卫星云图的云状分析

卫星云图的云状分析
提要
随着卫星云图的日益普及，云图在预报中的使用越来越多，本文就卫星云图使用中的有关问题作了一些探讨，供大家参考。

关键词：卫星云图云状分析天气系统
一、卫星云图的种类
按卫星轨道分，可分为极轨卫星云图和同步卫星云图，目前大多使用的是三种同步卫星云图：可见光云图，红外云图和水汽云图。

可见光云图(VIS)利用云顶反射太阳光的原理制成，故仅能于白昼进行摄影。

可见光卫星云图可显示云层覆盖的面和厚度，比较厚的云层反射能力强，在可见光卫星云图上，会显示出亮白色，云层较薄则显示暗灰色，还可与红外线卫星云图结合起来，做出更准确的分析。

红外云图(IR)利用卫星上之红外线仪器，来测量云层之温度。

其中，温度低的云层会以亮白色来显示，也就是此处的云层较高，而暗灰色的部分则代表云层高度较低，因为越接近地面的云层温度越高。

简单而言，即以云顶的不同温度来判断云层的高度。

水汽云图(WV) 卫星接收到的辐射决定于水汽含量，大气中水汽含量越多，发射的辐射越小；水汽含量越少，大气低层的辐射越可以透过水汽到达人造卫星，则人造卫星接收的辐射越大。

在水汽图上，色调越白，辐射越小，水汽越多；否则越少。

对于6-7μm水汽带，卫星测得的辐射来自对流层中上层，故水汽图反映大气上层水汽的空
间分布。

但对低层水汽不敏感，这是其不足之处，使用中应与其它云图相结合，作综合判断。

二、卫星云图的典型云系识别
2.1 几种基本云的识别
卷云：高度最高，温度最低，反照率低。

中云(包括高层云和高积云)：反照率有的大有的小，温度较低，范围较大。

积云和浓积云：在云图上实际为积云群，表现为带状，线状和细胞状结构，其上多皱纹，多起伏和不均匀，造成这种现象的原因是积云内部高度不同，云顶温度不一致，厚度有参差，云的形状不规则。

积雨云：反照率高，温度也低，高空风垂直切变小时呈圆形，较大时呈椭圆形，并出现卷云砧，尺度为几十至几百公里，初生时尺度较小，边界光滑，成熟后云体较大，顶部出现向四周散开的卷云羽，消亡时色调变暗，为一片松散的卷云。

低云(层云和雾)：由于温度与地表接近，在IR上不明显，在VIS 上为均匀光滑的云区，厚度不一，有时在白天的IR上，层云边界比较清楚，但到夜间，近地面存在辐射逆温，层云或雾的顶部温度反面比四周无云地区要暖，这时IR上云区比四周无云区地面显得更黑。

典型云图
（a）是典型晴空图像。

此时是无云的情形；
（b）是典型波状云图像。

波状云主要包括卷积云、高积云和层积云。

当逆温层附近出现波状运动，且逆温层下部空气接近饱和时，在波峰处空气因上升冷却形成云，而在波谷处空气因下沉增温则不易成云，从而形成了平行排列的波状云；
（c）是典型积状云图像。

积状云是垂直发展的云块，主要包括积云、积雨云和卷云。

积状云具有孤立分散、云底平坦和顶部凸起的外貌形态，对流上升区水平范围广大，则积状云的水平范围也就愈大；
（d）是典型层状云图像。

层状云是均匀幕状云层，常具有较大的水平范围；
（e）是典型卷云图像。

卷云指那些由冰晶组成的呈丝状、羽毛状、片状、带装或者钩状，具有纤维结构的高云。

卷云的水平伸展通常要比其垂直尺度大的多，云片互不相连，分布通常杂乱无章。

2.2 不同天气形势下不同云系的识别
涡旋云系：涡旋云系是一条或多条不同云量和云类的螺旋云带朝着一个公共中心辐合形成的，与大尺度涡旋相联系。

大尺度涡旋的水平范围为600～1500公里。

有组织的螺旋线或积云汇合线因与气旋性相对涡度相联系，常称作涡度中心。

云系中心涡度升高至最大值，气压最低。

逗点云系：逗点云系在卫星云图上有一种形如标点符号中“，”的云系，这种云系称逗点云系，它是涡旋云系的一种。

斜压叶状云系：在卫星云图上，常见到一种与高空斜压区相联系的云系，表现为“叶子状”的云型，称之“斜压叶云系”，这种云系与西风带中的锋生区或气旋生成有关，并在红外云图上表现最清楚。

三、卫星云图上天气系统的分析
要生成云不但要有适宜的流场，还要有相应的水汽供应，所以我们不仅能用云图预报天气系统的移动，生消，而且还可以很容易地判断它们的强度。

3.1 槽脊的分析
由于脊前为下沉区，所以对云有一种削弱作用，根据这一特性可以判定脊线位置，与此相对的是槽线，它一般定在云带后界，因为高空槽线的前后大气的垂直运动和气流有明显的改变，槽前为大片云区后界，槽后为无云区或少云区，槽的大小和云系的大小相对应，槽的运动和云系的运动相对应，槽的生消对应云系的生消，较强的槽，槽前云系密集深厚；较弱的槽，槽前云系稀疏松散，值得一提的是横槽云系，它表现为一条东西向的以中高云为主的云带，当横槽转向，由
西北向东南移动时，云系变稠密，范围扩大，由于云图的时间间隔小，资料均匀性高，分布水平，同时反映环流和水汽的综合情况，对动力因子和热力因子的反映准，直观，所以根据云图来作槽的生消，移动预报是很准确的。

3.2 深厚高压系统的分析
云图上大片无云区对应天气图上的高压系统，如阻塞高压，副热带高压和夏季的青藏高压等，判断这些高压的生消移动既是天气预报工作中的重点，也是一大难题，大部分重大的灾害性天气都与此有关，这些高压的状态将直接决定转折性天气是否产生，一般深厚高压系统的移动和生消在云图上都有明显反映，当高压控制区为大片晴空区，说明高压稳定少动；故小扰动在其中无法发展，当有系统性中高云入侵高压后部，甚至直达高压中部时，说明深厚高压的某处已发生了变化，高压系统不再稳定，随后将移动或消亡，对于青藏高压来说，由于高原测站稀少，海拔较高，所以资料经常错、漏、缺，用云图来判断青藏高压的状况比较方便一些，当有中高云从高原东部或北部系统性入侵，入侵后发展时，就可判断青藏高压开始崩溃。

3.3 锋的分析
天气图上定锋面一直是难题，由于资料不连续，锋面往往定得五花八门，很少有一致的意见，通过云图不仅可以确定锋面的位置，而且还可以判断锋的强弱，生消及下垫面情况。

3.3.1 云图上冷锋表现为一条气旋性弯曲，长达数公里的云带，若前后整齐，冷锋就定在云带中间；前界整齐，则定在前界，后界整齐，
就将冷锋定在后界。

3.2 云图上暖锋云系是3百到5百公里宽，几百公里长，长宽之比小，向冷空气一侧凸起的卷云覆盖区，卷云下还有大量中低云，云层厚，并伴有较大降水，暖区的顶端在云区由凸变凹的地方，暖锋的位置定在云区向北凸起部分的下方，且与云区中的纹线近乎平行。

就把锋定在后界，如果云带后界不整齐，锋就定在云带时里靠后的地
方。

（下图中蓝线为冷锋，红线为暖锋，紫线为锢囚锋）
3.4 云图上静止锋云系表现为一条东西走向,移动很慢或与地形走向一致的云带,有时云带前有枝状云，锋面一般定在云带前界；当云带附近出现积雨云时，锋定在积雨云北界。

4、高空急流也是天气学上一大难点，高空急流云系以卷云为主，集中于急流呈反气旋性弯曲的地方，其左界光滑，清楚，且与急流轴平行，在可见光云图上，急流云系左界有明显的阴影，而且暗影呈现反气旋弯曲的线状，急流轴就位于急流云系左界一个纬距左右的地方，急流轴与云系左界近乎平行。

五、个例分析
L是地面低压中心，低压槽中延伸出了长长的冷锋，而在冷锋后部紧跟着冷性高压H。

粉色圆圈是在海上漂泊多时的2016年第10号
台风，狮子山（LIONROCK）。

进行详细分析可以看出，冷锋云系中白亮色的云带区域（B），是代表着厚或云顶高度高的云系，代表云系就是雨层云、积雨云、卷云。

颜色较暗的A区域的云系则是代表着云顶高度较低或云层不厚
的云系。

代表云系就是积云、层积云。

C区域就是它们相互重叠的区域，事实上重叠区域应该更大一些，但在卫星云图上已经无法看清。

高低云区在冷锋尾部出现分离的原因就是收到风切变的影响，高空风速较大，云移动速度较快，而底层风速较小，云移动速度较慢，所以
在冷锋尾部出现了分离的现象。

对云状进行分析，a区域主要是以层积云为主的低云云系，b区域则以积雨云为主的雷暴降水区，c区域则主要以层状降水云系为主。

如果换成高分辨率云图，则可以分析出更多更为直观的信息，一下面A、B两个区域为例。

A区域的高分辨率云图如下：
可以看见有很多凸起的椭圆形云系，类似山丘，这就是位于冷锋前部的雷暴云系。

B区域的高分辨率云图如下：
有许多细碎的线装、细胞状小云系，这就是位于冷锋后部的细胞状云系（积云云系），它主要由淡积云、积云性层积云组成。

六、小结
由上可见，云图因为具有准确，直观，空间上的连续和时间上间隔的特点，而在预报中广泛应用，使用云图可以及时发现不容易在天气图上分析出来的天气系统，揭露新的天气事实，它不仅能提高天气预报的准确性，而且延长了天气预报的时效，特别是对于高海拔测站较少地区的天气预报，提供了更为准确的预报依据。