苏立娟;郑旭程;王凯;于水燕;王秀丽
【摘 要】文章利用2013年内蒙古中部地区呼和浩特、东胜、临河、乌拉特中旗4个高空观测站的L波段探空秒数据,采用相对湿度阈值法,进行云垂直结构气候学特征分析以及降水云系的垂直结构分析.结果表明:呼和浩特地区平均云底高度为2680m,平均云顶高度为6433m,平均云厚为3753m.在全年中有60.2%的时间是无云天气;在有云时候,单层云约占24.1%;多层云中以双层云居多,约占总数的10.1%.云底高度低于2.5km、云层厚度在3.5km以上、云顶高度高于5.0km且连续无夹层是内蒙古中部地区降水云系的垂直结构特征.
【期刊名称】《内蒙古气象》
合肥周边必去的景点【年(卷),期】2017(000)002
【总页数】6页(P3-8)
【关键词】L波段探空秒数据;云垂直结构;降水云
【作 者】苏立娟;郑旭程;王凯;于水燕;王秀丽
【作者单位】内蒙古气象科学研究所,内蒙古 呼和浩特 010051;内蒙古气象科学研究所,内蒙古 呼和浩特 010051;内蒙古气象科学研究所,内蒙古 呼和浩特 010051;内蒙古气象科学研究所,内蒙古 呼和浩特 010051;宁城县人工影响天气与气象灾害防御指挥办公室,内蒙古 赤峰 024200扬州旅游攻略自由行
【正文语种】中 文
【中图分类】P426.5
形态各异、尺度不一的云，覆盖着全球50%以上的天空。云的水平分布和垂直结构特征，无论是对天气、气候还是人工影响天气都十分重要。对于天气和气候的变化，云不仅是指示器，而且是调节器。云在形成过程中释放的潜热对上升运动及云自身的发展与维持有极大的作用。一方面，云通过吸收和发射长波辐射、反射和散射短波辐射调节着地气系统的能量平衡；另一方面，云通过降水过程参与大气中的水循环，进而调节大气的温度、湿度等的分配过程。由于云能影响大气的动力和热力过程，同时能改变大气中的水循环，因此，
云对天气和气候都有着重要的影响。云与辐射之间复杂的相互作用，对天气变化过程有重要的影响，对气候变化的影响更不容忽视。云和辐射的相互作用，是气候变化研究中的热点和难点。Wang 等[1]通过研究发现云的垂直结构特征对大气循环的作用比水平分布更加重要，并总结出了3个重要的云垂直结构特征参数：云顶高度、云层数以及多层云之间的夹层厚度。以往的研究对云的水平分布，云总量的关注度比较高，随着探测技术的发展和遥感反演技术的提高，近年来对云的研究重点逐步转向云宏观和微观物理特性的众多参数中，对云垂直结构的进一步理解就是重点之一。
大量的实验和观测证实，云的垂直结构能够显著的影响大气环流。不同的天气系统也具有不同的云结构特征。而降水云的垂直结构能够反映降水云团的动力和热力结构特征，以及云团中降水的微物理特征。因此获得云的垂直结构特征及其在时空上的变化对于研究全球气候变化、选择人工影响天气作业条件有着重要意义。
国内对于云垂直结构的研究多采用云雷达资料，但由于受仪器限制，不能广泛的布网，只能对单点观测。而CloudSat卫星虽然能够大范围的观测，但是受其轨道限制不能对一个地方进行连续观测，而且其观测也有一定的盲区。所以需要一种能够广泛布网，而且又能对
云的垂直结构能够持续探测的仪器和方法，广泛布网的无线电探空获得的对空中温湿的探测，对了解云的垂直结构很有帮助。因此本文利用我国气象业务布网的L波段探空秒数据对云的气候学特征及降水云垂直结构特征进行分析。
本文利用我国气象业务布网的L波段探空秒数据、地面观测数据等资料。L波段高空气象探测系统是我国自行研制具有独立知识产权的高空气象探测系统之一，由GFE（L）1型二次测风雷达和GTS1型数字探空仪配合组成，能够连续自动测定高空气温、湿度、气压、风向和风速等气象要素，具有高分辨率和实时采集的能力。10万元乳山银滩海景房
L波段高空探测系统采样周期为1.2s（因此其数据也称为探空秒数据），每分钟的采样频率约为50次，按照每分钟400m升速算，L波段高空探测仪的空间垂直分辨率为8m，具有高分辨率和实时采集的能力，其性能与以往探空仪相比，得到了很大的提高。它主要包括从地表到30km高空的气温、湿度、气压和风向风速数据。因此，可以利用L波段探空系统进行云垂直结构的分析。
本文使用了2013年内蒙古中部地区呼和浩特、东胜、临河、乌拉特中旗4个高空观测站的L波段探空秒数据，地面观测站的降水量及卫星云图等资料。
目前利用探空数据分析云垂直结构应用最多也最成熟的方法主要是相对湿度阈值法[2]。1995年Wang等[1]认为当探空仪器穿过云层的时候，湿度的变化和云层的变化有很大的关系，于是Wang 等[1]根据一年的地面和探空观测对云底高度范围内的相对湿度做频率统计，得到在地面人工观测云底高度范围内湿度的频率分布，发现相对湿度87%处在一个显著变化的频率上，相对湿度＜84%的只占所有个例的25%，因此以84%～87%作为阈值判断云层，改进了Poore[3]的方法，通过对相对湿度取阈值来判断云层垂直结构。
采用相对湿度阈值法分析云垂直结构的主要算法包括：(1)换算相对湿度，气温低于0℃时，要按照冰面饱和水汽压去计算相对湿度，即利用实际水汽压除以冰面的饱和水汽压得到新的相对湿度（RH-ice）；(2)云层中相对湿度最大值要大于87%，最小值要不小于84%；(3)在云层边界云底和云顶时相对湿度的跳变要大于3%，且在云顶有负的跳变，在云底有正的跳变，除此以外，由沿用了蔡淼 等[4]改进的内容即：（4）云夹层＜300m，并且夹层内最小相对湿度＞80%时该夹层视为云层内；（5）云层厚度＜80m时，该层云视为湿层；（6）云底高度按照地面人工观测的高度确定。
3.1 云垂直结构气候学统计分析
泸水天气
云在天气和气候系统中扮演着重要而复杂的角，云的物理特性的垂直结构特征及其分布等直接影响云的辐射特性，对气候变化起着关键的作用。利用2013年1月—12月的呼和浩特站的L波段探空资料，采用相对湿度阈值法，进行云垂直结构特征分析，主要包括云底高度、云顶高度和云层厚度的频率分布；多层云的出现频率分布及特征分析；不同云类的特征分析；云垂直结构的季节变化等。
3.1.1 云高度和云厚度特征
利用呼和浩特站2013年共365份探空样本资料，分别统计得出：呼和浩特市的平均云底高度为2680m，平均云顶高度为6433m，平均云厚为3753m，去除夹层的云厚为2546m。图1、图2分别给出了呼和浩特市云底高度、云顶高度和云厚度随月份的分布情况。可以看到：1—4月份，云底和云顶高度均较高，云厚的分布约为2000m；5—8月份，云底普遍较低，约为1500m，云顶高度较高，可达8000m以上，云厚约为6000m，主要由于夏季对流发展比较旺盛；9—12月云底和云顶高度均有所升高，云厚约为2000m。总体看来，呼和浩特市云底厚度、云顶厚度及云层厚度随季节变化十分明显。
3.1.2 多层云的结构特征
图3为呼和浩特市不同云层数出现的频率，可以看出，呼和浩特无云时候占多数，60.2%是无云天气；在有云时候，单层云约占24.1%，多层云中以双层云居多，占10.1%，三层云以上（包括三层云）出现的次数较少，仅有5.5%。根据不同云层数的统计发现，单层云出现时其平均云底高度为2714m，云顶高度4769m，云层厚度2364m。从单层云到多层云，随着云层数的增加，云层厚度度逐渐增加（单层2047m，双层2769m，三层3743m），云底逐渐降低，云顶也有所升高。多层云出现时，高层的云厚比低层要厚，三层云的夹层比双层云厚。从图4多层云出现的频率随月份变化看出，4—9月，即春末至秋初多层云出现的频率较高，春天与秋天的频率较低，主要与呼和浩特市本地对流天气的发展密切相关，其中1、11月和12月频率较高，可能与统计的样本数有关。
3.1.3 不同云类的的结构特征
根据云底高度和厚度的不同，将云分为以下四类：（1）低云，云底高度＜2.5km，云厚＜6km；（2）中云，云底高度在2.5～6km之间；（3）高云，云底高度＞6km；（4）深对流云，云底高度＜2.5km，云层厚度＞6km。这4类云出现的频率（见图5）分别为42.8%、29.1%、25.9%和2.2%。可见呼和浩特市低云到中云到高云出现的频率逐渐减小，深对流
云出现的次数最少仅有2.2%。对不同云类的云厚度统计发现，低云平均云底高度为1156m，云层厚度较薄仅有1226m；中高云比低云略厚，其中中云为1896m，高云为2060m；深对流云较厚，最高可达16.5km，且云顶高，最高可达到17210m。
3.1.4 云结构的月份变化特征
山东省最新天气预报云结构的变化与月份有一定的关系，图6给出了呼和浩特云层出现次数随月份变化的情况，可以看出，云层出现次数随月份变化较大，其中6、7、8三个月出现云的次数较多，每月均在15次以上，7月份更是高达25次；其他月份出现云层的次数则较少，特别是在冬季的12月份和1月份，云层出现次数基本在5次左右。总体看来，呼和浩特市夏季的云层发展十分旺盛的，但冬季的云覆盖则较少，与本地的气候环境有很大关联。
3.2 典型降水云的垂直结构特征
降水云和非降水云具有不同的云垂直结构特征，根据人工观测时是否有降水，将内蒙古中部地区的呼和浩特、东胜、临河、乌拉特中旗4个站点的降水云和非降水云进行统计，得出降水云和非降水云的垂直结构特征。
广东旅游景点大全排行3.2.1 个例的挑选
根据2013年3—10月的自动气象站小时雨量数据，首先将呼和浩特、东胜、临河、乌拉特中旗4站有降水的时段挑出，之后对照4站降水时段、环流形势及云图等资料，最终确定11次大范围的降水过程，9次小范围降水。
3.2.2 降水云垂直结构特征分析
利用20次过程呼和浩特、东胜、临河、乌拉特中旗4站共120个个例的L波段探空秒数据，将其分为有降水和无降水两组，分别从云底高度、云顶高度、云层厚度、多层云特征4个方面展开讨论，并且结合云状、天气现象等，揭示出降水云垂直结构。
