中國(guó)科學(xué)院官方賬號(hào)~昨天 21:53
編者按：從古至今，人類(lèi)從未停止過(guò)探索未知世界的腳步，認(rèn)知世界的能力和手段與日俱增。中科院之聲與中國(guó)科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院聯(lián)合開(kāi)設(shè)“觀天測(cè)地”專(zhuān)欄，為大家介紹天上地上探索的那些事兒，帶來(lái)空天信息領(lǐng)域最新進(jìn)展，普及科學(xué)知識(shí)。
青藏高原被稱(chēng)為“世界屋脊”、“第三極”，是世界上海拔最高的高原。它的地勢(shì)東低西高，平均海拔在4000米以上。高原腹地年平均溫度在0℃以下，大片地區(qū)最暖月平均溫度也不足10℃。特殊的地理環(huán)境和氣候條件使青藏高原對(duì)區(qū)域和全球氣候變化有重要影響。過(guò)去的50年中，高原氣溫平均上升速率約為每10年0.3℃，約為全球變暖速率的3倍。高原顯著增溫加劇該地區(qū)冰川消退、凍土融化和生態(tài)系統(tǒng)退化。
依托第二次青藏高原科學(xué)考察研究任務(wù)二專(zhuān)題6“亞洲水塔區(qū)水循環(huán)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與模擬”項(xiàng)目，中國(guó)科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院的青藏高原科考分隊(duì)于2020年9月12號(hào)至9月19號(hào)組織野外科考任務(wù)，主要在申扎、班戈、雙湖以及納木錯(cuò)流域等進(jìn)行科學(xué)考察。
云作為能量和水循環(huán)的重要載體，其生成及變化對(duì)大氣環(huán)流、水循環(huán)和大氣與地表能量收支有著重要的影響，是引起日照、相對(duì)濕度、氣溫等氣象因子發(fā)生變化的主要原因。云是專(zhuān)題6的主要研究對(duì)象之一。沿途科考隊(duì)員們記錄了觀察到的不同類(lèi)型的云：
（1）卷積云（Cirrocumulus）在高空中像一朵一朵的魚(yú)鱗狀氣團(tuán)，顏色呈現(xiàn)白色或者灰色，卷積云由冰晶組成，每塊云團(tuán)往往非常小，觀察者在伸直胳膊的情況下相當(dāng)于小手指肚的大小。卷積云通常出現(xiàn)在冬天或者寒冷的天氣。此行在青藏高原上碰到的卷積云較少，且僅覆蓋小塊的天空。
圖1 右上角為半透明魚(yú)鱗狀的卷積云 （尚華哲 攝影）
（2）卷云（Cirrus）呈現(xiàn)出一縷一縷的發(fā)絲狀，有些呈現(xiàn)半透明，有些呈現(xiàn)出白色；卷云由冰晶組成，多覆蓋在較低的云層之上，其尺度可以從很小到很大。從飛機(jī)上和地表觀察到的卷云，多與其他云類(lèi)型同時(shí)出現(xiàn)。
圖2 羽毛狀的卷云（尚華哲 攝影）
（3）卷層云（Cirrostratus）呈現(xiàn)“被單”狀的灰白色，其厚度較薄，陽(yáng)光和月光照射云層可以形成光暈。卷層云也由冰晶構(gòu)成，在低海拔地區(qū)卷層云往往可以覆蓋整個(gè)天空，此行觀察到的卷層云多呈長(zhǎng)條狀，且覆蓋天空面積很少。
圖3 長(zhǎng)條線狀的卷層云（尚華哲 攝影）
（4）高積云（Altocumulus）呈現(xiàn)出塊狀、卷狀或補(bǔ)丁狀的分布特點(diǎn)，有一部分云體被遮蓋而呈現(xiàn)出更深的顏色。高積云由不穩(wěn)定的對(duì)流云頂部轉(zhuǎn)化而來(lái)，夏季早晨的高積云的出現(xiàn)往往預(yù)示著出現(xiàn)雷雨天氣。
圖4 高積云（尚華哲 攝影）
（5）高層云（Altostratus）通常像“床單”一樣非常均勻地平鋪在空中，有時(shí)會(huì)呈現(xiàn)破碎的狀態(tài)而呈現(xiàn)出固定的紋理特征。陽(yáng)光可以穿透高層云，從地表觀察呈現(xiàn)灰色或者藍(lán)綠色。高層云能夠形成較輕的降雨，降雨一般在到達(dá)地面之前就已經(jīng)蒸發(fā)，形成云幡。高層云多以水云的形式存在，有些情況下云中或云頂存在冰晶粒子。
圖5 高層云（尚華哲 攝影）
（6）層積云（Stratocumulus）多形成于較冷的海面，且邊界層不穩(wěn)定的情況下。邊界層的對(duì)流活動(dòng)給云層提供垂直運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能，旺盛的對(duì)流運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致溫度從地表一直遞減，在云頂接近穩(wěn)定，邊界層上層為逆溫層，溫度隨高度的升高而升高。逆溫層多由干燥的熱氣團(tuán)的沉降維持。云的對(duì)流是通過(guò)云頂逆溫層的長(zhǎng)波冷卻維持的，一般云層垂直速度在云底最大。層積云一般厚度在幾百米，高度不超過(guò)2.5km。
圖6 層積云（尚華哲 攝影）
（7）層云（Stratus）一般是由于晨霧在抬升的過(guò)程中溫度低于露點(diǎn)溫度之后形成、或者冷空氣移動(dòng)到低海拔地區(qū)形成。相比其他類(lèi)型的水云，層云呈現(xiàn)出淺灰到深灰的顏色且形狀變化較其他類(lèi)型的水云更慢。
圖7 層云（姬大彬 攝影）
（8）雨層云（Nimbostratus）在水平方向上可以延展近百公里，厚度約為2-5km，雨層云呈現(xiàn)灰色等較暗的顏色，因?yàn)閷?duì)光線具有很強(qiáng)的遮擋作用。雨層云多伴有降雨，它們一般形成于暖鋒或者閉合的具有較弱上升氣流的鋒面。雨層云經(jīng)常由高層云變厚變低轉(zhuǎn)化而來(lái)。
圖8 雨層云（尚華哲 攝影）
（9）積云（Cumulus）形成于對(duì)流較強(qiáng)的大氣條件下。太陽(yáng)輻射加熱地表使得近地層的氣團(tuán)升溫浮力升高，上升的氣團(tuán)的水汽達(dá)到凝結(jié)高度后液化形成可見(jiàn)的云朵。云頂高度一般為6km，云頂可見(jiàn)的凸起是因?yàn)樵浦袣鈭F(tuán)的持續(xù)上升造成的。云中存在水滴和冰晶。
圖9 積云（尚華哲 攝影）
（10）積雨云（Cumulonimbus）云頂高度可以達(dá)到12-16km，甚至突破對(duì)流層。對(duì)流云呈現(xiàn)典型的鐵砧形狀，較平的云頂說(shuō)明云上部大氣條件的穩(wěn)定。云層中一般有降雨或者降雪，導(dǎo)致觀察到的云邊界較為模糊。積雨云可以形成多種極端天氣，包括暴雨、冰雹、雷暴以及閃電等。
圖10 積雨云（尚華哲、姬大彬 攝影）
現(xiàn)實(shí)生活中我們往往通過(guò)云呈現(xiàn)的形態(tài)、高度等特征作為我們預(yù)測(cè)天氣的依據(jù)。云具有復(fù)雜多變的形態(tài)特征和紋理特征，特別是在地形復(fù)雜、天氣多變的青藏高原地區(qū)。在青藏高原地區(qū)對(duì)卷積云、卷云、卷層云、高積云、高層云、層積云、層云、雨層云、積云、積雨云等典型云類(lèi)別的科考觀察及圖片收集，為該區(qū)域云的研究提供借鑒。
作者：尚華哲、姬大彬、胡斯勒?qǐng)D
來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院
