青藏科考觀雲記丨觀天測地_風聞

編者按：從古至今，人類從未停止過探索未知世界的腳步，認知世界的能力和手段與日俱增。中科院之聲與中國科學院空天信息創新研究院聯合開設“觀天測地”專欄，為大家介紹天上地上探索的那些事兒，帶來空天信息領域最新進展，普及科學知識。

青藏高原被稱為“世界屋脊”、“第三極”，是世界上海拔最高的高原。它的地勢東低西高，平均海拔在4000米以上。高原腹地年平均温度在0℃以下，大片地區最暖月平均温度也不足10℃。特殊的地理環境和氣候條件使青藏高原對區域和全球氣候變化有重要影響。過去的50年中，高原氣温平均上升速率約為每10年0.3℃，約為全球變暖速率的3倍。高原顯著增温加劇該地區冰川消退、凍土融化和生態系統退化。

依託第二次青藏高原科學考察研究任務二專題6“亞洲水塔區水循環動態監測與模擬”項目，中國科學院空天信息創新研究院的青藏高原科考分隊於2020年9月12號至9月19號組織野外科考任務，主要在申扎、班戈、雙湖以及納木錯流域等進行科學考察。

雲作為能量和水循環的重要載體，其生成及變化對大氣環流、水循環和大氣與地表能量收支有着重要的影響，是引起日照、相對濕度、氣温等氣象因子發生變化的主要原因。雲是專題6的主要研究對象之一。沿途科考隊員們記錄了觀察到的不同類型的雲：

（1）卷積雲（Cirrocumulus）在高空中像一朵一朵的魚鱗狀氣團，顏色呈現白色或者灰色，卷積雲由冰晶組成，每塊雲團往往非常小，觀察者在伸直胳膊的情況下相當於小手指肚的大小。卷積雲通常出現在冬天或者寒冷的天氣。此行在青藏高原上碰到的卷積雲較少，且僅覆蓋小塊的天空。

圖1 右上角為半透明魚鱗狀的卷積雲 （尚華哲 攝影）

（2）捲雲（Cirrus）呈現出一縷一縷的髮絲狀，有些呈現半透明，有些呈現出白色；捲雲由冰晶組成，多覆蓋在較低的雲層之上，其尺度可以從很小到很大。從飛機上和地表觀察到的捲雲，多與其他雲類型同時出現。

圖2 羽毛狀的捲雲（尚華哲 攝影）

（3）卷層雲（Cirrostratus）呈現“被單”狀的灰白色，其厚度較薄，陽光和月光照射雲層可以形成光暈。卷層雲也由冰晶構成，在低海拔地區卷層雲往往可以覆蓋整個天空，此行觀察到的卷層雲多呈長條狀，且覆蓋天空面積很少。

圖3 長條線狀的卷層雲（尚華哲 攝影）

（4）高積雲（Altocumulus）呈現出塊狀、卷狀或補丁狀的分佈特點，有一部分雲體被遮蓋而呈現出更深的顏色。高積雲由不穩定的對流雲頂部轉化而來，夏季早晨的高積雲的出現往往預示着出現雷雨天氣。

圖4 高積雲（尚華哲 攝影）

（5）高層雲（Altostratus）通常像“牀單”一樣非常均勻地平鋪在空中，有時會呈現破碎的狀態而呈現出固定的紋理特徵。陽光可以穿透高層雲，從地表觀察呈現灰色或者藍綠色。高層雲能夠形成較輕的降雨，降雨一般在到達地面之前就已經蒸發，形成雲幡。高層雲多以水雲的形式存在，有些情況下雲中或雲頂存在冰晶粒子。

圖5 高層雲（尚華哲 攝影）

（6）層積雲（Stratocumulus）多形成於較冷的海面，且邊界層不穩定的情況下。邊界層的對流活動給雲層提供垂直運動的動能，旺盛的對流運動導致温度從地表一直遞減，在雲頂接近穩定，邊界層上層為逆温層，温度隨高度的升高而升高。逆温層多由乾燥的熱氣團的沉降維持。雲的對流是通過雲頂逆温層的長波冷卻維持的，一般雲層垂直速度在雲底最大。層積雲一般厚度在幾百米，高度不超過2.5km。

圖6 層積雲（尚華哲 攝影）

（7）層雲（Stratus）一般是由於晨霧在抬升的過程中温度低於露點温度之後形成、或者冷空氣移動到低海拔地區形成。相比其他類型的水雲，層雲呈現出淺灰到深灰的顏色且形狀變化較其他類型的水雲更慢。

圖7 層雲（姬大彬 攝影）

（8）雨層雲（Nimbostratus）在水平方向上可以延展近百公里，厚度約為2-5km，雨層雲呈現灰色等較暗的顏色，因為對光線具有很強的遮擋作用。雨層雲多伴有降雨，它們一般形成於暖鋒或者閉合的具有較弱上升氣流的鋒面。雨層雲經常由高層雲變厚變低轉化而來。

圖8 雨層雲（尚華哲 攝影）

（9）積雲（Cumulus）形成於對流較強的大氣條件下。太陽輻射加熱地表使得近地層的氣團升温浮力升高，上升的氣團的水汽達到凝結高度後液化形成可見的雲朵。雲頂高度一般為6km，雲頂可見的凸起是因為雲中氣團的持續上升造成的。雲中存在水滴和冰晶。

圖9 積雲（尚華哲 攝影）

（10）積雨雲（Cumulonimbus）雲頂高度可以達到12-16km，甚至突破對流層。對流雲呈現典型的鐵砧形狀，較平的雲頂説明雲上部大氣條件的穩定。雲層中一般有降雨或者降雪，導致觀察到的雲邊界較為模糊。積雨雲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 積雨雲（尚華哲、姬大彬 攝影）

現實生活中我們往往通過雲呈現的形態、高度等特徵作為我們預測天氣的依據。雲具有複雜多變的形態特徵和紋理特徵，特別是在地形複雜、天氣多變的青藏高原地區。在青藏高原地區對卷積雲、捲雲、卷層雲、高積雲、高層雲、層積雲、層雲、雨層雲、積雲、積雨雲等典型雲類別的科考觀察及圖片收集，為該區域雲的研究提供借鑑。

作者：尚華哲、姬大彬、胡斯勒圖

來源：中國科學院空天信息創新研究院