和测定云高。观测时的注意事项：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。§2.2云状云的外行特征千变万化，形成原因各不相同，但它们又有其共同的特点。通常按云的外形特征、结构特点和云底高度，将云分为3族、10属、29类。云中云高云低云低云积云（Cu)积雨云(Cb)层积云(Sc)层云(St)雨层云(Ns)淡积云（Cuhum)碎积云(Fc)浓积云(Cucong)秃积雨云(Cbcalv)鬃积雨云(Cucap)透光层积云(Sctra)敝光层积云(Scop)积云性积云(Sccug)堡状层积云(Sccast)荚状层积云(Sclent)层云(St)碎层云(Fs)雨层云(Ns)碎雨云(Fn)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。§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10ˉ。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）激光测云仪测定云高：激光测云仪由发射望远镜、接收望远镜和电子门组成。当激光通过发射望远镜发射激光的同时由参考脉冲使电子门打开，于是计数电路就对时标脉冲计数。激光脉冲遇到云层被云滴散射，其中后向散射部分被接收望远镜接收后，通过光电转换系统指令电子门关闭，计数停止。计数电路记下从电子门开放到关闭的时间间隔，即为激光在测云仪和被测目标物之间往返一次所经过的时间，乘以光速，取一半，由测云仪的仰角读数，即可求得云高。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，无缝隙。下层布满Sctra，从云隙中可见上层有云，云状无法判定总云量/低云量4/010/1010/10-/-0/010/10-10/10-云状Actra≡ActraSccugAcSctra-高山站云的观测和记录•(1)当云底高度高于测站时，按正常情况观测记录。•(2)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“–”号。•⑶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＜0。云笼罩测站时，按雾记录，若云雾移出测站时，应按云记录。夜间云的观测•夜间云的观测，是比较困难的。要比较正确构判定夜间云。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，就可根据傍晚观测云是发展还是衰退，来决定夜间可能演变为什么云状。•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。有CS时星光模糊而均匀；有Ci时则星光有的地方模糊，有的地方明亮。夜晚天空的银河与Ci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Ci呈黑色分布很不规则，有时可以察觉其移动。•层状云（Ns，As，St）一般都遮蔽全天，看不到星光，但天空明亮程度还可以分辨出。As天空较明亮；Ns天空较暗黑，云的形体结构及碎云隐约可辨；而St则均匀低暗，使天空与地平线的交界线亦难分出。Ac与Sc云块轮廓通常可以辨认。•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Ci、Cs几乎与天空颜色很难分开。•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。•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以判断。•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，记录以“－”表示。例如云布满全天，不能确定什么云时，云量记10／一，云状记“－”。一般云的演变对流云的演变4、云状电码云的变化与天气变化有着密切的联系，为了迅速而简明报告观测的云天状况就需要编制云天状况的电码。云的编码分为ＣL、ＣM、ＣH三类，每类包括从0到9以及X共11个云码。在编码时，如果同一类电码中同时有两个电码可以选择时，按以下原则处理：（1）对未来天气变化具有指示性意义的云码，优先编报ＣL云天的指示性云天电码为3，9；ＣM云天的指示性云天电码为8；ＣH云天的指示性云天电码为5，6；（2）同一高度上出现几种云状时，一般选择量多的云编码；量相同时，一般选择电码大的云编码。低云中云高云0没有低云没有中云没有高云1淡积云和（或）碎积云透光高层云毛卷云2浓积云，可伴有淡积云或层积云，云底在同一高度上。蔽光高层云密卷云3秃积雨云，可伴有积云或层积云透光高积云，较稳定，并在同一高度上伪卷云4积云性层积云时常伴有积云变化不定的透光高积云（常呈荚状）并出现在一个或几个高度上卷云（常呈钩状）有系统地移入天空，且常常全部增厚5透光、蔽光层积云有系统地移入天空的透光高积云，常全部增厚，甚至有一部分变成蔽光高积云或双层高积云辐辏状卷云和卷层云，或只有卷层云，有系统的移入天空，且常常全部增厚，连续云幕前缘的高度角小于45°。6层云和（或）碎层云积云性高积云辐辏状卷云和卷层云，或只有卷层云，有系统的移入天空，且常常全部增厚，连续云幕前缘的高度角大于45°。7雨层云和（或）碎雨云非系统移入天空的双层高积云或蔽光高积云，量不增加；或高层云与高积云同时存在卷层云布满全天8积云和透光、蔽光层积云同时存在，此两种云的底部高度不同絮状和（或）堡状高积云、层积云卷层云，非系统移入天空或量不增加，也未布满全天9鬃积雨云，可伴有积云或碎雨云混乱天空的高积云，常在不同的高度上卷积云，可伴有卷云和(或)卷层云，但以卷积云为主云的生成，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