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1、第 15 章 云的观测15.1 概述云的观测以及其底部到地表面的高度的估计或测量，对于许多用途是非常重要的，尤其对气象业 务应用非常重要。本章描述了广泛使用的方法。WMO （1975, 1987）中介绍了重要的进一步的信息， 其中包含对云的科学描绘和说明，以帮助确认云的类型。WMO（1990）给出了航空气象专业的实用 信息。15.1.1 定义云（Cloud）： 一种非常小的水滴、冰晶或两者混合的聚集体，其底部处于地面之上，限定的液体 质粒的最大直径在200 “ m左右，比这还要大的水滴形成毛毛雨或雨。除了某些罕见的类型（例如珠母云和夜光云）和偶尔出现的平流层低层的卷云以外，所有的云都 限定在对
2、流层中，它们主要是空气垂直运动的产物。诸如在对流中，在高地上受强迫抬升中，或在伴 随的低压或锋面的大尺度垂直运动中，云可能是在合适的温度递减率和湿度状况下由低空湍流或其它 次要的原因形成的。当温度低于0 C,对层状云来说，云粒子经常完全由低至-10 C的过冷水滴组成，对对流云说 可低至-25 C,当温度低于这些非常近似的限定值而仍高于大约-40 C时，许多云层为“混合”云 了，在温度范围较低的部分以冰晶为主。云量（Cloud amount）：由一种特定类型的云（部分云量）或全部类型的云（总云量）覆盖天空的 估计数量，在两者任何一种情况下，以最接近的八分量（八分之一）估算 我国采用十分量一一校注
3、 与地面相接的水滴或冰晶群体，称为雾一一校注 原文缺雨层云校注，并按最接近的八分量的 标度来报告，除了数字0和8在标度上分别为完全晴空和阴天外，其余依次按云量多少调整到最接近 的数字。云底（Cloud base）：云的最低区，在其中对遮蔽类型察觉到从相应的晴空或霾转变成相应的水滴 群或冰晶群。在云下的空气中，粒子引起的遮蔽显示出一些光谱的选择性，而在云中实际上无选择性， 这种差别是由于其所包含不同的水滴尺度。云底高定义为在地平面以上的高度，对一个航空站来说， 地面高度定义为正式的机场海拔高度。云状（Cloud type）（分类）：对云的分类有如下不同方法：（a）在WMO（1975）中，根据云的
4、基本外形特征分成10属，按需要可进一步细分为：（i）云类（云的形状和结构）（ii）云种（云的排列和透明度）（iii）辅助特征和附属云（例如：砧状、乳房状、幡状、降水性、弧状、管状、蹼状、缟状和碎 片）（iv）从母云生长出的新云种，若母云在程度上只有一小部分起变化，可称其为附属的“衍生云”； 若母云大部分或全部起变化则称“转化云”。例如：积云性层积云或层云性层积云。（b）一种根据层次高度来分类的方法一一高云，中云和低云三族，在这些层次上可出现好几种 云层。在温带地区，大致的界限是高云513km （1650045000ft）,中云，27km（650023000ft），低 云，地面以上至2km处（0
5、6500ft）；高云是卷云、卷积云和卷层云。中云是高积云和高层云（后者常伸展得较高）和雨层云（通常延伸至较高和较低），低云包括层 积云、层云、雨层云、积云和积雨云（后两种常达到中、高云的高度层）。从天气学考虑，在这后三种云族中每族又区分出九种云天类，相应的电码分别为：CH、CM和CL。H M L目的在于报告天空的云况而并非单个云状。（c）非正式的分类有：G）根据云形成的物理过程，明显地分成积状云和层状云（或“片状云”（ii）根据云的组成，分成冰晶云、水滴云和混合云。大部分这些云状都在WMO （1987）中以照片举例说明。15.1.2 单位和度量云高的测量单位是米（m）,而对某些航空应用则是英尺
6、（ft），云量的单位是八分量（okta）,意 指观测员看到天空的八分之一被云覆盖作为云量单位。15.1.3 气象要求从气象学的用途出发需要观测云量、云状和云底的高度，对天气观测来说， WMO 在 1995 年规 定了明确的代码要求。它将给出从地面以上到各高度云的状况的最佳描述。从空间对云量和温度（由 云顶的高度推断）进行观测，空间的测量也能用于跟踪云和天气的发展。为了天气学、气候学、航空学的目的制定了准确度要求，这些要求在第I编第1章已有概述，至 于云高对航空气象学的要求来说是最严格的。15.1.4 观测和测量方法15.1.4.1 云量大多数云量测量是通过目测进行的，器测方法正在发展，并且有一
7、些已用于估测低云云量的业务 应用中。目前正在研究可用于估测每层的云量和在观测点视野内总云量的方法。总云量或总的云覆盖，指天空由所有可见云覆盖的部分，因而总云量的评估，在于全部可视天空 中合在一起估计有多少被云覆盖。部分云量指由每一种云状或每一层云覆盖的天空总量，就好像天空中只有这一种云状。部分云量 的总和可以比总云量和八个八分量都多。在WMO （1995）的电码表2700中，给出了用于记录云量的度量法。把它改写成下表：电码数字0001 少于或等于1 个八分量,但不是零1/10或更小但不是零2 2 个八分量2/103/103 3 个八分量4/1044 个八分量5/1055 个八分量6/1066
8、个八分量7/108/1077 个八分量或更大,但不到 8 个八分量9/10 或更大,但并非 10/1088 个八分量10/109、天空被雾和/或其它天气现象遮蔽。 /云量难以辩认，其原因并非是雾或其它天气现象，或未进行观测。15.1.4.2 云底（高） 云底的高度借助于仪器来测量，目前器测云高已广泛地用于云高在业务上很重要的场合，然而估 测云高仍很普遍。在本章中描述了几种仪器用于常规业务：986年WMO组织了一次几种仪器的国际比对，在WMO （1988）中载有报告，内容包括有用的仪器的准确度和性能。器测云高对航空气象服务是十分普遍和重要的，在第II编第2章中进一步讨论。15.1.4.3 云状目
9、前，观测云状的唯一的方法是目测，云图指南和编码信息可从很多渠道获得，诸如WMO（1975、 1987），以及国际气象机构的出版物。15.2 云量、云高和云状的估计和观测15.2.1 进行有效的估计 用于观测云变化的地点应具备尽可能宽广的天空视野，且不应受固定照明对夜间观测的干扰。在 夜间观测时，最重要的是观测员应有足够的时间来使眼睛适应黑暗视场。当然，在估计云高时，有时会遇上很大的困难，特别在夜间，先前对云的发展过程的观测和对云 结构的一般知识的了解，将有助于观测员得出最佳的可能结果。如果能获得（关于云的）飞机报告， 也可作为参考。15.2.2 云量的估测 观测员对位于头顶和那些低仰角的云应给
10、予同等的重视，有时云的分布非常不规则，把天空用互 相垂直的两直径分成四个象限的办法是非常有用的。每个象限估测的量的总和取作整个天空的云量。当由于雾、降雪等造成看不见天空时，或由于黑暗或外来照明使观测者无法估计云量时，就报告 电码数字为9。在没有月亮的夜晚，通过参考天空中星体是否闪烁或完全被云所掩及的比例，尽管接 近地平的星体会被烟霾所遮挡，通常仍应有可能估计出总云量。观测员也必须估测部分云量。有时，较高的云层会部分地被较低的云遮挡，此时，较高云层伸展 的范围，在白天可以通过短时间注视天空而较有把握地作出估测，较低云层相对较高云层的运动可揭 示出较高云层是否完全覆盖天空或仍有间隙。值得注意的是每
11、种不同云状的云量估测与总云量的估测是分别独立地进行的，部分云量分别估测 的总和经常超出总云量和8个八分量。15.2.3 云高的估计在没有配备测量设备的气象站，云高只能估计。在山区，任何比气象站周围的山峰低的云底的高 度都可以通过与该地区等高线地图上标出地形特征的高度相比较而得出。用一个图详细标出山峰和陆 地标志的高度和方位，作为永久性的指标对估计云高是很有用的。基于透视(原理)，云好象静止在 遥远的山上，观测员无需假设它反映云在观测地点上方的高度。在所有情况下，观测员必须根据云的 形状和外观作出判断。适合于温带地区各云属其地面以上云底高度的范围，在下表中给出，并可用作海拔高度不超过 150m
12、(500ft)的站参考。对于观测点位于相当大的海拔高度，或观测站在山止，位于气象站上空的 低云云底的高度通常偏低。温带地区地面以上各层云的云底高度云属通常云底高度范围*(m)(ft)有时观测到较宽的云底高度范围，或 其它说明(m)(ft.)低云 层云 层积云 积云 积雨云中云 雨层云 高层云 咼积云高云 卷云 卷层云 卷积云地表以上一600300135030015006001500(km)地表以上一326612地表以上一2000100045001000500020005000地表以上一100006500200002000040000地表以上-1200地表以上-40003002000100065
13、00300200010006500300200010006500从天气角度考虑雨层云属于中云，尽 管它可延伸到其它层次。高层云可能 变厚而云底不断降低变成雨层云。从消散中的积雨云转化而成的卷云 在冬季可出现在6km(20000ft)以下。卷层云可发展成高层云。*对于海拔超过150m(500ft)的站，低云的云底通常偏低。在其它气候区域，特别在干燥的热带条件下，云高可明显偏离于表中给定的范围。这类差异对云 的分类产生疑问，并增加了云高估测的难度。例如，显著对流起源的热带积云，报告其云底远高于 2400m (8000ft),甚至高达3600m (12000ft),并已由飞行观测确认。在这种情况下，
14、值得注意的是 地面观测员对云高的经常性的低估达到非常严重的程度。此类低估源于两个因素：既因为观测员认为 积云是一种低云，其云底高度应低于2000m(6500ft)，而且经常低于1500m(5000ft)，也因为大气状况 和云的外形结合在一起可能产生一种视错觉。当夜晚直接估测云高时，成功主要取决于对云地外形的正确判断。一般气象知识和紧密监视天气 对于判断云底高度是否无明显变化或已升高或降低是非常重要的。最困难的情况发生在当一大片高层 云在夜间覆盖天空时，此时需要特别的仔细和丰富的经验。任何一大片这种逐渐降低的云层可能很难 察觉，但是当它降低时，云底极少能保持均匀，而且经常总能分辨出小的反差，除非
15、是在黑夜。15.3 云量的仪器测量尚无完全令人满意的地基业务性传感器用于测量总云量。从空载可见光波段的辐射仪，辅以红外 图像的测量方法，可用来估测大范围的云量，尽管经常出现困难，例如，不能区分云和雾。对位于云 幕仪测量范围内的低云量可以估测，即通过对精心确认的云层所占用时间的比率进行测量，并假设这 些时间的平均结果代表测量周围的空间状况。从天气学角度来说，在很多情况下这种方法是令人满意 的。但对机场观测而言，在估测机场上的云量时，它可能导致明显的误差。对于美国的一些自动气象 站，已经提出一种“群集”方法处理云幕仪的资料。15.4 用探照灯测量云高15.4.1 测量方法如图 15.1所示，在此方法中，通过从远处某点上的测高仪测量垂直指向的探照灯(我国常称为云幕灯一一译注)光束在云底上形成的光斑得到仰角E,若L是以米(英尺)为单位表示的探照灯与 观测点之间已知的水平距离，则观测点上方云底的高度H (以米或英尺来表示)就可得出：H=L tanE。探照灯和观测点之间的最佳距离为300米(1000ft),若间距远大于此值，则光斑不易识别；如果 太近，则测量高度在超过600m (2000ft)后其准确度将降低。通常可以接受的
