冰晶性质对卷云辐射特征影响的模拟研究

介绍了SBDART辐射模式和libRadtran程序包，并利用这两个模式模拟分析了当卷云内冰晶性质如有效半径、冰晶含量以及形状变化时，卷云反照率的变化。模拟分析表明，在相同条件下，不同形状冰晶构成的卷云反照率有所不同，同种冰晶构成的卷云在不同波长的反照率也不同。总的来说，不论是由何种形状冰晶构成的卷云，随着卷云内冰晶含量增大，有效半径减小，卷云反照率增大。这些工作将有助于增进对lib Radtran程序包和卷云性质的了解。     

钩卷云云码选报的关键所在

地面测报工作中，我们时常可以在天空观测到钩卷云。从其成因和编报规定来看，出现钩卷云大致有CH4、CH1及CH2（有密卷云）几个电码可供选编。报的云码不同，代表的云况和指示的意义就不同。在不同的情况下出现了钩卷云，究竟选择哪种云码编报更能客观地反映实况，我想借此谈，或个人认识。众所周知，钩卷云属于高云族，完全由冰晶构成。从外形上看就好象逼、Q、符号，云丝向上倾斜，顶端带有小构或小团簇。主要是由于冷暖气流在高空汇合引起层结不稳定发生对流所形成。最常见于暖锋云系前绝以及钢困锋、高空槽的前部，它的出现，多预示…     

卷云数值模式和对流性卷云数值模拟

本文建立了两线面对称、滞弹、非静力平衡,包含有水汽、云水、云冰、雪晶和霰五种水元间各种微物理过程的卷云模式。运用该模式对卷云对流胞的典型环境作无切变和有4×10~(-3)s~(-1)的风切变两种情况模拟表明,风切变环境下的对流较弱,但最大上升气流仍达2.71m/s。无风切变环境下卷云对流易于向两边传播,而当存在强风切变作用时,对流向上风方传播。模拟卷云的宏、微观结构及其演变特点与国外飞机穿云、卫星和地面遥感等观测结果十分一致。模拟表明卷云对流的下沉气流及下落冰粒子的蒸发冷却激发出的新的上升气流是卷云多核心结构和对流卷云向层状卷云演变的重要机制;卷云中过饱和度对冰晶核化的依赖和抑制是卷云冰晶浓度远低于FLETCHER浓度的一个主要原因。     

热带深对流云砧数值模拟及云凝结核数浓度对其影响的初步试验

利用中国科学院大气物理研究所发展的三维强风暴模式，对Egrett Microphysics Experiment with Radiation Lidar and Dynamics（EMERALD）试验期间的一次长寿命热带深对流个例进行对流产生、发展、消亡过程以及云砧的数值模拟，并与实测资料［包括C波段双线偏振雷达图像资料、机载云粒子成像仪（CPI）探测的云砧卷云微物理特性以及激光雷达探测的云砧宏观特性资料］进行了细致的对比，然后通过改变模式中最大云滴数浓度进行有关云凝结核数浓度影响云砧卷云冰晶含水量和数浓度的敏感性试验。模式较好地模拟出系统的一些重要宏观特征，如爆发性增长阶段、各高度雷达水平反射率因子的最大值、对流云主体移动方向、云砧底部和顶部高度。对云砧冰相粒子含水量、数浓度以及平均直径等微观特征的模拟结果与实测也比较接近。对于本文个例而言，异质核化为冰晶形成的最主要方式，其次为过冷云滴的均质核化。敏感性试验结果表明:当云凝结核数浓度增加时，爆发性增长阶段的垂直速度减小，使得对流云从中低层向高层的水物质输送量减少，从而使云砧卷云冰晶的数量减少。     

卷云对未来降水的指示性

卷云属于对流层中、高层的云,由冰晶组成。平均高度在6公里以上,盛夏较稀薄的卷云可达到10公里左右的高度。指示性卷云是500毫巴以上高空低值系统的前兆,它移来的方向就是未来影响系统侵入的方向。指示性卷云的预报时效比较长,一般在三天之内。有时伴随卷云出现晕,如果看到钩卷云出现在晕圈中,未来产生降水的可能性较大。 一、指示性卷云的云形特征 1.短尾钩卷云 这是一种云丝很细的钩卷云,尾巴短,移动快。仅有短尾钩卷云出现,未来48小时内只有小量降水。有时在它出现后会有更明显的指示性云相继出现     

对密卷云特征的一些认识

规范对密卷云的特征说明是:……较厚的、成片的卷云,中部有时有暗影,但边缘部分卷云的特征仍很明显。概括起来就是“较厚”、“成片”、“有暗影”。在实际观测中,如何掌握这些特征,对正确记录密卷云是很必要的。我们在郑州地区观测到有以下几种情况的密卷云。     

正确记录Cb云的卷云砧

1　正确识别Ｃｂ云的卷云砧积雨云的砧大多数情况下比较小 ,由于可见Ｃｂ云母体 ,一般不会误记。在实际工作中 ,有时正点观测时Ｃｂ云的砧可以遮蔽大半天空 ,却不见母体 ,在山区 1 0成的卷云砧看不见母体的情况也是存在的 ,这时值班员很容易把Ｃｂ云砧误记为Ａｓ或其他云 ,正点后不久出现雷电 ,预审时发现云天记录有矛盾。应根据连续观测的云的演变特征 ,判断是否为Ｃｂ云卷云砧 :①当天边有一块Ｃｉｄｅｎｓ特征的卷云时 ,以能否看见其下边缘判断该块Ｃｉｄｅｎｓ特征的云可能是Ｃｂ的卷云砧 ;②后来这块具有卷云结构的云逐步推向天顶 ,遮…     

卷云中粒子的密度变化对可见光波段能量传输的影响

本文讨论了卷云冰晶粒子的密度随其尺度大小的变化。及其对折射指数的影响。对该变化所导致的粒子的光散射参数的变化进行了计算。采用Monte Carlo模式，根据观测到的冰晶粒子的数密度，使用不同的粒子密度分布，计算了卷云对0.55 μm波长的入射光的反射和透射率。结果表明，不同的粒子密度假设会导致一定的差别，但卷云中粒子的密度变化对可见光波段能量传输的影响非常小，可忽略不计。     

云状判断中易出现的几种误记

1　《地面气象观测》对组成云的水的状态作了说明 ,例如 :卷云由很小的冰晶组成 ,高层云顶部多由冰晶组成 ,主体部分多为冰晶和水滴混合组成 ,层云云体一般由小水滴组成等。观测员在观测时若未掌握本质 ,运用中易发生误解。如冬季地面已结冰 ,认为高空气温更低 ,云中的水肯定以“冰”的状态存在 ,因而把冬季湿度大的清晨或雾抬升后的层云、碎层云误记为层积云 ;降雪云层下的碎雨云误记为层积云。这样把“地面状态”与“高空状态”混淆起来 ,且忽略了水可以以“过冷却水滴”的方式存在 ,更把云的形状置之不顾 ,造成误记。其实《气象学》明确…     

云内高浓度冰晶之谜

自从Bergeron确立冰晶效应的降水理论以来,在云物理学中,对云内冰相发展过程的研究摆在重要位置上。在很长时间内,人们认为冰晶核与云内的冰晶大致上一一对应,二者的浓度十分接近。因而,根据冰晶核观测值可以估计云内的冰晶浓度。但是,随着冰晶观测技术的不断发展,越来越多的观测事实表明:云内冰晶浓度常常超过同一温度下冰     

水平取向对冰云辐射传输的影响

本文用分离坐标法求解辐射通过卷云的传输,该卷云由在水平面内随机取向的非球形冰晶所组成,即“二维卷云模式”。文中用零阶和二阶Legendre多项式的展开式来近似表示由于冰粒子水平取向所引起的散射参数随入射角的变化。散射相函数由解析的Henyey-Greenstein函数表示,其不对称因子也与入射天顶角有关。文中用这种模式计算了太阳短波以及地球红外热辐射通过卷云时的辐射通量传输性质以及方位平均强度的分布。将上述二维模式的计算结果与通常的三维模式(即假定冰粒子在三维空间随机分布)相比较,表明冰晶的优先取向对卷云的反照率有重要影响,两种模式的反照率可以相差8％。另一方面,对于红外辐射而言,两个模式的向上辐射强度有显著的差别,但是冰晶的取向状况对红外辐射通量影响较小。上述结果表明,冰晶的优势取向可能是决定卷云反照率的一个重要因子,同时它对于利用红外辐射探测卷云的组成和结构来说有重要的影响。     

基于MODIS云宏微观特性的卫星云分类方法

利用MODIS云光学厚度、云粒子有效半径、云顶高度、云相态等产品,以及表征6种云类的云光学厚度、云粒子有效半径、云顶高度、云相态的特征值,采用最小距离分类法和多阈值判识法相结合,对卫星观测像元的云进行分类,包括层云、层积云、积云、积雨云、雨层云、高积云/高层云、卷云以及卷云伴随高积云或高层云的多层云、卷云伴随层云或层积云的多层云、高积云或高层云伴随层积云或层云的多层云10类。2008年、2013年卫星分类结果与地面站云类观测对比,达到60%的一致性;将相同时间的地面小时降水量与分类结果叠加显示,出现降水处多为雨层云或积雨云。     

六角柱冰晶的光散射函数的计算

六角柱冰晶是卷云中粒子的基本形态。本文着重讨论了利用作者已发展的模式,对有吸收的红外波段冰晶的散射矩阵的计算结果。对比了可见光的计算结果,也对比了长六角柱、扁六角柱以及球状、旋转椭球状冰晶的散射。发现吸收的影响主要造成冰晶的侧向和后侧向散射能量减小以及因折射和多次内反射引起的晕峰和“雨虹峰值”减弱。不同形状冰晶的散射函数虽然总的情况颇一致,但与六角柱冰晶相比,球状冰晶的侧向散射较弱,而椭球状冰晶则表现出后向和后侧向散射较弱。这些特征无疑地都将影响激光探测卷云和光传输过程。     

卷云形态与降水

卷云与降水的关系非常密切。我们统计了1958—1981年夏半年共1336次≥0.1毫米降水过程出现前的云况,发现在降水之前12—48小时内都有卷云出现;冬半年的326次≥0.1毫米的降水过程前也如此。但卷云出现后并不都有降水过程。因此,我们对卷云的各种不同形态与未来降水,进行了观测分析,现介绍如下。 一、卷云形态的特征 我们所观测的卷云形态包括钩状、抬头状、辐辏状、旛状、絮状以及卷积云。这里介绍的只是一些不大被人们注意的卷云特征。 1.钩状:钩卷云的钩头,据观测,一般有两种:一种是簇状钩。可细分为开花状、簇状、絮块状三类(图1a)。其中絮块状是一种不很圆浑的、边缘破碎的团簇结构;簇状是云丝向内倾垂;开花状是云丝向     

谈谈Cb云的观测记录和编报

谈谈Ｃｂ云的观测记录和编报何国康（百色地区气象局５３３０００）对Ｃｂ云的观测、记录和编报，定时观测、天气报和航空报是不相同的。按照地面气象观测规范规定，在定时气候观测，Ｃｂ云的母体和未脱离母体的伪卷云，作为一个整体云状记Ｃｂｃａｐ，云量记入低云量，天...     

正确记录Cb云的卷云砧

1正确识别Cb云的卷云砧 积雨云的砧大多数情况下比较小,由于可见Cb云母体,一般不会误记. 在实际工作中,有时正点观测时Cb云的砧可以遮蔽大半天空,却不见母体,在山区10成的卷云砧看不见母体的情况也是存在的,这时值班员很容易把Cb云砧误记为As或其他云,正点后不久出现雷电,预审时发现云天记录有矛盾.     

基于CALIPSO卫星资料的京津冀地区MODIS卷云云顶高度订正

卷云在大气辐射中扮演着重要角色,对天气系统和气候变化产生重要影响。相比传统地基观测手段,卫星遥感更容易探测到高层卷云的信息,本文利用CALIOP主动遥感仪器可获取较为准确的薄卷云特性的特点,针对MODIS被动遥感探测器反演的薄卷云云顶高度的偏差开展订正研究。研究选取2013～2017年京津冀地区MODIS云产品,结合CALIPSO卫星的卷云云顶高度数据,基于交叉验证的方法得到线性拟合方案,对MODIS卷云云顶高度进行订正。订正后的MODIS与CALIPSO卷云云顶高度差值的分布区间由?3～2 km变为?2.0～2.5 km,峰值由?0.8 km左右变为0.2 km左右。订正效果随云顶高度和云光学厚度的不同有所变化,其中较低层卷云和光学薄卷云的订正效果更明显。     

雹云中与冰相有关的起电机制

本文从近代大量观测事实,尤其是七十年代发现的次生冰晶(Secondaryice)现象出发,利用与降水有关的极化和非极化机制,根据实际观测雹云中降水强度计算电场增长。讨论极化电中性面下移、多次碰撞以及由于冰表面电导率较低而表征极化电荷转移时间较长等对起电的抑制。计算指出,对于较强的雹云,这些抑制较弱,电场可达击穿值。 计算还指出:当雹云中出现次生冰晶,表面电位差机制和次生冰晶起电可以在比极化机制更短的时间内,电场增长到4000v/cm。对于强雹云,极化和表面电位差机制是优势起电机制,云下部次正电荷区是次生冰晶起电所致。对于弱雹云,次生冰晶起电是优势机制,这类云没有次正电荷区。     

基于LBP算法的全天空红外云图的分类研究

利用局部二值模式（Local Binary Patterns,LBP）,结合局部云图的方差信息（VAR）,对全天空红外测云系统获得的红外云图进行了分类研究。首先建立了器测云状分类与传统分类的对应关系,其次分析了层状云、积状云、波状云、卷云和晴空5种类型天空的LBP谱和VAR特征,最后对274个样本进行了分类识别,并与人工观测结果比较,结果表明,层状云、积状云、波状云、卷云和晴空的识别正确率分别为100．0％、84．2％、70．3％、64．7％、99．0％,平均正确率达到87．2％。     

冰云短波辐射特性参数化

该文对卷云和高层云分别构造了15种冰晶尺度分布，3种云高和云厚，总共30种冰水含量、90种冰水程长模式。对尺度小于与大于30 μm的冰晶粒子的单次散射特性分别用表面积等效冰球Mie理论和射线光学理论进行计算。采用delta-Eddington法计算了在4种不同地面反射率下冰云的多重散射辐射传输特性，提出了冰云辐射特性的参数化公式，指出参数化公式可以用于气候模式或大气环流模式。