一次层状云降水过程云底高度计算及演变规律分析

何小东 李建庭 张乃升

（中国民航西北空管局气象中心 陕西 西安 710082）

0 引言

云底，是云的最低部分，在那里，肉眼看到的天空朦胧类型由晴空或霾的朦胧型转变为水滴或冰晶的朦胧型。云底高度是重要的云宏观物理特征参量[1]。细致了解不同类型云以及不同动力条件下云底高度及其演变规律不仅有助于对天气系统的监测预报，有助于对全球气候变化的研究，也有助于航空飞行的安全。

近年来，国内外有许多学者对云底高度的获取和确定方面做过很多研究工作[2-3]。目前为止，对云底高度的确定主要有以下五种方式，通过激光云高仪直接观测得到云底高度[4]；利用卫星遥感资料反演得到云底高度[5]；利用毫米波雷达或激光雷达探测云底高度[6]；通过计算的抬升凝结高度近似云底高度[7-8]；地面观测系统中人工观测方式获得的云底高度。本文通过计算抬升凝结高度结合地面观测资料来近似云底高度。选取2009年2月7日-9日的一次系统性层状云降水过程来进行分析，研究云底高度在层状云降水过程中的演变规律以及与降水的对应关系。

1 天气实况与形势分析

2009年2月7日-9日，受弱冷空气与弱暖湿气流的共同影响，我国西南地区东部、华北南部、黄淮、江淮、江汉、江南西部和北部等地出现了一次小雨或雨夹雪天气过程。其中陕西、山西、河北南部、山东、河南、湖北、安徽北部等气象干旱区自西向东出现了一次小雨（雪）天气过程，降水量达到5-10毫米，其中，山西南部、河南中南部、安徽北部的重旱地区的部分地区降水量达到10毫米以上，这对缓解当地旱情有一定作用。

本次降水过程是受高原槽东移，冷空气与暖湿空气共同影响造成的。02月7日08时，500hPa高空图上在高原西北部地区有一槽，引导冷空气东移南下，此时850hPa在四川东北，重庆地区出现低涡切变，且稳定少动，而受到高压后部西南气流的影响，暖湿气流与冷空气交汇在在陕西-河南-山东一线，形成一条切变线，它成为造成这一区域07日降水的主要系统，20时500hPa高原槽移至新疆东部地区，而850hPa位于四川-重庆的低涡切变北抬且加强，位于江淮流域，此时江淮流域也开始出现降水天气，08日08时，高原槽东移分裂为阶梯槽，一支沿内蒙古中部-宁夏一线，而另一支位于陕西至四川一线，此时850hPa上的低涡切变位置稳定在江汉、江淮流域附近，并且呈加强趋势，是造成08日江淮流域降水的主要天气系统，20时500hPa上的北部槽移速较慢到达山西省境内，而南部的槽迅速南下到长江中下游地区且逐渐减弱，而此时850hPa上的切变线加强位于山东，安徽北部，河南南部地区控制着黄淮，江淮流域，而随着09日08时500hPa高空槽以及850hPa的底槽东移入海，干旱区降水也基本结束。

2 计算及对比试验

1）FY2C云分类分析

本次降水过程是受高原槽东移，冷空气与暖湿空气共同影响，是一次系统性的降水过程，且持续了一定的时间。首先利用FY2C云分类资料来分析造成此次降水过程的云的类型。由云分类结果可知，09年2月7日-9日我国大部分地区被低云覆盖，因此造成这次大范围降水过程是低云，主要是层状云，层积云以及雨层云，降水大值区一般都发生在雨层云控制的区域内。

2）云底高度的计算及对比分析

此次的降水过程是个大范围的过程，为了研究这次过程中云底高度的变化情况，我们使用2009年2月7日08时至9日08时地面常规观测资料中的温度、地面气压、露点温度来计算得到近似的云底高度。由于地面常规观测资料时间间隔是每三小时一次，因此我们得到此次过程每三小时一次的云底高度的值，以及全国云底高度的分布情况。

将2月7日08时至9日08时1小时雨量与云底高度作比较，来分析在层状云降水中云底高度与降水的对应关系。因为常规地面观测资料为3小时一次，因此我们选取7日08时至9日08时每隔3小时一次的云底高度与相对应时刻的1小时降水量进行对比，由于此次降水过程范围较大，涉及我国大部分地区，因此我们选取全国范围，作降水量与云底高度图进行对比。

由图1得出，02月7日08时，云底高度的大值区在内蒙古中部，东北地区东南部，四川北部以及甘肃南部等地区，而这些地区都没有发生降水，而产生降水的区域云底高度一般在50至300米左右。8日14时云南、贵州、广西、福建、辽宁、内蒙及黑龙江东北部地区云底高度值较高，从降水量图上可以看出这些地区都没有产生降水。从以上分析可以看出，云底高度与降水量有一定的关系，当云底高度较高时一般不会产生降水，而产生降水的区域云底高度一般在50米到300米左右。但二者也不是严格的对应，在云底高度很低时则有可能降水也有可能不降水。

3 演变规律分析

图1 2月7日08时与8日14时云底高度与1小时降水量比较图

由云底高度的演变来看，云底高度在白天由早上8点随着温度的升高逐渐增大，并且在中午14点左右达到最大，17点云底高度仍然较大，但随着温度的降低也开始逐渐降低，到次日凌晨5点云底高度降低至最低，此后云底高度又逐渐升高。这是因为云是由于气块绝热抬升并在上升过程中饱和而产生凝结形成的，气块的湿度与温度及地面相对湿度都有很大的关系，温度与地面相对湿度在一天中会存在上述日变化过程，因此云底高度也会随之在一天中产生变化。

4 结论

本文对2009年2月7日至2月9日干旱期间的一次大范围层状云系统性天气过程进行了分析，并且对2月7日08时与8日14时造成大范围降水的云系类型、云底高度与地面1小时雨量进行了对比分析，并且分析了云底高度的随时间的演变情况。

结果表明，此次大范围降水过程主要是由层状云，层积云以及雨层云引起的。在对层状云云底高度与1小时雨量的对比分析中初步得出，产生降水的区域都是云底高度较低的区域，而云底高度相对较高的区域则不会有降水产生。分析得出此次层状云降水云底高度随时间变化的演变规律，云底高度在白天从早上逐渐增大，到中午14时左右达到最大，下午17时开始逐渐减小，至凌晨5点左右降至最低，此后又开始逐渐升高。

［1］盛裴轩，毛杰泰，李建国，等.大气物理学[M].北京：北京大学出版社，2003：135-136.

［2］李春永.介绍一个＜=1000米的底云高预报计算公式[J].广西气象，1983，02：20-21.

［3］吕伟林.用公式计算对流云高[J].气象，1980，11：9.

［4］王青梅，张以谟，等.一种便携式激光侧云仪的云底高度反演方法[J].强激光粒子束，2005.

［5］陈渭民.卫星气象学[M].北京：气象出版社，2003.

［6］邱金桓，陈洪滨，王普才，等.大气遥感研究展望[J].大气科学，2005，29:134.

［7］山夫.计算抬升凝结高度的一个新方法[J].新疆气象，1987，03：44.

［8］王沛霖，许丽章.抬升凝结高度的精确计算[J].中山大学学报论丛，1993，1：146-149.