卫星云图上各类云的特征
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。
卫星云图识别
一、云图类型1.红外云图卫星在10.5～12.5微米测量地表和云面发射的红外辐射，将这种辐射以图象表示就是红外云图。
在红外云图上物体的色调决定其自身的温度，物体温度越高，发射的辐射越大，色调越暗，红外云图是一张温度分布图。
由于大气有吸收及物体发射率不完全为1，卫星接收到的红外辐射要比实际表面温度发射的黑体辐射要小，故严格地说，红外云图是一张亮度温度分布图。
地面的温度一般较高，呈现较暗的色调；由于大气的温度随高度是递减的，故云顶高而厚的云，其温度低呈白的色调。
低云的云顶温度较高，与地面相近，故在红外云图上不容易识别。
由于各类云的云顶温度的差异较大，在红外云图上可以识别各种高度的云。
此外，地表的温度随季节、纬度、海陆分布及其本身的热惯量而不同，所以在红外云图上的色调亦不同。
在电视显示的红外云图上，地表以绿色表示，以与云相区分开。
2.水汽云图卫星选用6～7μm水汽吸收谱段接收大气中水汽发射的辐射，并以图象表示便得到水汽图。
在这一波段，水汽一面接收来自下面的辐射，又以自身较低的温度发射红外辐射。
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卫星，则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。
3.可见光可见光是波长从0.35～0.80μm很狭窄的波段。
卫星在可见光谱段测量来自地面云面反射的太阳辐射，将卫星接收的这种辐射转换为图象称为可见光云图。
卫星在可见光谱段选用的波长间隔有：0.52～0.75μm和0.58～0.68μm。
卫星在可见光波段接收辐射与物体的反照率和太阳的天顶角有关，若太阳天顶角越小，物体的反照率越大，则卫星接收到的辐射越大，反之则越小。
在可见光云图上，辐射越大，色调越白；辐射越小，色调越暗。
通常云层越厚，反照率越大，色调也越白，而水面，象湖泊、海洋的反照率很小，表现为黑色，陆地反照率比海洋略大，表现为灰色，而潮湿或森林覆盖的地区表现为灰暗的色调。
卫星云图分析
表2 一些主要云和地面目标物的反照率
云和地面目标物
积雨云 积雨云 卷层云 积云，层积云 层积云 层云 沙漠 层积云 积雪 层云 卷云 卷层云 晴天积云 中云(高层高积云) 沙地 沙地和矮树林 植被 海洋,湖泊,河流
主要特征
大而厚 小，云顶在六公里左右 厚，下面有中低云和降水 陆地上，云量>80% 陆地上，云量>80% 厚，出现在洋面上，云厚约0.5公里 白砂 洋面成片 旧雪,已有3-7天,大部分在森林地区 新雪 薄洋面上 薄,单独出在陆地上. 单独在陆地上 陆地上云量 云量>80% 中等厚度 谷地、平原、坡地，
2
我国成功发射“风云二号”D气象 卫星
2006年12月8日，北京时间8 日8时53分，我国在西昌卫星 发射中心用“长征三号甲”运 载火箭，成功将“风云二号” Ｄ气象卫星送入预定轨道。 经过一系列控制，卫星将最终 定点于东经86.5度赤道上空。
3
2006年12月8日 我国成功发射“风云二号”D气象卫4
在GMS云图上，我国处于观测区的西北边缘，不仅云图畸变很大，还不能看 到从西边过来的天气系统。而从西伯利亚南下的冷空气，从西藏高原上东移 的天气系统以及从印度洋上北上的暖湿气流都对我国天气有十分重要影响。
有了风云二号气象卫星以后，从我国西面过来的天气系统将处于它的监 视范围之内。 风云二号气象卫星的导风资料，将填补印度洋上的广大资料空白区。
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图1 可见光和红外云图的比较
可见光云图的西北侧E处色调很暗，这是因在该处太阳高度角太低，光照不足 之故；图上，越往东南，太阳高度角越大，云色调越白。 相应在红外云图上E处，由于该时已是深秋时刻，地表的温度较低，显现较浅 的色调。图中A—B为白色卷云带，之下为中低云区，之南M处为较厚的中低云 区。在红外云图上，越往南，温度越高，色调越暗。
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卫星云图上云系大范围分布分析
卫星云图上常见的云型和云系
1.带状云系：具有清晰的弯曲或直的长轴，长和宽之比约为4：1，且 宽度常大于1个纬距的云带，它与天气尺度的锋面、急流和热带辐 合带相联系。
卫星云图上常见的云型和云系
2.涡旋云系：是一条或更多的螺旋云带朝着一个公共中心 辐合的云系，它常与天气尺度或行星尺度的涡旋相联系 。在卫星云图上不仅可以看到较大尺度的气旋，还可以 看到一个个大小不等的小涡旋。
南海洋面上的弧状积云线
卫星云图上常见的云型和云系
5.细胞状云系：细胞的形状成环状或U字形，其中心为无云或少云,边缘是 云区，并且主要是由浓积云组成，称为开口细胞状云，它常出现在 气温与下垫面之间那些温差大，对流较旺盛地区。闭合细胞状云呈 球形，中央为云区，四周少云或无云，主要由层积云组成。
6.逗点云系：形如逗号，它是由于大气非均匀旋转使云变形造成，所以 它总与最强的正涡度平流相联系。识别注意其后边界应是“S”形。 具有逗点头(宽)而逗点尾细，以及有干侵入区。
台风云型 台风是热带气旋发展的最高阶段，它经历了热带低压、风暴、强风暴三
个阶段后才发展为台风。热带气旋发展初期，其云型千姿百态，大 体可以归结为热带辐合带中扰动、东风波和高空冷涡等。台风云型 主要由外部螺旋云带、中心密实云区和眼区三部分组成。 1 螺旋云带：一条或多条宽度多在1/2纬距以上不等的云带，旋向一个共 同中心汇合，云带常常嵌着一些白亮的对流云团。
卫星气象学课件：第5章 卫星云图分析基础0-1
卫星云图分析的主要内容有：
1) 区分不同通道的云图，即是可见光还是红外云图？
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表5.1是各种云和地面目标物体的反照率，
可见：
①水面的反照率最低，厚的积雨云最大； ②积雪与云的反照率十分接近，所以仅从可见 光云图上的色调难以区别云和积雪； ③薄卷云与晴天积云、沙地的反照率也很接近， 也不易区别它们。
太阳耀斑区
水体反照率小在云图 上呈黑色。但是，如果太 阳光从水面单向反射到卫 星仪器内，在可见光云图 上会出现一片色调较浅的 区域，或是小而明亮的区， 这些区称做太阳耀斑区； 它表明水面有微波或水面 平静。
可见光图像的黑白程度表示地球和大气中各种云对可 见的太阳光的反射辐射强度（主要决定于物体的反射 率），故其观测原理与照相原理相似。
较黑色调代表低亮度（低反照率辐射强度）
较亮色调……
L
L ()
E ()sun
其中Eλ（∞）是入射大气顶的辐射，通常可以当作定值， ρL（λ）地面反照率，μsun是太阳天顶角的余弦。
太阳高度角对可见光云图上色调的影响
太阳高度角对可见光云图上色调的影响
太阳高度角对可见光云图上色调的影响
太阳高度角对可见光云图上色调的影响
青海湖
L
CR A
D T
1975年8月14日9：00（UTC）的可见光图像
可见光云图解释中存在的问题
1 区分云与地面雪盖：都较为白亮，容易混淆
…因此关于地表状况的地理知识在云图解释中极其重要。 山脉上覆盖的积雪在黑色无雪的山谷衬托下表现出白色 和树枝状。另外，与云不同，地面雪盖是准静止的，利 用动画显示的图像可以区分
29种云的识别图
29种云的识别图1、“棉花”云轮廓分明，顶部凸起，底部平坦，云块多不相连，呈棉絮状。
2、碎积云“被撕扯的棉花碎片”，在淡积云形成之前被风吹散，形成边缘破碎、轮廓不完整、形状多变的碎积云。
常伴随晴好天气，对飞行影响不大。
3、淡积云“压扁的棉花”，向上发展较弱，因此形体扁平，轮廓分明，底部较平，顶部呈圆弧形凸起。
云的水平宽度大于垂直厚度，远处看圆弧形云顶和较平的云底都很清楚。
农谚：馒头云，天气晴。
飞行：影响较小，云上飞行比较平稳，若云量较多时，在云下或云中飞行有时有轻微颠簸，云中飞行，连续穿过许多云块，由于光线忽明忽暗，容易引起疲劳。
4、浓积云“大花椰菜”，云体高大，像高塔，发展旺盛，轮廓清晰，底部平坦而灰暗，顶部凸起而明亮，顶部呈重叠的圆弧形凸起，形似花椰菜。
飞行：禁止在浓积云中飞行！云下或云中飞行常有中度到强烈颠簸，云中飞行常有积冰。
此外，由于云中水滴浓密，能见度十分恶劣，通常不超过20m。
5、积雨云“耸立的高山”，云体浓厚而高大，像大山或高峰，云顶由冰晶组成，有白色毛丝般光泽的丝缕结构，有时呈铁砧状或马鬃状，云底阴暗混乱，常呈暗黑色，起伏明显，有时呈悬球状、滚轴状、漏斗状或弧状，常有阵性降水、雷电、狂风、暴雨等天气现象。
飞行：禁止在积雨云中或积雨云区飞行！云中能见度极为恶劣，飞机积冰强烈，云中或云区都会遇到强烈的颠簸，雷电的袭击和干扰，而暴雨、冰雹、狂风都可能危及飞行安全。
6、秃积雨云“变秃又变强”，浓积云发展到鬃积雨云的过渡阶段，花椰菜形的轮廓渐渐变得模糊，顶部开始冻结，形成白色毛丝般的冰晶结构，存在时间一般比较短暂。
7、鬃积雨云“究极形态”，积雨云发展的成熟阶段，对流发展极盛阶段，由于该高度远高于冻结高度，出现大量的冰晶，云顶呈白色茸毛状云丝，云顶花椰菜状迅速消失，趋向平展，形成铁砧(zhēn)状，称为云砧，边缘出现细鬃条纹，称为马鬃(zōng)状。
8、层积云“云圈最乱的云”，大小不均、薄厚不匀、形状各异、颜色多变，条状、片状或团状、从亮白到蓝灰色调，云底一般有很清晰的轮廓，层积云云底多呈块状结构，云层透光程度差别较大。
气象卫星云图
5.中云与层云（雾）的区别
在可见光图上中云与层云（雾）都呈 片状的白色，但是中云与高空槽、锋面、 气旋相关，范围大；层云（雾）的尺度要 小，而且其边界光滑整齐。
6.夜间层云和雾与地表的区分
夜间层云和雾与地表的区分有以下几种方法： 晴空夜间地表的一些固定参照物，如河流、湖泊、 海岸线和山脉等地理目标物都有较清楚，当有层 云（雾）覆盖时，则没有固定地面目标物出现。
·对给定的T（z），卫星在水汽 通道测量的辐射决定于水汽含量。 水汽越多，透过率越小，卫星接 收的辐射越小，因此根据卫星测 量的水汽辐射可以推算大气中水 汽分布。 ·在水汽图上，色调愈白表示大 气中水汽含量愈多，反之就愈少。
比较水汽图和红外云图，发现水汽图有以下特点：
1、在水汽图上，积雨云也卷云的表现十分清楚，其特征与红外云图类同； 2、难以在水汽图上见到地表和低云（低于850百帕），其反射的辐射被大气 全部吸收而不能到达卫星； 3、在水汽图上的水汽表现远比红外图上的云区要宽广，因为在没有云的地 方仍然有水汽存在；因此在水汽图上水汽区比云区要连续完整； 4、在水汽图上色调浅白的地区是对流层上部的湿区，一般与上升运动相联 系；色调为黑区是大气中的干区，相应大气中的下沉运动。
三、水汽云图
水汽云图：
以6.7微米为中心的吸收带是水汽强吸 收带，在这一带内，卫星接收的是水汽发 出的辐射，水汽一面吸收来自下面的辐射， 同时又以自身温度发射红外辐射。如果大 气中水汽含量愈多，吸收来自下面的红外 辐射愈多，到达卫星的辐射就愈少。所以 由卫星测量这一吸收带的辐射就能推测大 气中水汽含量。由这一吸收带得出的图象 称水汽图。
·由于地表和大气的温度随季节和纬度而变，所以红外云图上的色调表现有以下几个特点：
1、红外云图上地面、云面色调随纬度和季度而变化 在红外云图上，从赤道到极地，色调愈来愈变白，这是由于地面和云面的温度向高纬度地区 递减的缘故。同一高度上的云，愈往高纬度，云顶纬度降低，其低云比中高云尤为明显。这就 造成了在高纬度地区，低云和地表面的色调同中高云的色调很相近，这种现象在冬季最明显， 而且尤其是在夜间，最不容易区分出冷的地表面上空的云。在冬季热带和副热带地区，地表面 和高云的温度差达100℃以上，在云图上有明显的反差；但是大陆极地区域，这种温度差不到 20℃，这就是说在高纬度地区地表和云之间的温度差很小，所以在红外云图上只有很小的色调 反差，不容易将云与冷地表区别开，云的类型也难以区别。 2、红外云图上水面与陆地色调的变化 在冬季中高纬度地区，海面温度高于陆地温度，因此海面的色调比陆面要暗。但是到夏季， 陆面的温度要高于海面温度，特别是在我国北方沿海地区，还不到夏季白天陆地增温较快，如 山东半岛地区就表现为较暗的色调。如果陆地与水面的温度相近，则它们的色调相近，水陆界 线也不清楚。在白天的陆地上，干燥地表的温度毕变化较大，其色调变化也大，潮湿或有植被 覆盖的地区，温度变化较干燥的地区小，其色调变化也较小。
实拍各种类型的云图及其特征
云图
1、类型：层积云
特征：个体比高积云更大，外型较柔和，结构不太明显。
如果连成一片，则底部具有波浪型态和明暗相间的灰色阴影。
2、类型：卷层云
特征：是最高最白的一种云幕，当太阳被遮住时，仍能看到它的轮廓，周围常出现一种晕。
凡天空有晕就一定有卷积云，但厚的卷积云则像幕一样拉到天边。
3、类型：碎积云
特征：碎积云（Fc）云体很小，比较零散分布在天空，形状多变，为白色碎块，多为破碎了或初生的积云。
色呈灰白，具备积云特征，边缘残破。
4、类型：卷积云
特征：云块很小，白色无影，是由呈白色细波﹑鳞片或球状细小云块组成的云片或云层，常排列成行或成群，很像轻风吹过水面所引起的小波纹，白色无暗影，有柔丝般光泽，云体很薄。
5、类型：高积云
特征：高积云的云块较小，但个体比卷积云大，轮廓分明，在厚薄、形状上有很大差异，底部成波浪状，或排成一长列，或交织成棋盘状。
薄的云块一般呈白色。
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卫星云图上各类云的特征
A·卷状云在可见光云图上，卷云的反照率低，呈灰一深灰色；若可见光云图卷云呈白色，则其云层很厚，或与其它云相重迭；在红外云图上，卷云顶温度很低，呈白色。
无论可见光还是红外云图，卷云有纤维结构。
B·中云（高层云和高积云）在卫星云图上，中云与天气系统相连，表现为大范围的带状、涡旋状、逗点状。
在可见光云图上，中云呈灰白色到白色，色调的差异判定云的厚度；在红外云图上，中云呈中等程度灰色。
C·积雨云无论可见光还是红外云图，积雨云的色调最白；当高空风小时，积雨云呈圆形，高空风大时，顶部常有卷云砧，表现为椭圆形。
D·积云、浓积云在可见光云图上积云浓积云的色调很白，但由于积云浓积云高度不一，在红外云图上的色调可以从灰白到白色不等，纹理不均匀，边界不整齐。
其型式表现为积云线和开口细胞状云。
E·层云（雾）在可见光云图上，层云（雾）表现为光滑均匀的云区；色调白到灰白，若层云厚度超过300米，其色调很白；层云（雾）边界整齐清楚，与山脉、河流、海岸线走向相一致。
在红外云图上，层云色调较暗，与地面色调相的。
卫星云图识别云的判据
在卫星云图上识别云的判据有六个：
①结构型式：是指不同明暗程度物象点的分布式样，如高层高积云常表现为带状、涡旋状等，开口细胞状云系是由积云浓积云组成等；
②范围大小，是指云系的分布尺度，由云系尺度可以推断形成云的物理过程，尺度小的云系常与中小尺度天气系统相关；尺度大的则与大尺度的天气系统联系。
③边界形状：不同类型的云，边界不尽相同，如积云浓积云边界不整齐，层云（雾）边界较整齐。
④色调：是指物象的亮度。
可见光云图上云的色调与云厚和云的成分有关，红外云图上则与云顶温度相关。
⑤暗影：是指在一定太阳高度角下，高的云在低的目标物上的投影。
⑥纹理：用来表示云顶表面粗糙程度，如层云（雾）云顶表面均匀、光滑；而积云浓积云表面多起伏、不均匀.。