第六讲第六讲

云对海气相互作用的影响云对海气相互作用的影响

宇如聪、周天军

大洋环流和海气相互作用数值模拟

http://web.lasg.ac.cn/staff/ztj/index_c.htm

Incoming Sunlight Emitted Infrared Radiation =

GLOBAL WARMING BASICS: “Radiative Energy Balance” (= const. Temp.)

=> Greenhouse gases affect Infrared Radiation

Global average input = output =≈235 Watts per square meter

年均地球系统能量平衡年均地球系统能量平衡

(IPCC AR4)

云云 -- 地球各圈层相互作用的桥梁地球各圈层相互作用的桥梁

云、水汽

降水冰、雪水

地表径流 蒸发蒸散作用

海水

地下水

水床 淡水

土壤水

渗透过滤

岩床

水循环和能量循环气圈

水圈

冰雪圈

岩石圈

生物圈

9oF

7oF

3oF

Projections of Climate Projections of Climate ChangeChange

IPCC AR4(IPCC AR4)

海气耦合模式模拟的全球和中国区域平均温度的变化

全球全球

中国中国

Zhou and Yu (2006)

•云辐射及其相关反馈过程不同，令气候模式对温室气体强迫的敏感性不同，导致模式间的差别。

•云辐射过程是目前气候模式不确定性最大的部分。

•云辐射过程是目前的国际研究热点和难点。

云的形成和分类云对气候系统的调节作用云对海气相互作用的影响本讲总结

内容提要

基本概念• 辐射强度 点辐射源在单位时间内、沿给定方向单位立体角内

辐射出的能量。它是一个表示辐射源在一定方向范围内发出的辐射强弱的物理量。

• 光学厚度（ Optical thickness, optical depth ） 辐射在介质中传播时，路径上两点间的光学厚度，

等于沿两点路径的单位截面上所有吸收和散射物质产生的总衰减。它是无量纲数。

• 比尔定律

基本概念• 反照率 (albedo)

被物体表面反射的辐射通量与射向该面的辐射通量之比。

• 为无量刚量，以百分数表示。地球表面的反照率是指地球表面对太阳辐射的反射能力。

• 地气系统的反照率是地面、云和各种大气成分对太阳辐射反射能力的综合。反照率是确定行星辐射收支的重要参数。

云的基本形成过程

形成云的基本条件是空气 ( 上升冷却) 得到饱和凝结。云滴继续上升碰并将增大形成水滴。由于水滴太重无法漂浮在空气中，将从空中降落形成雨或雪（取决于温度）。

云就是水，小的液态水滴或冰粒

天气变化的主角：雾、雪、云、雨主导着地球水循环、能量循环、海陆气相互作用重要的反馈过程各种尺度复杂变化决定了其不易确定性

大气中的水汽主宰着世界的风云变换

多彩自然的创造者自然灾害的制造者

多姿多彩的云多姿多彩的云

云的分类

云的基本分类根据云的辐射特性分类长江流域的云形成过程

云的基本分类云的基本分类平坦连续平坦连续 膨胀突起膨胀突起

低低 Stratus Stratus 层云层云 CumulusCumulus 积云积云

中中 Alto Alto stratusstratus高高 Alto Alto cumuluscumulus

高高 CirroCirrostratusstratus卷卷 CirroCirrocumuluscumulus

深厚深厚 NimboNimbostratusstratus 雨雨层云层云CumuloCumulonimbus nimbus 积积雨云雨云

(( 按形状和云高分类按形状和云高分类 ))

cirrucirruss

积云积云个体明显，底部较平，顶部凸起，云块之间多不相连，云体受光部分洁白光亮，云底较暗。

积云通常是由于地表或低层空气受热后强烈快速的垂直上升造成的。

积雨云积雨云云浓而厚，云体庞大如高耸的山岳，顶部开始冻结，轮廓模糊，有纤维结构，底部十分阴暗，常有雨幡及碎雨云。

深厚的湿空气不稳定抬升

层 云层 云 云体均勾成层，呈灰色，似雾，但不与地接，常笼罩山腰。 由层云分裂或浓雾抬升而形成的支离破碎的层云小片 称为碎层云

层云形成于稳定层结的空气中，空气中没有强烈的对流混合，云体与其上下空气的质量交换很弱。

雨层云雨层云云体均匀成层，布满全天，完全遮蔽日、月，呈暗灰色，云底常伴有碎雨云，降连续性雨雪。

雨层云形成于暖湿空气大范围的缓慢抬升，比如锋面抬升和大尺度的（辐合辐散）动力强迫。

卷云卷云云体具有纤维状结构，常成白色，无暗影，有毛丝般的光泽，多成丝条状、片状、羽毛状、钩状、团状等。卷云由冰晶组成。

卷云一般出现在比较干燥的天气条件下。

Causes of Relief Cloud

Rising Air: Cloud and Rain

Rising Air: Cloud and Rain

Cloud Shadow

地形云的形成

雨层云雨层云

层云层云卷云卷云

暖锋面云系

冷锋面云系

积雨云积雨云

—spring ----summer ----autumn —winter

层积云

积云 积雨云

除东北、西部外 107 个站点的平均

积状云和层状云量的日变化

根据云的辐射特性分类云的反照率 云顶温度

根据云对辐射的影响，按云顶高度把云分为高、中、低云，再按云对太阳辐射的反照率对云分类。

The International Satellite Cloud Climatology Project (ISCCP) provides basic information on the cloud parameters to coordinate research on techniques for inferring the physical properties of clouds and cloud radiative interactions.

光学厚度<3.6

光学厚度3.6-23

光学厚度>23

云顶气压 <440hPa 卷云 卷层云 深对流云

云顶气压 680hPa-440hPa

高积云 高层云 雨层云

云顶气压 >680hPa 积云 层积云 层云

根据云的辐射特性分类

总云量的气候分布

高云量

低云量

雨层云和高层云的气候分布高层云 +雨层云

高原下游中层云的形成过程

Averaged Mid-Cloud Cover in Feb.

2月平均 700hPa 风场

2月平均沿 30°N 云顶气压随经度的变化

2月平均沿 30°N 云的垂直分布

ISCCP

小结：云的分类按云的形状和云高分类 平坦连续分布的云通常称为层云。云顶膨胀突起的云通常称为积云。根据云的高度由低到高，层云又分为层云、高层云和卷层云，积云又分为淡积云、中积云和卷积云。深厚的层云和积云分别被称为雨层云和积雨云，是常伴有降水的云。根据云对辐射的影响按云顶高度把云分为高、中、低云，再按云对太阳辐射的反照率对云分类

小结：典型云区西太平洋暖池区的对流云和高云5个冷洋面上的低层云： 美国西海岸 , 南美西海岸 ,南非西海岸 ,北非和欧洲西海岸 ,澳大利亚西海岸

长江流域的中层云