低云在不同季節(jié)對東海黑潮海洋鋒響應的個例研究*

楊 爽，劉敬武，張?zhí)K平

（中國海洋大學物理海洋教育部重點實驗室 海洋－大氣相互作用與氣候山東省高校重點實驗室，山東 青島 266100）

東海是世界上最大的陸架海之一，是中國海上運輸?shù)闹饕ǖ馈：诔笔桥c大西洋墨西哥灣流對應的、太平洋強大的西邊界暖流，它起源于菲律賓以東的北赤道流，緊貼中國臺灣東部進入東海，帶來熱帶的暖水，具有流速強、流量大、流幅窄、高溫高鹽等特征，對東亞乃至全球的氣候有重要影響［1－2］。徐蜜蜜和徐海明等人通過衛(wèi)星觀測和再分析資料，發(fā)現(xiàn)春季東海海洋鋒可以通過影響兩側邊界層大氣的穩(wěn)定度和垂直混合的強弱，對附近的總降水、對流、層云降水均有影響［3-4］。

低云比海表面反射率高，可以有效減少海洋接收到的凈輻射，從而影響海表面和大氣頂部的能量收支，故在全球氣候系統(tǒng)中很重要［5－7］。前人研究表明，海洋鋒能夠通過改變海洋上空的大氣邊界層（MABL）結構影響低云性質(zhì)。Linzen和Nigam提出海平面氣壓調(diào)整機制［8］，高海溫區(qū)海表面氣壓降低，風場輻合；反之，低海溫區(qū)海表面氣壓升高，風場輻散，從而在MABL內(nèi)產(chǎn)生次級環(huán)流，影響海洋鋒兩側云高、云狀［9－10］。Xie等發(fā)現(xiàn)冬季在黑潮海洋鋒暖側，海表面風輻合，風速大，且云頻增加［11］。Tokinaga等利用船測資料刻畫了黑潮延伸體區(qū)域低云的結構，發(fā)現(xiàn)在海洋鋒兩側MABL結構和低云均有突變，在冬季海洋鋒南側釋放強烈的湍流熱量，其影響甚至可以穿透MABL達到對流層中層［12］。以上海上云層研究數(shù)據(jù)主要來自出海觀測和衛(wèi)星資料，海上觀測數(shù)據(jù)由于受到航線和時間的限制，無法長時間、大范圍地描述云層特征；所用衛(wèi)星數(shù)據(jù)空間分辨率較低，且通過亮溫計算的云高并不精確，無法清楚看到海洋鋒上空云垂直結構的變化，從而使我們對低云形成機制的認識非常有限。

由美國國家宇航局NASA于2006年4月發(fā)射的CALIPSO（Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observations）太陽同步衛(wèi)星，可以通過激光雷達的后向散射強度直接測得云頂高度，且空間分辨率高，水平分辨率達到333m。Patrick等利用CALIPSO資料估測光學厚云的云頂高度，并證明了CALIPSO通過激光雷達直接獲得云頂高度、云垂直結構的準確性［13］。Stein等運用CloudSat和CALIPSO 4年的數(shù)據(jù)分析了西非季風的不同種類云的垂直結構［14］。通過該衛(wèi)星可以看到云層在海洋鋒附近的變化。Liu等利用CALIPSO數(shù)據(jù)分析了低云對灣流鋒的響應，發(fā)現(xiàn)海洋鋒暖側低云頂比冷側抬升500m，低云的相態(tài)也受到鋒面的影響［15］。在冬季，海洋向大氣的潛熱和感熱通量增加，海氣界面不穩(wěn)定，出現(xiàn)層積云頻率較多［9，16］；春夏季海氣界面較為穩(wěn)定［12］，抑制湍流通量，邊界層高度較低，是層云和海霧的高發(fā)時期［17］，且二者關系密切，在某些條件下可以轉化［18］；秋季一般低云較少［19］。

前人研究很少有對海洋性邊界層云進行多方位立體觀測，對云的垂直結構和對應的邊界層結構缺乏認識。本文利用高分辨率的CALIPSO衛(wèi)星數(shù)據(jù)，通過不同季節(jié)的個例研究，探究冬季、春季和夏季不同種類的低云對東海黑潮海洋鋒（以下簡稱黑潮鋒）響應的特征，加深對不同季節(jié)海洋鋒上空低云變化的物理機制的理解。本文將低云定義為云頂高度低于4km的云，秋季由于云量較少，暫不予以討論。

1 資料和方法

本文使用的資料主要有：（1）CALIPSO衛(wèi)星資料，該衛(wèi)星由美國國家宇航局NASA于2006年4月發(fā)射，沿太陽同步軌道運行，每16天為一個周期。水平分辨率為333m，垂直分辨率可達30m，可提供后向散射強度系數(shù)、云頂/底高度等信息；（2）MODIS（Moderateresolution Imaging Spectroradiometer）衛(wèi)星云圖，該衛(wèi)星與CALIPSO同屬于A-Train衛(wèi)星群，且與CALIPSO幾乎同時經(jīng)過黃東海區(qū)域，故可反映CALIPSO經(jīng)過時的云圖信息。（3）MTSAT靜止氣象衛(wèi)星可見光云圖，由日本氣象廳（JMA）提供；（4）ERA-Interim 再分析資料，由ECMWF（European Centre for Mediumrange Weather Forecasts）提供的最新全球大氣再分析資料，水平分辨率為0.75°，500hPa以下共16層；（5）OISST海表面溫度數(shù)據(jù)，由美國國家海洋和大氣管理局NOAA（National Oceanic and Atmospheric Administration）提供，選用日平均資料，分辨率達0.25°；（6）美國懷俄明大學網(wǎng)站提供的探空資料，主要分析個例中溫度、位溫以及相對濕度隨高度的變化；（7）由青島氣象臺提供的GFE（L）型二次測風雷達和GTS1型數(shù)字式探空儀數(shù)據(jù)，站點高度海拔75m；（8）中國氣象局提供的地面站觀測資料，包括低云量、高低云狀、風速風向、天氣現(xiàn)象等。

Wood等提出EIS（Estimated Inversion Strength）可表示低層穩(wěn)定度，在氣候態(tài)上與低云相關性比LTS（Lower-Troposphere Stability）更 好［20］。 計 算 公 式：EIS＝LTS－Г850m（Z700－LCL）。其中：LTS＝θ700－θ0；Г表示濕絕熱位溫梯度；Z700表示700hPa所在高度；LCL表示抬升凝結高度。EIS值越大表示MABL越穩(wěn)定。本文通過在個例中計算EIS，探究它對低云個例是否有很好響應。用歐洲中心06UTC的再分析資料計算。

本文結合天氣圖和云圖來判斷云類，在冬、春、夏季分別選取了典型個例，分析不同季節(jié)邊界層結構與云狀態(tài)的關系。

2 冬季層積云個例

2.1 觀測分析

層積云一般發(fā)生在中緯度和東亞熱帶地區(qū)，MABL混合較好，且上面有較強逆溫［7］。本次個例中，高空黃東海區(qū)域位于東亞大槽后部（圖略），槽后下沉氣流有利于海洋大氣邊界層（MABL）中逆溫層的形成。由圖1（a）中黑色橢圓區(qū)域的云狀信息，結合MODIS觀測（見圖1（b）），可以確定黃東海區(qū)域上空無中高云，低云狀為層積云，且位于地面高壓中心附近及其北側。海面及長江口沿海測站為偏北風，風速較小；中國東部陸地上為偏南風。海洋鋒位于28°N，126°E附近，CALIPSO恰好貫穿層積云區(qū)域，且跨越海洋鋒（見圖1（c））。

圖1 2009年1月15日冬季層積云個例Fig.1 Stratocumulus case during spring on 15Jan 2009

圖2為2009年1月15日沿CALIPSO軌跡的各要素變化。后向散射強度系數(shù)屬于CALIPSO衛(wèi)星一級數(shù)據(jù)，其突然增大的地方表示可能有云層出現(xiàn)，經(jīng)過反演得到云頂高度等2級數(shù)據(jù)，圖2（a）中用粉色散點表示。可以看出20°N～37°N均為層積云，云頂高度位于1.2～2.5km，自北向南逐漸抬升。經(jīng)過海洋鋒（28°N）時，海氣溫差達到最大，云頂、底高度突然升高。在33°N附近，SST梯度也較大，海氣溫差增加，達到第二大極值，該處云頂、底高度也有較小幅度的突變（見圖2（a）、（d））。冬季氣溫低，海氣溫差為正，海氣界面不穩(wěn)定，邊界層底部混合較好（見圖2（b））。36°N以南均為北風，由于地面高壓系統(tǒng)的影響，西北風向南逐漸轉成東北風，經(jīng)向風速維持在8m/s左右（見圖2（c））。EIS大體上呈向南減小趨勢，在海洋鋒南北兩側有顯著差別，北側更加穩(wěn)定。

圖2 2009年1月15日沿CALIPSO軌跡的各要素變化Fig.2 Variables along the CALIPSO track on 15Jan 2009

中緯度地區(qū)冬季氣溫低，海面向大氣輸送的熱通量大，邊界層垂直混合較好，MABL高度較高，層積云出現(xiàn)頻率多。層積云屬于低云，但高度相對較高，經(jīng)常大片地出現(xiàn)，在可見光云圖中呈絮狀。個例中層積云位于高壓中心附近，地面偏北風，風速較小，海洋鋒位于28°N附近，CALIPSO恰好貫穿層積云區(qū)域，且跨越海洋鋒。

2.2 MABL垂直結構分析

白翎島和濟州島站位置如圖3（a）所示，該時刻兩觀測站上空均有層積云。底層位溫隨高度不變，說明邊界層底部混合均勻，相對濕度逐漸增大至80%以上，上空均存在蓋頂逆溫，逆溫層內(nèi)相對濕度迅速減小，該逆溫層為云頂所在位置。其中白翎島位于北側，云高在1 300m左右，而濟州島站位于南側，云高約為1 500 m，且云層明顯更厚，與圖2（a）中云頂高度向南逐漸抬升的趨勢相符。冬季濕度較低，高空相對濕度降到了10%以下。白翎島站底部為北風，風速較小，底層向上逐漸偏西，有冷平流，加強邊界層底部湍流混合。濟州島站底部西北風，風速相對較大。

2.3 機理分析

觀測分析表明，向南經(jīng)過海洋鋒（28°N）及SST大梯度區(qū)（33°N）時，云頂、底高度均有明顯的抬升突變，如圖2中黑色直線標記處。冬季氣溫低，海氣溫差一般為正，海氣界面不穩(wěn)定。自北向南，氣溫逐漸升高，但在28°N和33°N附近，SST劇烈升高，而氣溫沒有如此突然的變化，導致海氣溫差隨之增加，分別達到2個極值，造成該處海氣界面不穩(wěn)定性增加（見圖2（b）），云層抬升。36°N以南均為北風（見圖2（c）），且經(jīng)向風速維持在8m/s左右，北風將冷空氣帶到暖海面，使邊界層更不穩(wěn)定，故EIS向南逐漸減小；海洋鋒區(qū)內(nèi)SST變化劇烈，而氣溫變化相對小得多，故海洋鋒兩側穩(wěn)定性有顯著差別，冷水側更加穩(wěn)定（見圖2（d））；根據(jù)垂直混合機制［21］，由于南側邊界層更不穩(wěn)定，故南側表面風速逐漸增大（見圖2（a）、（c））。

圖3 MTSAT 1月15日00UTC可見光云圖（a）；白翎島（b）和濟州島站（c）00UTC的探空曲線Fig.3 Visible cloud image from MTSAT at 00UTC 15Jan and the stations（a），plot of sounding data at 00UTC 15Jan in Baengnyeongdo（b）and Cheju（c）

濾波計算方法如下：將區(qū)域內(nèi)每點的變量值減去以該點為中心，7.5（°）×7.5（°）方格內(nèi)所有點的平均值，得到濾波后的變量分布。該方法可將天氣尺度的影響濾掉。

圖2（b）中SST、SAT變化趨勢一致，根據(jù)靜力關系，海洋鋒暖水側氣壓降低，對應海表面輻合區(qū)（見圖4），產(chǎn)生上升運動，使云抬升，與氣壓調(diào)整機制［8］符合。故海洋鋒暖水側云層較高，冷水側較低。

圖5中相對濕度高值區(qū)可以認為是云層所在位置，高度達到1.3～2km，自北向南逐漸升高，在海洋鋒處有突變，與云層位置基本對應，南側比云頂偏高，只有28°N附近偏低，與衛(wèi)星觀測基本一致。1km以下位溫梯度幾乎為零，說明邊界層底部混合均勻，自北向南邊界層高度逐漸升高，這是由于海洋鋒暖側（24°N～26°N）海表面氣壓低，使表面風輻合，產(chǎn)生上升運動，加強邊界層的垂直混合，也使云加深；相應地，海洋鋒冷側（29°N～32°N）產(chǎn)生下沉運動，云層較低，并在 MABL內(nèi)形成次級環(huán)流，冬季邊界層較不穩(wěn)定，故次級環(huán)流比春季明顯。水汽主要集中在混合層內(nèi)，由于云層上部1.5～2km位溫垂直梯度大，層結穩(wěn)定，上升運動減弱，故水汽不易向上輸運。

圖4 濾波后06UTC的海平面氣壓（黑色虛線），10m風散度（填色）及SST（藍色實線）Fig.4 Smoothed sea level pressure（black dash line），divergence of 10mwind（shaded）at 06UTC and SST（blue solid line）

圖5 沿CALIPSO軌跡剖面06UTC的相對濕度（填色）、位溫（等值線）及經(jīng)向風（m/s）和垂直速度（－10－2hPa/s）Fig.5 Profile along the CALIPSO track at 06UTC relative humidity（shaded），potential temperature（contour），meridional wind（m/s）and vertical velocity（－10－2hPa/s）

3 春季層云個例分析

3.1 觀測分析

由圖6（a）中黑色圓圈區(qū)域的云狀信息可以看到，長江口附近東海上空為層云，結合MODIS觀測可以判斷層云位于東海上空，長江口至山東半島以南，其北側被中高云覆蓋（見圖6（b））。東海區(qū)域位于低壓前部，海面為南風；黃渤海區(qū)域則受高壓控制，海面呈北風，在34°N附近形成一條東北－西南向的靜止鋒，云區(qū)位于靜止鋒附近及其南部。高空東亞大槽位于黑龍江北部，層云區(qū)位于槽前；850hPa等壓面圖中，該區(qū)域主要受北側低壓槽控制，其西北側有一弱高壓，有強烈冷平流（圖略）。黑潮鋒位于28°N～30°N，但其上空無云層，層云位于30°N以北，選取緯度30°N～40°N進行分析，其中沿CALIPSO軌跡32.5°N～34°N等SST線密集（見圖6（c））。

圖6 同圖1，但為2011年5月20日層云個例Fig.6 Same as Fig.1，but for the stratus case on 20May，2011

由圖7（a）可以看到，層云發(fā)生在32°N～34.5°N，云頂高度在300～700m，云頂比較平滑，自南向北略有下降趨勢，在33°N附近有輕微突變，其南側云層的下降比北側更快。該位置SST梯度最大，北側達到海氣溫差極小值，邊界層更穩(wěn)定。5月氣溫已經(jīng)升高，海表面溫度低于氣溫，海氣界面穩(wěn)定（見圖7（b））。地面緯向風速小，經(jīng)向風速由6m/s的南風向北轉為6m/s的北風，在34.7°N處經(jīng)向風幾乎為0，也即靜止鋒所在位置。SST在該處有一冷中心，海溫達到最低。靜止鋒兩側云高變化顯著，云類型也有所轉變。EIS向北逐漸增大，在36.2°N達到極大。

層云云頂高度比層積云低，故在圖6b中黃東海區(qū)域的云顏色較淺，且其邊緣比較平滑。春季海氣界面穩(wěn)定，該個例中層云位于靜止鋒南側，地面為偏南風。

圖7 同圖2，但為2011年5月20日層云個例Fig.7 Same as Fig.2，but for the stratus case on 20May 2011

3.2 MABL垂直結構分析

根據(jù)地面觀測資料可知，青島站19日23UTC（即當?shù)貢r間7時）有層云發(fā)生（圖略）。觀察其探空曲線可以發(fā)現(xiàn)，底層相對濕度很大，100～300m超過90%，100m以下位溫梯度較小，為混合層，地表風速很小，呈北風。在300～600m出現(xiàn)逆溫，并伴隨著相對濕度驟減，位溫梯度突然增大，邊界層穩(wěn)定，云頂位于600m左右。邊界層以上，逐漸變?yōu)槲鞅憋L，850hPa有冷平流，受偏北氣流影響，相對濕度持續(xù)降低，到達2km后，轉變?yōu)槲髂巷L，相對濕度快速增大，達到90%，可能出現(xiàn)云層。由于CALIPSO衛(wèi)星沒有恰好經(jīng)過該站上空，且時間也不吻合，故無法進行精確對比，但仍可觀察到層云邊界層內(nèi)的特征。

圖8 青島站5月19日23UTC（a）和白翎島20日00UTC（b）的L－波段雷達探空曲線Fig.8 Plot of sounding data at 23UTC 19May in Qingdao and at 00UTC 20May in Baengnyeongdo

白翎島探空站海拔高度為158m，地面觀測到霧，可能是層云接地。從白翎島00UTC的探空曲線可以看到，邊界層內(nèi)出現(xiàn)了退耦現(xiàn)象，300和1 500m高度處均有逆溫層出現(xiàn)。400m以下相對濕度接近100%。地面西南風，故水汽充足。底層風向隨高度順時針旋轉，表示有較強暖平流，有利于近海面逆溫形成。

3.3 機理分析

由觀測分析可以看出，層云區(qū)域（32°N～34.5°N）SST下降很快，地面為南風，風速約5m/s，SAT也略有下降，但幅度較小，海氣溫差緩慢減小，EIS增大，邊界層更加穩(wěn)定，故云頂高度向北逐漸降低。在34.7°N附近南風變北風，地面風場輻合，形成靜止鋒，產(chǎn)生上升運動，同時SST開始上升，SAT繼續(xù)下降，海氣溫差急劇升高，垂直混合加強，故云頂高度產(chǎn)生突變。

圖9 同5，但為2011年5月20日層云個例Fig.9 Same as Fig.5，but for the stratus case on 20May，2011

根據(jù)等位溫線的分布，可以明顯地看到1.7km以下南邊位溫梯度大，邊界層較穩(wěn)定，而37°N以北位溫梯度小，這是由于CALIPSO在37°N經(jīng)過陸地上空，由于海陸下墊面熱力性質(zhì)不同，13時的陸地表面溫度高于海表，邊界層不穩(wěn)定，層頂向上抬升。層云區(qū)沒有下沉運動，800m以下相對濕度達到90%，有利于層云產(chǎn)生，云頂高度與衛(wèi)星觀測吻合。34°N～35°N附近由于地面靜止鋒，產(chǎn)生強烈上升運動，上升大值區(qū)隨高度向北傾斜，相對濕度與之配合，水汽向上輸送，云層抬升，與圖7a中該位置較高的云層對應。北側37°N～40°N除受下墊面熱力影響外，還受地面高壓控制，產(chǎn)生強烈下沉運動，由陸地吹來的干空氣，使該位置底層相對濕度降低。

4 夏季海霧個例分析

4.1 觀測分析

海霧是指在海洋的影響下出現(xiàn)在海上的霧［22］。由圖10（a）中的地面天氣現(xiàn)象可以看出，山東半島至長江口沿岸均有海霧，且位于高壓中心，基本呈南風，風速很小。高空位于低壓槽后，有下沉運動，并且在850和925hPa均有來自陸地的暖平流，使邊界層更加穩(wěn)定，有利于海霧的形成和維持。在海霧南側，有一條靜止鋒，地面風輻合，產(chǎn)生上升運動，且水汽充足，形成夏季梅雨帶。圖10（b）的MODIS衛(wèi)星云圖中，海霧呈乳白色，表面均勻且邊緣平滑清晰，與陸地吻合很好［23］。黑潮鋒位于27°N左右（見圖10（c）），但夏季最弱，該個例中海洋鋒與梅雨帶位置接近。

圖10 同圖1，但為2011年6月5日海霧個例Fig.10 Same as Fig.1，but for the fog case on 5Jun，2011

圖11 同圖2，但為2011年6月5日海霧個例Fig.11 Same as Fig.2，but for the fog case on 5Jun 2011

由圖11（a）的CALIPSO后向散射系數(shù)及云頂高度圖可以看出，29.8°N～33°N為對流性低云，海霧發(fā)生在34°N～37°N。霧頂平滑，高度小于700m，自南向北逐漸降低。夏季氣溫較高，海溫較低，故海氣溫差均小于0，海氣界面穩(wěn)定。SAT均勻下降，在34°N海霧形成，由于霧頂長波輻射冷卻，使北側SAT下降幅度增大。SST在30.5°N～33.3°N梯度最大，其冷側為海霧，暖側由于上升運動相對較強，云層較高且不平滑（見圖11（b））。北側在高壓中心內(nèi)，故風速很小，表現(xiàn)為東北風，29°N附近南風變?yōu)楸憋L，與靜止鋒位置吻合（見圖11（c））。霧區(qū)內(nèi)EIS穩(wěn)定度較高（見圖11（d））。

4.2 MABL垂直結構分析

青島站4日23UTC 300m以下相對濕度大于90%，地面風速為0，有霧。250m以下為混合層，其上為逆溫層，水汽無法上傳，故相對濕度驟減，逆溫層頂位于700m，且經(jīng)向風變得更弱，低空有暖平流，使海氣界面更加穩(wěn)定，有利于海霧的維持。

圖12 青島站4日23UTC（a）和白翎島5日00UTC（b）的L－波段雷達探空曲線Fig.12 Plot of sounding data at 23UTC 4Jun in Qingdao and at 00UTC 5Jun in Baengnyeongdo

白翎島站00UTC霧頂高度約400m，由于該探空資料分辨率較低，缺乏底層探空數(shù)據(jù)，無法精確描述邊界層底部特性。300～400m有逆溫穩(wěn)定層存在，且相對濕度從94%迅速減小。600m以下風速很小，底層表現(xiàn)為東南風，850hPa有暖平流（見圖12）。

4.3 機理分析

圖13顯示邊界層呈北低南高的分布，霧區(qū)內(nèi)位溫梯度比南側大，邊界層穩(wěn)定，高度在500m左右。霧區(qū)內(nèi)盛行北風，將陸地暖空氣帶到冷海面上，并伴有強烈下沉運動，高濕區(qū)域位于邊界層內(nèi)，形成平流冷卻霧，霧頂位于500m左右。相對濕度大值區(qū)向南逐漸抬升，與衛(wèi)星觀測一致。29°N海表面風輻合，上升運動強烈，將水汽帶到高空，與圖11（a）中的對流性低云對應。

圖13 同圖5，但為2011年6月5日海霧個例Fig.13 Same as Fig.5，but for the fog case on 5Jun，2011

通過觀察近幾年的可見光云圖以及地面站觀測資料，發(fā)現(xiàn)黃東海地區(qū)低云以層積云為主，尤其發(fā)生在冬季；夏季海霧居多，其特性與層云接近。

5 結論和討論

本文分別選取了冬、春、夏季較為典型的低云個例，3個個例均屬于邊界層云，且海霧在某種意義上屬于層云的一種，但它們的形態(tài)性質(zhì)卻不盡相同，通過對比分析這3種邊界層云，也在一定程度上反應了不同季節(jié)邊界層結構的不同。主要結論如下：

（1）層積云發(fā)生在高空槽后，伴有冷平流，地面位于高壓中心附近；層云發(fā)生在槽前，伴有強烈冷平流，地面位于低壓前部，靜止鋒南側；海霧發(fā)生在高空槽后，地面高壓中心處，位于靜止鋒及梅雨帶北側，低層有暖平流。

（2）層積云經(jīng)常大片出現(xiàn)，在可見光云圖中呈絮狀，高度較高，云頂1.2～2.5km，云低0.7～2km；層云在可見光云圖中顏色略淺，邊緣較平滑，云頂高度300～700m，云底不接地；海霧呈乳白色，表面均一且紋理光滑，與陸地邊界吻合很好，霧頂?shù)陀?00m，底部一般是接地的，由于濕度較大使地面能見度降低，在一定的環(huán)境條件下與層云可以相互轉化。3種低云云頂高度自南向北均逐漸下降，在海洋鋒及SST大梯度區(qū)有突變。

圖14中所畫方差是由云（霧）區(qū)內(nèi)每0.05°小格內(nèi)的最高層低云頂高度所得，可反映三種邊界層云云頂?shù)钠交潭取Ｆ渲袑臃e云云頂抖動最劇烈，方差大體上在60m2以內(nèi)，而小于30m2的僅有52%，觀察其方差隨緯度的變化可看到在海洋鋒處云頂方差突然增大達到極大值，說明該處最不平滑，也即海洋鋒處層積云云頂高度有突變（圖略）。層云和海霧的平滑度很好，方差均在28m2以內(nèi)，相比之下海霧更平滑。這是由于海霧和層云在穩(wěn)定邊界層內(nèi)形成，垂直環(huán)流較弱，故云頂也更平滑；而層積云在冬季居多，冬季海洋暖大氣冷，邊界層不穩(wěn)定，垂直環(huán)流強，上升運動使云頂高度變化較大。從MTSAT和MODIS的可見光云圖中也可以粗略地看到，海霧和層云顏色較為均一，而層積云則完全不同，故其云頂平滑度也較差。

圖14 層云、海霧（左）和層積云（右）云頂高度的方差分布Fig.14 Variance of stratus，fog（left）and stratocumulus（right）

（3）層積云多出現(xiàn)于冬季，海氣溫差為2～12℃，海洋向大氣輸送熱通量，海氣界面不穩(wěn)定，表面呈偏北風；層云和海霧個例中海氣溫差小于0，海氣界面穩(wěn)定，表面呈南風。

（4）冬季盛行北風，氣溫低，可以明顯看到海洋鋒引起的次級環(huán)流，即海洋鋒暖側有上升運動，冷側下沉。層積云個例中邊界層不穩(wěn)定，底層垂直混合較好，上方存在逆溫穩(wěn)定層，邊界層高度呈南高北低的分布形勢。

（5）層云個例發(fā)生在靜止鋒南側，南風使該處SAT升高，等位溫線也比較密集，邊界層穩(wěn)定性強，有不接地逆溫，云區(qū)無下沉運動。海陸熱力性質(zhì)差異使邊界層特性明顯不同。

（6）海霧一般發(fā)生在夏季，尤其在南風暖平流的條件下，發(fā)生頻率更高。個例中低空有暖平流，邊界層穩(wěn)定，逆溫層很低，且伴有下沉運動，底層水汽充足，地表相對濕度超過90%。

本文通過對東海黑潮區(qū)域冬、春、夏季3次典型個例的分析，對比了層積云、層云、海霧在天氣系統(tǒng)、云特征、海面氣象條件、邊界層結構四方面的特性，在一定程度上反映了低云在不同季節(jié)對東海黑潮海洋鋒的響應，但仍存在局限性，需要更多的個例分析來支持。在今后的工作中將對CALIPSO衛(wèi)星多年數(shù)據(jù)進行合成，從氣候尺度上進一步探究探究不同季節(jié)、不同種類的低云對東海黑潮海洋鋒響應的特征，加深對其物理機制的理解。

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