4.1.2 卫星云图上云的识别

在卫星云图上，云的识别可以根据以下六个判据：结构型式、范围大小、边界形状、色调、暗影和纹理，下面分别进行介绍。

（1）结构型式

在云图上，所谓结构型式是指目标物对光的不同强弱的反射或其辐射的发射所形成的不同明暗程度物像点的分布式样，这些物像点的分布可以是有组织的，也可以是散乱的，即表现为一定的结构型式。卫星云图上云的结构型式有带状、涡旋状、团状(块)、细胞状、波状等。

由云的结构型式有助于识别云的种类和云的形成过程。如：冬季洋面的开口细胞状云系，是由积云或浓积云组成的，它是冷空气到达洋面受海面加热变性而形成的；大尺度的带状云系主要是由高层云和高积云组成的；团状云块一般是积雨云等。

由云的分布型式有助于识别天气系统，如锋面、急流呈带状云系，台风、气旋（低压、冷涡）具有涡旋结构等。

（2）范围大小

在卫星云图上，云的类型不同，其范围也不同。如与锋面、气旋相联的高层云、高积云和卷云分布范围很广，可达上千千米；而与中小尺度天气系统相联的积云、浓积云和积雨云的范围很小。因此，从云的范围可以识别云的类型、天气系统的尺度和大气物理过程。如在山脉背风坡一侧出现的排列相互平行的细云线，就能知道这是山脉背风坡一侧重力波形成的。

（3）边界形状

在卫星云图上，根据不同的边界可以判别各类物像。云的边界形状有直线的、圆形的、扇形的，有呈气旋性弯曲的、也有呈反气旋性弯曲的，有的云（如层云和雾）边界十分整齐光滑，有的云（积云和浓积云）边界则很不整齐。

云的边界还是判断天气系统的重要依据，如急流云系的左界整齐光滑，冷锋云带呈气旋性弯曲等。

（4）色调

色调有时也称亮度或灰度，它是指卫星云图上物像的明暗程度。不同通道图像上的色调代表的意义不同。可见光云图上的色调与物像的反照率、太阳高度角有关。对云而言，其色调与它的厚度、成分(水滴或冰粒子性质)和表面的光滑程度有关。云的厚度越厚，反照率越大，色调越白，大而厚的积雨云的色调最白，因此由云的色调可以推算云的厚度。在相同的照明和云厚条件下，水滴云要比冰云白。

在红外云图上，物像的色调决定于其自身的温度，温度越高色调越黑。由于云顶温度随大气高度增加而降低，云顶越高，其温度越低，色调就越白，因此根据物像的温度能判别云属于哪一种类型和地表。积雨云和卷云的色调最白。夏季白天沙漠地区，温度高，色调很黑。

在短波红外云图上，白天物像一方面反射太阳辐射的同时，其以自身的温度发出短波红外辐射，所以图像上的色调不仅取决于反照率，还决定于温度，造成图像十分复杂，根据色调识别物像很困难。

在水汽图上，根据色调可以识别水汽分布，由水汽图也能判别积雨云和卷云。

（5）暗影

暗影是在一定太阳高度之下，高的目标物在低的目标物上的投影。暗影都出现于目标物的背光一侧边界处。暗影只能出现于可见光云图上，它反映了云的垂直分布状况。由暗影可以识别云的类别。在分析暗影时要注意以下几点：

1) 暗影宽度与云顶高度有关，云顶越高，暗影越宽；

2) 暗影宽度与太阳高度角有关，太阳高度角越低，迎太阳一侧云的色调越明亮，背太阳光一侧出现暗影。所以冬季中高纬度地区或早晨的卫星云图上，一些较高云的暗影较明显。而太阳高度角较高时，如低纬度地区或中午前后，即使是卷云或积雨云也难以从云图上见到暗影；

3) 上午云图上，云区西边界一侧出现暗影；下午云图上，暗影出现于云区的东边界一侧；

4) 暗影只能出现于色调较浅的下表面上，如低云、积雪或太阳耀斑区内容易见到暗影。

5) 分析暗影时要将云的裂缝与暗影区分开。

（6）纹理

纹理是指云顶表面或其它物像表面光滑程度的判据。由云的纹理能识别不同种类的云。若云顶表面很光滑和均匀，表示云顶高度和厚度相差很小，层云和雾具有这种特征；若纹理多皱纹和斑点，就表明云顶表面多起伏，云顶高度不一，积状云具有这种特征；若纹理是纤维状，则这种云一定是卷状云。

有时候在大片云区中出现有一条条很亮的或暗的条纹，可以是直线或弯曲的，这些条纹称“纹路”或“纹线”。这种纹线与云的走向有关，指示1000～500 hPa间等厚度线的走向。

4.1.2.2 卫星云图上各类云的识别

由识别云的六个判据，能识别卷状云、对流性云和层状云三大类云，其中包括九种：卷状云、积雨云、中云(高层、高积云)、积云、浓积云、层积云、层云或雾等。在卫星云图上显示的云是地面观测到云的集合体，如果地面观测到的云小于卫星探测的分辨率，则这种云在卫星云图上难以判别。

⑴ 卷状云

卷云的高度高，温度低，它由冰晶组成，反照率低，对可见光具有透明性。所以其色调在红外云图上，通常表现成白色，与地表、中低云间有强的对比度，很容易将它们区分开。只有十分稀薄的卷云，色调较暗；

在可见光云图上，卷云的色调变化范围很大，由深灰到浅白色，这决定于卷云的厚度，有时能透过卷云看到其下垫面的目标物；

在水汽图上，卷云的色调呈白色。

在卫星云图上，卷云可分为：卷层云、纤维状卷云、卷云砧、密卷云等。

1) 卷层云

结构型式：卷层云与高空槽、急流、锋面和气旋等天气尺度系统相联，可以表现为盾状、带状和涡旋状；

范围大小：卷层云常表现为范围很大的云区或云带，可达千余千米；

边界和暗影：与急流相联的卷云，左界整齐光滑，在可见光云图上时常有暗影出现；

纹理：卷层云云区均匀而光滑，只在其边界处出现一些短的纤维状卷云。

图4.8 2007年11月23日上午可见光云图上卷云的暗影

图4.8中，A-B是高空西北风气流下的卷云，上风一侧边界整齐，下风一侧是卷云羽，云区的东北和西边界一侧有明显的暗影。

2) 纤维状卷云

纤维状卷云在我国西部青藏高原地区很多见。

结构型式：呈带状，在涡旋状云区中也可见到纤维状卷云；

纹理：这种卷云的主要特征是纹理为纤维状；

范围大小：有的宽度可达50～100 km、长达千余千米，也有的仅表现为很短的卷云羽。

图4.9中，B为纤维状卷云，在高空风的作用下，卷云表现为一条条卷云线，与风的走向基本一致，其南面的卷云线有清楚的暗影，A处是稠密多起伏的对流云系，色调很白。

3) 卷云砧

卷云砧是积雨云顶部的伪卷云。

结构型式：呈砧状；

边界形状和纹理：上风方向一侧边界整齐光滑，下风一侧边界出现纤维状或羽状纹理，且越往下风方向色调越暗；在积雨云顶母体处，纹理均匀光滑。

暗影：可见光云图上常可见到卷云砧的暗影。

图4.10是青藏高原切变线云系南侧的积雨云顶部向偏南方向伸出的卷云砧，随卷云砧远离积雨云，云系变得越来越薄，色调也越来越暗，同时可以看到卷云下方的强对流云系。

4) 密卷云

密卷云是指冰晶很稠密，反照率很强的卷云。它的结构特点是：常成一团团稠密的球状或长条状。

图4.11中可以清晰地看到卷云产生的暗影，由于是上午的云图，所以暗影都出现西侧。

5) 薄卷云

薄卷云对红外辐射是半透明的，其透过率与云的垂直厚度及云内冰晶含量有关。薄卷云比厚卷云更透明，如一定冰晶浓度和粒子大小、厚度为0.5 km的一层薄卷云，可以透过下面发射辐射的80％，当厚度增大到5 km时，只能透过下面发射辐射的20％。

由于薄卷云对红外辐射是半透明的，所以卫星测量到的辐射来自卷云顶较小（冷）辐射和由卷云下面向上传输的较暖辐射两部分之和，此时，由卫星测量的辐射推算的卷云顶温度比实际的要高，而估计的云顶高度则偏低。

在红外图上薄卷云的色调变化很大，它与卷云的厚度、卷云下面辐射面的温度和大气层结有关。卷云下面有中云存在时：测量的辐射一部分来自温度比地表冷的中云，另一部分来自卷云，则这种卷云比下面没有中云的薄卷云更冷一些。下面没有中云的卷云，其色调常与较低较暖的中云色调相近。

⑵ 积雨云

积雨云时常是几个雷暴单体的集合，它的主要特点如下所示。

结构型式：常呈团状结构，称为云团。当高空风很小时，风的垂直切变小，积雨云呈近乎圆型的云团；当高空风很大时，风速的垂直切变很大，积雨云呈椭圆型云团，长轴方向与风的垂直切变方向一致；积雨云团到成熟时，下风一侧出现卷云砧。

色调：积雨云顶最高处最冷，无论是红外云图，还是可见光云图或者水汽图上，其色调最白；

边界形状：边界与其发展阶段、风速垂直切变有关。初生阶段时，云的边界光滑整齐；发展和成熟阶段时，其边界处出现短的卷云羽。当风的垂直切变很大时，积雨云出现卷云砧的边界特征。

范围大小：积雨云与中小尺度天气系统有关，其尺度相差很大，小的只有十几公里，大的可达几百公里；一般初生的尺度小，呈小颗粒状，成熟的云体较大。有些积雨云相互合并，连成一片，形成尺度达数百公里的云区，这种云系称为对流复合体；

纹理：积雨云云顶可达对流层顶，一般纹理较为光滑均匀，尤其是在红外云图上。但当出现穿透性强对流云时，云顶多起伏，在可见光云图上呈多皱纹和斑点的纹理特征。

暗影：云顶高，一般有暗影。但是积雨云在夏季最活跃，这时除早晚时刻外，其余时刻太阳高度角大，暗影不是时时都明显，分析时要注意辨别。

图4.12显示了华南上空的积雨云A，它是在高空强风速垂直切变下的云型，B处是积雨云产生的暗影，在可见光图上，积雨云A色调最白，其上风方向边界整齐光滑，下风方向有卷云砧。

4.13左图显示了MODIS高分辨率可见光云图上江淮上空老雷暴A西南端的新生雷暴云B，可以看到雷暴云顶表现为多起伏、多褶皱的纹理特征，A呈倒锥形，其西南端有新生雷暴B，表明雷暴正处在强烈发展阶段，4.13右图是新雷暴云B的放大图，图中可以更清楚地看到雷暴云顶是由许多对流泡组成的圆形结构，可分辨出云顶的最高位置。

⑶ 中云（高层、高积云）

在卫星云图上，由于高积云单体远小于卫星仪器的分辨率，无法将高积云与高层云区别开来，只能将高积云和高层云统称为中云。中云是与天气尺度系统相联的一种云系，它的一些特点与大尺度天气系统有关。

结构型式和范围大小：表现为一大片，范围可达2万到20万平方公里。其型式可以是涡旋状、带状、线状和逗点状。

色调和纹理：

1) 可见光云图上，与锋面、气旋相连的中云色调很白，纹理均匀，常伴有低云（雨层云）和降水；

2) 若中云下没有低云，则其色调从灰色到白色不等，只有一层时其色调为灰色；

3) 若中云区多斑点和皱纹，说明云区内有对流出现或云层厚度不一；

4) 大多数中云出现在卷云下，若卷云下面有中云，则其色调更白一些；

5) 红外云图上，中云的色调介于高云和低云之间，为中等程度灰色，厚的中云呈浅灰色。

中云不一定有暗影和确定的边界形状，所以根据暗影和边界不能识别中云。

图4.14为华南静止锋云带中云的分布，由于中云由水组成，反照率较大，可见光云图中I、M色调较白，红外云图上表现为中等程度的灰色，而B、A处的卷云在可见光图上呈灰到灰黑色，在红外图上呈白色， C、C1处的积雨云在可见光和红外云图上都为白亮的色调。

图4.15为与冷锋相联的中云分布，图中M-N-H为一条中云带，在M处红外图上呈中等程度的灰色，可见光图上呈较白的色调，在H-N处由于中云上有卷云表现为多层云系，无论在红外还是可见光图上色调均较白。

⑷ 积云、浓积云

在卫星云图上，积云和浓积云实际上是积云群，这类积云群在地面观测中不容易观测到。在卫星云图上判别积云和浓积云的依据如下所示。

结构型式：常为线状、开口细胞状等，有时呈离散分布型式；

纹理：积云、浓积云是由下垫面加热形成的，加热的差异和大气稳定度不同，使积云区内对流云顶高度不一，厚度有参差，云顶温度不一致，无论在可见光云图还是红外云图上，表现为多斑点、皱纹，为不均匀的纹理；

边界：由于局地加热的不均匀性，积云、浓积云的边界不整齐不光滑 ；

色调和暗影：可见光云图上呈白色，红外云图上色调不一致（因其高度参差不齐，云顶温度有差异），对流较强的云顶较冷，色调较白，对流弱的色调较暗。红外图上云的色调差异可以判断对流的强度。若在层状云区内出现对流，则在云区内会有暗影出现，可见光云图上可以根据暗影的宽度和积云的相对亮度确定对流的强度和云的垂直厚度。

晴天积云的分布很稀疏，不能为仪器所分辨，在云图上不能识别。但当这类积云越来越多，云区范围扩大，则在云图上表现为淡灰色，与地面的色调很接近，所以云的单体还是无法分辨。

如图4.16所示， 四川盆地中部加热效应较盆地南部山脉差，产生的积云、浓积云也较弱，表现为一个个小亮点，而盆地东南方出现一条条与山脊一致的积云线B，A、C处是盆地南面的对流云系，表现为尺度较大的白色对流云。

在图4.17中可以看见热带洋面上很多由积云、浓积云组成的云线a-b、c-d、e-f、g、h，由于积雨云A、B、C、D内气流的外流，这些云线表现为向外凸起的弧状，E处云团已消散，C处积雨云正处在消失阶段，A、D云团正处于成熟阶段。

如图4.18所示，冬季一次寒潮爆发，我国东部从渤海湾经黄海到东海整个沿海地区出现大范围的积云和浓积云线、开口细胞状云系，它们的出现顺序为积云线、分裂为开口细胞状云系，最后为闭合细胞状云系。

⑸ 低云

1) 层积云

层积云是行星边界层内空气的乱流混合造成的，通常出现于低层不稳定、高层稳定的大气条件下，也就是低空有对流，高空为下沉气流的情况下。

结构型式：在冬季洋面冷锋后或副热带高压的东南象限，常表现为球状的闭合细胞状云系；在锋面云带附近表现为一大片或带状；

色调：可见光图上，在海洋上密蔽天空呈白色，类似于中云色调，在大陆上反照率低，断裂稀疏分布，为灰色。在红外云图上，为深灰到灰色，可与中云区分开；

范围大小：范围相差很大，大体上与弱风到中度风区域相一致；

层积云可出现于冬季冷锋后高压的东南象限，也出现于副高的东南象限，锋面云带附近，还出现于山脉背风坡一侧稳定大气中。

如图4.19所示，当冬季冷空气侵入云贵地区受到下垫面的加热产生对流，但由于加热有限，在稳定大气中就形成了层积云，A表现为球状的层积云，B处为一条条积云线。

如图4.20所示，冬季东海海面常处于大陆冷高压的东南象限，冷气流从黄海经东海吹向台湾海峡地区，由于暖海面对冷平流加热产生对流，但由于对流发生在高压内，对流的发展受到高压内下沉气流的抑制，形成层积云，A为层积云，表现为球状闭合细胞状云系，可以看到细胞状云单体越往下风方向（从北向南），单体变得越来越大。

如图4.21所示，冬季高空西北气流翻过山脉引起重力波，在稳定大气中，重力波的波峰处产生的云为层积云，表现为一条条相互近于平行的云线。

2) 层云和雾

层云和雾对交通运输的影响特别大，所以对层云和雾的监测特别重要。由于卫星观测无法判断云底是否到达地面，所以不能从卫星云图上区别层云与雾。层云与雾在卫星云图上判别的依据如下所示。

纹理：大多数层云和雾在稳定大气（逆温）条件下，暖湿空气平流到冷的表面上形成，云顶高度均匀，纹理光滑均匀；

色调：在可见光云图上从灰色到白色，决定于云的厚度和稠密程度，越厚、越浓色调越白。如果超过300 m，则很白；

边界：光滑整齐清楚，受地表的影响较大，常沿着山脉、河流、海岸线或一条低空切变线突然结束；

范围大小：范围相差很大，不能根据范围判别。

层云（雾）一般出现于冷高压后部，或低压前部，或冷锋前方等天气系统的有关处，这些地方存有暖湿空气在冷表面上平流。此外，冬季中高纬地区地表的辐射冷却也有助于层云（雾）的形成。

冬季华北到中原地区大气十分稳定，低层大气处于逆温状态之中，空气质量恶化，大气中霾的浓度增大，反映在卫星云图上为大片灰色模糊区。如图4.22所示，A、B、C、D分别是四川盆地、陕西、黄淮和洞庭湖北的雾区，表现为纹理均匀，边界整齐的特点，在雾的周边灰色朦胧区是霾，可见华北最为严重。

图4.23中，A和B是燕山山脉南面的雾区，由于偏南气流的作用，在山的附近处雾最白，即浓度最大，而它的南面E处的雾相对稀薄一些。C是渤海海面上的雾，D是山东半岛南面海上的雾。

3) 雨层云

可见光云图上,雨层云从白到灰白不等，当太阳高度角较低时，可以在雨层云中见到纹线，通常雨层云出现于锋面云带中，在热带季风云系中也可以见到。在红外图上雨层云表现为均匀的灰色到白色。

4.1.2.3 卫星云图上几类云及云与积雪、雾的区分

⑴ 云与积雪的区分

在可见光云图上二者都为白色，但是：1）云随时间的变化很快，而积雪慢，可用不同时刻的云图比较分析；2）积雪分布于地表，有与地貌特征有关的某些固有特征，如山脉地区具有树枝状结构，而云没有；3）在有水面与陆地共存的地区，如湖泊、河流、海岸线等地方，非冻结的水面上一般没有积雪堆积，而陆地上常有积雪,只要熟知水面分布,就易于区别雪区；4）利用1.6 μm通道容易区分云和积雪。在近红外波段，雪的反射率随波长显著减少，但云的反射率减小很少，在1.6 μm波长处二者的反射率有明显差异，因此将可见光云图与近红外1.6 μm云图结合分析，容易区分云和积雪。

⑵ 单独的卷云与积雨云

红外图上二者都呈白色，但是单独的卷云通常有纤维状结构特征，而积雨云表现为块状的稠密云区，顶部则没有纤维状结构，如果出现，说明积雨云顶部也出现了卷云。

⑶ 多层云与积雨云的区分

可见光和红外云图上均为白色，不同之处：多层云与天气尺度系统相联，范围广、尺度大、呈片状结构；积雨云是中小尺度系统，相对要小，呈块状，色调更白一点。

⑷ 密卷云与积云、浓积云

可见光云图上都呈白色一团，但密卷云的云顶高度一致，在红外图上都呈白色，而积云、浓积云在红外图上的色调相差较大，纹理不均匀，可见光云图上多皱纹。

⑸ 中云与层云（雾）

二者在可见光图上都呈片状的白色，但中云与高空槽、锋面、气旋相联，范围大；层云（雾）的尺度要小，而且其边界光滑整齐。

⑹ 夜间层云和雾与地表

它们的区分方法有：1）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较清楚，当有层云（雾）覆盖时，则没有固定地面目标物出现。 2）利用不同通道之间的雾和地表特性。

图4.24显示利用CH10.7—CH3.7的差值区分层云和雾区，左图是CH10.7和CH3.7亮度温度分布，右图分别是CH10.7、 CH3.7和CH10.7—CH3.7的图像，可以看出在CH10.7—CH3.7的图像上雾区B的表现十分清楚。