一次層狀云降水過程云底高度計算及演變規(guī)律分析

何小東 李建庭 張乃升

（中國民航西北空管局氣象中心 陜西 西安 710082）

0 引言

云底，是云的最低部分，在那里，肉眼看到的天空朦朧類型由晴空或霾的朦朧型轉(zhuǎn)變?yōu)樗位虮У碾鼥V型。云底高度是重要的云宏觀物理特征參量[1]。細(xì)致了解不同類型云以及不同動力條件下云底高度及其演變規(guī)律不僅有助于對天氣系統(tǒng)的監(jiān)測預(yù)報，有助于對全球氣候變化的研究，也有助于航空飛行的安全。

近年來，國內(nèi)外有許多學(xué)者對云底高度的獲取和確定方面做過很多研究工作[2-3]。目前為止，對云底高度的確定主要有以下五種方式，通過激光云高儀直接觀測得到云底高度[4]；利用衛(wèi)星遙感資料反演得到云底高度[5]；利用毫米波雷達或激光雷達探測云底高度[6]；通過計算的抬升凝結(jié)高度近似云底高度[7-8]；地面觀測系統(tǒng)中人工觀測方式獲得的云底高度。本文通過計算抬升凝結(jié)高度結(jié)合地面觀測資料來近似云底高度。選取2009年2月7日-9日的一次系統(tǒng)性層狀云降水過程來進行分析，研究云底高度在層狀云降水過程中的演變規(guī)律以及與降水的對應(yīng)關(guān)系。

1 天氣實況與形勢分析

2009年2月7日-9日，受弱冷空氣與弱暖濕氣流的共同影響，我國西南地區(qū)東部、華北南部、黃淮、江淮、江漢、江南西部和北部等地出現(xiàn)了一次小雨或雨夾雪天氣過程。其中陜西、山西、河北南部、山東、河南、湖北、安徽北部等氣象干旱區(qū)自西向東出現(xiàn)了一次小雨（雪）天氣過程，降水量達到5-10毫米，其中，山西南部、河南中南部、安徽北部的重旱地區(qū)的部分地區(qū)降水量達到10毫米以上，這對緩解當(dāng)?shù)睾登橛幸欢ㄗ饔谩?/p>

本次降水過程是受高原槽東移，冷空氣與暖濕空氣共同影響造成的。02月7日08時，500hPa高空圖上在高原西北部地區(qū)有一槽，引導(dǎo)冷空氣東移南下，此時850hPa在四川東北，重慶地區(qū)出現(xiàn)低渦切變，且穩(wěn)定少動，而受到高壓后部西南氣流的影響，暖濕氣流與冷空氣交匯在在陜西-河南-山東一線，形成一條切變線，它成為造成這一區(qū)域07日降水的主要系統(tǒng)，20時500hPa高原槽移至新疆東部地區(qū)，而850hPa位于四川-重慶的低渦切變北抬且加強，位于江淮流域，此時江淮流域也開始出現(xiàn)降水天氣，08日08時，高原槽東移分裂為階梯槽，一支沿內(nèi)蒙古中部-寧夏一線，而另一支位于陜西至四川一線，此時850hPa上的低渦切變位置穩(wěn)定在江漢、江淮流域附近，并且呈加強趨勢，是造成08日江淮流域降水的主要天氣系統(tǒng)，20時500hPa上的北部槽移速較慢到達山西省境內(nèi)，而南部的槽迅速南下到長江中下游地區(qū)且逐漸減弱，而此時850hPa上的切變線加強位于山東，安徽北部，河南南部地區(qū)控制著黃淮，江淮流域，而隨著09日08時500hPa高空槽以及850hPa的底槽東移入海，干旱區(qū)降水也基本結(jié)束。

2 計算及對比試驗

1）FY2C云分類分析

本次降水過程是受高原槽東移，冷空氣與暖濕空氣共同影響，是一次系統(tǒng)性的降水過程，且持續(xù)了一定的時間。首先利用FY2C云分類資料來分析造成此次降水過程的云的類型。由云分類結(jié)果可知，09年2月7日-9日我國大部分地區(qū)被低云覆蓋，因此造成這次大范圍降水過程是低云，主要是層狀云，層積云以及雨層云，降水大值區(qū)一般都發(fā)生在雨層云控制的區(qū)域內(nèi)。

2）云底高度的計算及對比分析

此次的降水過程是個大范圍的過程，為了研究這次過程中云底高度的變化情況，我們使用2009年2月7日08時至9日08時地面常規(guī)觀測資料中的溫度、地面氣壓、露點溫度來計算得到近似的云底高度。由于地面常規(guī)觀測資料時間間隔是每三小時一次，因此我們得到此次過程每三小時一次的云底高度的值，以及全國云底高度的分布情況。

將2月7日08時至9日08時1小時雨量與云底高度作比較，來分析在層狀云降水中云底高度與降水的對應(yīng)關(guān)系。因為常規(guī)地面觀測資料為3小時一次，因此我們選取7日08時至9日08時每隔3小時一次的云底高度與相對應(yīng)時刻的1小時降水量進行對比，由于此次降水過程范圍較大，涉及我國大部分地區(qū)，因此我們選取全國范圍，作降水量與云底高度圖進行對比。

由圖1得出，02月7日08時，云底高度的大值區(qū)在內(nèi)蒙古中部，東北地區(qū)東南部，四川北部以及甘肅南部等地區(qū)，而這些地區(qū)都沒有發(fā)生降水，而產(chǎn)生降水的區(qū)域云底高度一般在50至300米左右。8日14時云南、貴州、廣西、福建、遼寧、內(nèi)蒙及黑龍江東北部地區(qū)云底高度值較高，從降水量圖上可以看出這些地區(qū)都沒有產(chǎn)生降水。從以上分析可以看出，云底高度與降水量有一定的關(guān)系，當(dāng)云底高度較高時一般不會產(chǎn)生降水，而產(chǎn)生降水的區(qū)域云底高度一般在50米到300米左右。但二者也不是嚴(yán)格的對應(yīng)，在云底高度很低時則有可能降水也有可能不降水。

3 演變規(guī)律分析

圖1 2月7日08時與8日14時云底高度與1小時降水量比較圖

由云底高度的演變來看，云底高度在白天由早上8點隨著溫度的升高逐漸增大，并且在中午14點左右達到最大，17點云底高度仍然較大，但隨著溫度的降低也開始逐漸降低，到次日凌晨5點云底高度降低至最低，此后云底高度又逐漸升高。這是因為云是由于氣塊絕熱抬升并在上升過程中飽和而產(chǎn)生凝結(jié)形成的，氣塊的濕度與溫度及地面相對濕度都有很大的關(guān)系，溫度與地面相對濕度在一天中會存在上述日變化過程，因此云底高度也會隨之在一天中產(chǎn)生變化。

4 結(jié)論

本文對2009年2月7日至2月9日干旱期間的一次大范圍層狀云系統(tǒng)性天氣過程進行了分析，并且對2月7日08時與8日14時造成大范圍降水的云系類型、云底高度與地面1小時雨量進行了對比分析，并且分析了云底高度的隨時間的演變情況。

結(jié)果表明，此次大范圍降水過程主要是由層狀云，層積云以及雨層云引起的。在對層狀云云底高度與1小時雨量的對比分析中初步得出，產(chǎn)生降水的區(qū)域都是云底高度較低的區(qū)域，而云底高度相對較高的區(qū)域則不會有降水產(chǎn)生。分析得出此次層狀云降水云底高度隨時間變化的演變規(guī)律，云底高度在白天從早上逐漸增大，到中午14時左右達到最大，下午17時開始逐漸減小，至凌晨5點左右降至最低，此后又開始逐漸升高。

［1］盛裴軒，毛杰泰，李建國，等.大氣物理學(xué)[M].北京：北京大學(xué)出版社，2003：135-136.

［2］李春永.介紹一個＜=1000米的底云高預(yù)報計算公式[J].廣西氣象，1983，02：20-21.

［3］呂偉林.用公式計算對流云高[J].氣象，1980，11：9.

［4］王青梅，張以謨，等.一種便攜式激光側(cè)云儀的云底高度反演方法[J].強激光粒子束，2005.

［5］陳渭民.衛(wèi)星氣象學(xué)[M].北京：氣象出版社，2003.

［6］邱金桓，陳洪濱，王普才，等.大氣遙感研究展望[J].大氣科學(xué)，2005，29:134.

［7］山夫.計算抬升凝結(jié)高度的一個新方法[J].新疆氣象，1987，03：44.

［8］王沛霖，許麗章.抬升凝結(jié)高度的精確計算[J].中山大學(xué)學(xué)報論叢，1993，1：146-149.