淺談云能天的人工觀測

（西藏那曲地區(qū)班戈縣氣象局\\西藏那曲地區(qū)氣象局\\西藏那曲地區(qū)氣象局 西藏 那曲852000）

摘要：目前我區(qū)地面氣象觀測基本上實現(xiàn)了自動化，但云、能見度和天氣現(xiàn)象（以下簡稱云能天）仍以人工觀測為主，觀測員對云能天的主觀判斷起決定因素，需要觀測員熟悉云能天的定義，掌握科學(xué)的觀測方法，并結(jié)合當(dāng)?shù)卦颇芴斓奶攸c等方面進行觀測記錄，增強對云能天人工觀測的科學(xué)性和準(zhǔn)確性，提高云能天的觀測質(zhì)量，為科學(xué)研究和氣象服務(wù)積累可信度高的資料。

關(guān)鍵詞：地面氣象觀測天氣現(xiàn)象能見度質(zhì)量

引言

云的形成和演變，是大氣中錯綜復(fù)雜的物理過程的具體表現(xiàn)之一，而大氣中這種物理過程的變化又常伴有各種天氣現(xiàn)象。能見度是大氣透明度的一種表示，也是氣團特性的要素之一，即大氣的光學(xué)狀態(tài)。云能天是人可以直接感知的，同時也是臺站預(yù)報的重要內(nèi)容。云能天對航空飛行也有著直接影響，云能天的準(zhǔn)確觀測為保障飛行安全起著不可低估的作用。因此當(dāng)前加強對云能天的觀測仍具有很重要的實際意義。本文就云能天觀測中的體會作一些總結(jié)。

1．云的觀測中注意的問題

1.1 在觀測中要將云的形態(tài)學(xué)分類和物理學(xué)分類結(jié)合起來

地面氣象觀測規(guī)范中云的定義：云是懸浮在大氣中的小水滴、過冷水滴、冰晶或它們的混合物組成的可見聚合體；有時也包含一些較大雨滴、冰粒和雪晶。其底部不接觸地面。

在實際觀測工作中，按云的外形特征、結(jié)構(gòu)特點和云底高度，將云分為三族，十屬，二十九類，即按云的形態(tài)學(xué)分類進行觀測記錄，但是單純地按這種分類觀測，在實際觀測中碰到相似的云容易發(fā)生誤記。因此要準(zhǔn)確科學(xué)地觀測云，在加強對云的連續(xù)觀測的同時，還要從云的發(fā)生發(fā)展的物理過程和大氣環(huán)流背景來綜合判斷，這樣將能更好地掌握形成云的物理原因與其形態(tài)的關(guān)系，并進行科學(xué)的觀測。

1.1.1 對流形成的云

這類云主要是積云（碎積云、淡積云、濃積云）和積雨云。這類云在高原上一年四季常出現(xiàn)，但以夏季為最多，并且發(fā)展的比較典型。在對流層中部，因空中風(fēng)速風(fēng)向隨著高度變化比較劇烈或因氣層不穩(wěn)定，引起對流而生成一些不太厚的云塊為絮狀高積云，這種云的出現(xiàn)表明它所在的高度大氣層結(jié)不是很穩(wěn)定。如果高空濕度較大，由于風(fēng)隨高度急劇變化或高空氣流輻合等而引起對流，且對流所形成的云底的溫度很低（在-15℃以下）時，就會形成卷云，卷云由冰晶組成，由于冰晶反射光線能力很強，因而成白色。產(chǎn)生對流的條件不同，形成的積云特點亦不同，熱力對流或氣流過山時產(chǎn)生的對流與山地?zé)崃α鹘Y(jié)合在一起而形成的積云，具有明顯的日變化，上午較弱，下午對流最強。入夜對流逐漸減弱以至完全停止，而鋒面引起的對流則在一天任何時候均可出現(xiàn)。

1.1.2 大范圍的規(guī)則上升運動形成的云

大范圍的規(guī)則上升運動是由大范圍空氣的水平輻合所引起，如暖鋒（緩行冷鋒）上的上升運動，氣流越山時的上升運動以及其它各種水平輻合所引起的大規(guī)模上升運動等。這種運動與對流運動的區(qū)別主要有兩點：①對流所引起的上升運動是熱力原因引起的，而大范圍的規(guī)則上升運動是動力原因引起的；②對流運動產(chǎn)生時空氣層結(jié)是不穩(wěn)定的，而大范圍的規(guī)則上升運動產(chǎn)生時空氣的溫度的層結(jié)是穩(wěn)定的。大范圍規(guī)則上升運動速度不大。潮濕空氣在這種運動作用下形成的云有卷層云、高層云和雨層云三種。這三種云的主要區(qū)別在于厚度和離地高度不同。高層云和雨層云很難區(qū)分，隨著云厚的增大，高層云由透光變?yōu)楸喂猓饾u演變成大量降水的雨層云。

1.1.3波動形成的云

波動形成的云按形成高度可分為卷積云、高積云和層積云，云中的上升速度僅次于對流云中上升速度。當(dāng)空氣中存在波動時，由波谷到波鋒空氣上升，由波鋒到波谷空氣下沉。空氣上升處如其它條件具備則會由于絕熱冷卻而形成云，空氣下沉處則無云形成。如果在波動形成之前該處已有厚度均勻的層狀云存在，則在波峰處加厚，波谷處云減薄以至消失。

1.1.4 亂流形成的云

亂流形成的包括層云、層積云和碎雨云。這類云云中的上升氣流速度很小。

以上云的分類，是從形成云時最主要的一種上升運動的不同性質(zhì)而分類的，實際上天空中出現(xiàn)的云，往往不是由單純的一種上升運動所形成的。另外，在云的發(fā)展過程中，上升運動的性質(zhì)也會有所改變。觀測員在掌握了云的物理學(xué)分類后，對云的形態(tài)觀測有很大的幫助。

1.2云狀的判定、云量的估計及其注意事項

云狀的判定，主要是根據(jù)天空中云的外形特征、結(jié)構(gòu)、色澤、排列、高度以及伴見的天氣現(xiàn)象，參照“云圖”、衛(wèi)星云圖和雷達圖等，經(jīng)過認(rèn)真細致的分析對比判定云狀，特別要注意云的連續(xù)演變過程以及云的發(fā)生發(fā)展的物理過程。

1.2.1 云狀判定應(yīng)注意的事項

①從整體上判別，防止“遠景效應(yīng)”的影響。例如：有云縫的云塊，在距離觀測者一定角度時就看不見云塊之間的間隙了；遠處高度較高（或同高）的云看起來比近處較低的云還低；平行云條有趨于地平線某一點或兩點輻合的現(xiàn)象。②確定云層透光還是蔽光，不能單從有無云縫，能否見晴天及云量的多少來判別，而應(yīng)從云的個體中間及邊緣是否透光這點出發(fā)，即使沒有云縫，但云層中個體明顯、薄的部分比較明亮，就是透光，如這類Sc tra或Ac tra布滿全天時，其云量可記10成。同理，蔽光云也不一定記10成。③根據(jù)觀測云塊的視寬度角來區(qū)分Ac與Sc時，要考慮云塊所在天空位置，一般指地平線30度以上時可用此方法。④Cb云頂未脫離母體前不能記Ci not，只能記Cb云。當(dāng)Cb云頂脫離母體時才能記Ci not。⑤夜間觀測云時，首先必須了解當(dāng)天云的演變情況和傍晚時云在天空的分布及演變趨勢，為夜間觀測打下基礎(chǔ)。入夜后更應(yīng)密切觀察云的變化。觀測前應(yīng)先到黑暗處停留一段時間，等眼睛適應(yīng)環(huán)境后再進行觀測。觀測時，可根據(jù)視覺，結(jié)合星光的疏密、清晰程度，云體的顏色、移動速度以及伴見的天氣現(xiàn)象，進行綜合分析判斷。這樣得到的觀測記錄就比較客觀可信。

1.2.2 天空狀況不明時云狀、云量的記錄

a、因雪暴、霧使天空的云量、云狀無法辨明時，總、低云量記10，云狀欄記該現(xiàn)象符號。因吹雪、霧、輕霧使天空不能完全辯明時，總、低云量記10，云狀欄記該現(xiàn)象符號和可見的云狀。雖有吹雪、霧、輕霧現(xiàn)象，但天空的云量、云狀能完全辯明時，則按正常情況記錄。b、因煙幕、霾、浮塵、沙塵暴、揚沙等視程障礙現(xiàn)象使天空云量、云狀全部或部分不明時，總、低云量記“－”，云狀欄記該現(xiàn)象符號或同時記錄可辯明部分的云狀；若透過這些天氣現(xiàn)象能完全辯明云量、云狀時，則按正常情況記錄。c、兩層以上云的記錄下層云布滿天空，從云縫中可見上層有云時，應(yīng)盡量辯認(rèn)，否則僅記云屬符號；實在不能辨別，則記“－”。

1.2.3云量觀測中應(yīng)注意的事項

① 出現(xiàn)Cs nebu、As云時，其量應(yīng)布滿全天，但當(dāng)較大范圍的系統(tǒng)云移近測站，其逐漸侵入（或逐漸移出）測站上空時，云量應(yīng)如實記載。②當(dāng)Cb云布滿全天，其下有Ac lent或Ac cug時，則記錄低云量時應(yīng)減去這部分中云量。

1.3 掌握云的生消演變的天氣背景

在自然大氣中，形成云的基本條件有三個：一是充足的水汽；二是有足夠多的凝結(jié)核；三是使空氣中的水汽凝結(jié)（或凝華）成水滴（或冰晶）時所需的足夠的冷卻。有利于滿足這些條件的天氣系統(tǒng)有：槽前和低壓前部的氣流輻合區(qū)、暖平流區(qū)、鋒上暖氣團中以及山脈的迎風(fēng)坡等，這些系統(tǒng)都有上升運動，有利于云的形成和加強。而在槽后和低壓后部、高壓區(qū)中、氣流輻散區(qū)、冷平流區(qū)以及山脈的背風(fēng)坡等區(qū)域則有下沉運動，不利于云的形成和維持。根據(jù)云的形態(tài)來識別云是觀測云的主要依據(jù)，但是結(jié)合天氣形勢進行綜合分析也是十分必要的。觀測人員平時要注意實況天氣圖與實際觀測的分析和比較，注意總結(jié)各種天氣系統(tǒng)影響下的云系演變規(guī)律，掌握云的形成和消散的原理，提高云的觀測質(zhì)量。

2．降水現(xiàn)象與云狀記錄的配合

降水現(xiàn)象是云的產(chǎn)物，不同性質(zhì)的降水常與特定的云層相聯(lián)系。因此降水現(xiàn)象必須與云狀配合，準(zhǔn)確地反映出大氣的物理變化過程。

現(xiàn)行地面氣象觀測規(guī)范中降水現(xiàn)象有11種。雨一般降自氣層較穩(wěn)定的Ns、As、Sc和Ac云中。陣雨出現(xiàn)時一般氣層不穩(wěn)定，常出現(xiàn)于Cb、Cu、Sc等積狀云層下。毛毛雨下降時氣層也是穩(wěn)定的，通常降自St和霧中。雪出現(xiàn)在氣層穩(wěn)定的Ns、As、Sc和Ac云中，冬季高原上Ci也會降雪。陣雪和陣性雨夾雪降自氣層較不穩(wěn)定的Cb、Cu、Sc云層下，雨夾雪出現(xiàn)的云層與雨一致，大氣層結(jié)更加穩(wěn)定。霰下降時常呈陣性，降自氣層較不穩(wěn)定的Cb、Sc云中，米雪下降時均勻疏緩，來自氣層穩(wěn)定的St和霧中。冰粒降自氣層穩(wěn)定的Ns、As、Sc云層中。冰雹常出現(xiàn)在夏、春、秋季氣層不穩(wěn)定的Cb云中。

在現(xiàn)象天氣現(xiàn)象編碼中非陣性降水又分為間歇性和連續(xù)性降水。一般間歇性降水多降自As和 Sc云中，降水時降時止，或降水雖未停止而強度變化卻時大時小，這些變化都很緩慢，降水停止或強度小的時間內(nèi)，天空和其它要素沒有顯著變化。連續(xù)性降水時間較長，在降水過程中強度變化很小，多降自Ns和As中。

3．現(xiàn)在天氣現(xiàn)象與能見度的配合

氣象上講的能見度是用氣象光學(xué)視程表示。地面氣象觀測中觀測的是有效水平能見度，白天能見度是指：視力正常(對比感閾為0.05)的人，在當(dāng)時天氣條件下，能夠從天空背景中看到和辨認(rèn)的目標(biāo)物(黑色、大小適度)的最大距離。夜間則選取測站周圍一定亮度的固定燈光作為目標(biāo)燈，用來估計燈光能見度，然后依據(jù)燈光強度再換算成白晝條件下的能見度。能見度的觀測可采用目測和器測。目前，基本臺站的能見度觀測都是以人工目測為主。但人工觀測的人為主觀影響大，規(guī)范性、客觀性相對較差。為了減小觀測員個人主觀性誤差，臺站要加強集體觀測。為了業(yè)務(wù)發(fā)展需要，還要設(shè)置一些合理的目標(biāo)物（目標(biāo)燈），特別是針對霾、浮塵、霧和沙塵暴的等級的詳細劃分和重要報發(fā)報需要，在5000米、1000米、500米和50米要有確定目標(biāo)物作參考。

（1）在定時觀測時，霧、輕霧、吹雪、雪暴、煙幕、霾、沙塵暴、揚沙、浮塵等視程障礙現(xiàn)象必須與能見度相配合。例如：08時定時觀測時，6時30分到7時48分有霧，7時48分后霧變薄消散，天空可辨明，實況能見度大于1.0千米，現(xiàn)在天氣編報42，但08時能見度必須記錄為小于1.0的值。

（2）降水現(xiàn)象也可使能見度變差。如果降水過程中能見度變差不是由視程障礙現(xiàn)象引起的，則不能記視程障礙現(xiàn)象，但如果能明確判斷出能見度差是由視程障礙現(xiàn)象引起的，則需同時記錄視程障礙現(xiàn)象。如有觀測員因大雨引起能見度小于1.0千米時，則同時記霧，但當(dāng)雨轉(zhuǎn)小時能見度又很好，這種記錄就不妥。又如中常或濃的毛毛雨和中常或大的雪（陣雪）單獨下降也會使能見度小于1.0千米，這時若確定沒有影響能見度的視程障礙現(xiàn)象時，則不要記錄視程障礙現(xiàn)象。

（3）重要天氣報中有關(guān)視程障礙現(xiàn)象組95vvv、957ww中能見度vvv及ww的編報規(guī)定與地面天氣報告中的及是不一樣的。95vvv組中的vvv是以米為單位編報的，而 中的是以千米為單位編報的。957ww組中ww編碼對應(yīng)4種現(xiàn)象8個電碼，其中霾和浮塵所對應(yīng)的電碼與地面天氣報中含義一致，沙塵暴對應(yīng)的電碼30、31、32和霧對應(yīng)的電碼40、41、42與地面天氣報中組的是完全不一致的。重要天氣報中ww電碼30、31、32分別指示的是沙塵暴、強沙塵暴、特強沙塵暴；40、41、42指示的是霧、濃霧、強濃霧，表示的是沙塵暴和霧的強度級別，而地面天氣報中 電碼30、31、32輕或中度沙塵暴的發(fā)展變化情況；40、41分別指的是觀測時近處有霧和散片的霧，編報這兩個電臺時能見度是不能小于1.000米，42表示觀測時的霧在過去一小時內(nèi)已變薄，天空可辨明。觀測員一定要分清重要天氣報中有關(guān)能見度與天氣現(xiàn)象的編碼與地面天氣報中區(qū)別。

結(jié)語

在云能天未實現(xiàn)自動化觀測前，目前地面氣象觀測人員在實際觀測工作中，一定要熟練掌握云能天的定義、分類和含義，理解它們之間的相互聯(lián)系，以及當(dāng)?shù)卦颇芴斓奶攸c，在觀測工作中如實科學(xué)記錄云能天等人工觀測要素，真實地反映出各種天氣背景下云能天的特點，

云要從云的形態(tài)學(xué)分類入手，懂得各種云的定義，熟記云的外形特征，另一方面要熟練掌握云的形成原理與大氣變化的關(guān)系，從而提高云的觀測質(zhì)量。在熟記業(yè)務(wù)規(guī)范的同時，還要加強對氣象學(xué)、天氣學(xué)原理等氣象基礎(chǔ)理論的學(xué)習(xí)，做到各種知識的綜合運用，這對促進地面氣象觀測有很好的作用。

參考文獻：

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