《大气探测学》课件:大气探测学2云的观测(2015).ppt
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- 大气探测学 大气 探测 课件 观测 2015
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1、第2章 云的观测知识结构知识结构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2.1 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。 云的生成,外形特征,量的多少,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分布及其
2、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。预示未来天气变化的重要征兆之一。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。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
3、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 低云云的种类和它的分布高度云的种类和它的分布高度低云积云(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 o
4、p)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高高 云云毛卷云毛卷云密卷云密卷云薄幕卷层云薄幕卷层云卷积云卷积云 高云高云 由细小的冰晶组成,云底高度通常在由细小的冰晶组成,云底高度通常在50005000米以上。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,有时可以见到雪幡降雪,有时可以见到雪幡高云包括:卷云、卷层云、卷积云高云包括:卷云、卷层云、卷积云1 1、卷云、卷云 Ci Ci 云体具有纤维状结构,通常成白色,有柔丝般
5、的光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。泽,多呈丝条状、片状、羽毛状、钩状、团状、砧状等。由冰晶组成由冰晶组成(1 1)毛卷云)毛卷云 Ci fil Ci fil 云块很薄,呈白色,毛丝般的纤维状结构清晰,云云块很薄,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,天气将有变化卷层云,则预示将有天气系统来临,天气将有变化(2 2)密卷云
6、)密卷云 Ci dens Ci dens 云体较厚,薄的部分呈白色,厚的部分略有淡影,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,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,天气将有变化则预示天气系统将来临,天气将有变化(3 3)伪卷云)伪卷云 Ci not Ci not 在积雨云崩溃消散时,从积雨云顶部脱离的云。云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,常呈铁砧状体大而厚密,常呈铁砧状(4 4)钩卷云)钩卷云 Ci
7、 unc Ci unc 云体很薄,呈白色,云丝往往平行排列,向上的一云体很薄,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。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,地上雨淋淋天上钩钩云,地上雨淋淋”2 2、卷层云、卷层云 CsCs 云体均匀成层,透明或呈乳白色,透过云层云体均匀成层,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。有预示将有天气系统影响本站。有“日晕三更日晕三更雨,月晕午时风雨,月晕午时风”的说法的说法(1 1
8、)薄幕卷层云)薄幕卷层云 Cs nebu Cs nebu 云体很薄而又均匀,毛丝般的纤维结构不明云体很薄而又均匀,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显,有时误认为无云,一般从是否有晕来判断(2 2)毛卷层云)毛卷层云 Cs fil Cs fil 云体薄而不很均匀,毛丝般纤维结构较明显。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有时很像大片薄的密卷云3 3、卷积云、卷积云 Cc Cc 云块个体很小,呈白色细鳞片状,常云块个体很小,呈白色细鳞片状,常成行、成群排列整齐,很像微风吹拂水面成行、成群排列整齐,很像微风吹拂水面而成的小波纹而成的小波纹 卷积云
9、通常是由高空层结不稳定产生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:大风天气来临。谚语:“鱼鳞天,不雨也鱼鳞天,不雨也风颠风颠”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
10、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
11、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
12、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
13、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,
14、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
15、,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,因此,形成云的最关键问题,还在于应有水汽
16、结核,因此,形成云的最关键问题,还在于应有水汽的的过饱和过饱和。v 一般来说,空气中水汽达到过饱和的方式主要有一般来说,空气中水汽达到过饱和的方式主要有两种: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v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?汽含量来形成云,机会极少。那么降温冷却过程有哪几
17、种呢?v、绝热上升冷却绝热上升冷却:空气上升时会产生绝热膨胀冷却,所以,在: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。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。v产生上升运动的原因,可以是热力的(对流运动)原因,也可以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。流上升,二是大范围斜升,三是波动上升。v、混合冷却混合冷却:由于乱流交换,空气产生混合,结果使一定层次:由
18、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。必然较原来的温度降低,称为混合冷却。 v、辐射冷却辐射冷却:任何物体一方面不断吸收外界物体的辐射能量,: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。辐射能量时,本身的温度就下降,这个过程称为辐射冷却。v在任何一次因冷却而形成云的过程中,有时在任何一次
19、因冷却而形成云的过程中,有时不只是一种不只是一种冷却过程冷却过程在起作用。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
20、产生的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
21、理滚轴云荚状云背风波云气流过山形成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
22、云(通常出现的是钩卷云(Ci unc)Ci unc),这种云的出,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,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,
23、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,通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。过认真细致的分析,判定云状。 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 云量是指云遮蔽天空视野的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成数。估计云量的地点必
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