李新芳民航飞行学院471000马淑玲王梅莲洛阳市孟津县气象局471100
摘要本文运用大气探测信息数字化方法研究层云、冷性云、暖性云、对流云等云类性质特征和变化，结合数字化的数值预报产品对云的实例细化分析。结果显示具有应用性。
关键词非规则信息数字化云类特征
引言
云直接影响地气系统的辐射平衡、热量平衡和温湿分布，是天气、气候系统的内部参数，与天气的关系很复杂。云量、云状和云底高是气象业务中云观测的三要素,也是分析云资料的重要统计内容。
我国现今对云的观测和预报上取得了一些成就。霍娟（2006）等以全天空数字成像仪的等角投影成像原理为基础,发现云量随空间位置变化情况与云的宽高比相关。熊秋芬(2007)等建立了武汉市天空云量的预报模型，显示出支持向量机(SupportVectorMachine)方法对天空云量有一定的预报能力。张玲(2009)等应用电子探空仪-L波段二次测风雷达观测的高空资料,为天气预报提供正确的相关气象资料。高太长(2010)分析了全天空云图获取、镜头保护、云点识别、云量计算、云高计算和云状识别等几个测云技术问题等等。这些研究虽取得了一些进展但对云的预报准确率不明显。云对飞机着陆影响很大,涉及飞机的飞行安全，若能做好云的生消预报,趋利避害,对于降低与气象有关的飞行事故以由天气原因造成航班返航备降率将具有十分重要的意义。
本文从演化观念出发，以中国气象局每日08时和20时发布的大气探空资料为基础，使用大气非规则信息，研究云的数字化特征和变化情况，并结合数值预报产品对飞行航线进行云的实例细化分析。
原理和方法
云的分析原理
一般来说，云主要靠潮湿空气在上升运动过程中绝热膨胀降温达到饱和而生成。因此，充足的水汽和上升气流是云生成的必要条件。水汽在大气中所占比例很小，却是大气变化最敏感的物理要素。水汽从未饱和达到饱和生成云有两条途径：一是增加空气中的水汽，二是降温；空气是否有上升运动，要看气层是否稳定，判断大气层结静力稳定度的判据为：
信息数字化分析方法
信息数字化分析方法是尽可能地使用非规则信息来显示大气的结构特征及变化情况。该方法直接以P-T（气压、温度）坐标形式按风矢量、湿度、气温等气象信息绘制了V–3θ结构分析图。
V–3θ结构分析图设置了、和线。其中一般比凝结高度温度计算值偏大；为了便于掌握大气中水汽分布的对比性，给出了假定为当时气温的纯饱和位温。图形中，若某一层次偏向，说明水汽不足，偏干；若某一层次偏向，说明水汽充足，偏湿。由本站及周围测站各个层次的风向风速，可知水汽通道是否打开。根据稳定度判据，由图形特征可知大气中是否有对流，对流是否旺盛。
V–3θ图特意以露点温度设计了，同时配合饱和的，使层云、积云等不同性质的云在图形中显示出不一样的结构特征，能了解云高、云的层次、云的密实度等信息，还可以辨别出冷、暖层云。
云类的数字化特征
层云的数字化特征
层云的形成过程与大范围规则的上升气流或大范围不规则的扰动有关。大范围的层状云主要产生在层结较稳定的条件下。层云的结构特征为：在测站和周边测站的V–3θ图中某一层次的三条曲线折拐趋势一致，与接近重合或重合（相差小于等于3k）。若与重合表明此时层云密实度高。
图1南宁12月11日08时和长春5月5日08时V–3θ图
图1左图，当时深厚的层云笼罩在南宁上空，图中南宁的中、低空与几近重合说明水汽充沛，其中700-900hPa三条曲线折拐趋势一致，表明此层即为层云存在的层次。同时由850hpa以下存在西北风和北风，预示未来云层会有一定程度的消散。
积云的数字化特征
积云是大气的一种对流现象，积云存在并在V–3θ图上表现出的结构特征是：近地层水汽充沛，与曲线靠近并接近于3K；3条曲线呈现多层趋势一致的非规则折拐，若曲线并行为对流云中积雨云；若曲线呈左弓状并多次左拐，说明强积雨云正在发展等。如果发布全部非规则信息，将呈现极其频繁的变化，可识别性将更强。/
2010年5月5日08时长春站上空存在发展强盛的积雨云，图形上（图1右）在450-700hpa的高度上与曲线并行并频繁折拐相差在3K左右，并且曲线有多层非规则左拐，折拐强烈说明云层顶与云底温度相差较大，对流发展旺盛，这是典型的积云特征；同时低层925hpa的三条曲线同行并准平行于温度轴的右拐，说明低空有微量的云。整体看，由300hpa处的超低温，整层顺滚流，低空的东南风等的信息预测低空云层将有转厚的趋势，与实况中云层变厚相符。
暖云的数字化特征
暖云即水云。在图形上显示的结构特征为：3条曲线随压强在某一高度准平行于T轴或略向右倾斜与T轴成略小于30°夹角；曲线准平行或几乎重合的强逆温状态。其浓密程度决定于与的靠近程度。其中曲线准平行或几乎重合的的高度，即为暖层云的高度。
图2安康5月6日08时和重庆5月4日08时V–3θ图
图2左图为2010年5月6日安康早上08时的V–3θ图，可见700hpa到725hpa与曲线接近且趋于重合，三条曲线呈现出右倾准平行于T轴的状态，可知该层次有暖云存在。图2右850hpa处也存在暖层云比图2左中的暖层云稀疏，由该层出现北风，知此暖层云在消散，预示未来低空可能有少量云。
4.结论与讨论
上述分析可知，信息数字化方法能通过图形中云的特征来较准确的辨别云的类别，而且云的垂直结构特征在V-3θ图上的有很好的认识。运用该方法，通过结合探空和数值预报产品物理量资料，实例验证了此方法对云的分析预测的可行性与可应用性。
需说明的是MM5数值预报产品可实现分辨率45公里以下的预测，并且垂直分层可达23层。通过数字化方法结合更加精细的数值预报产品，可对云类进行更细致的特征分析和实施更精细的预测。对解决飞机在恶劣环境下能否飞行的问题提出了有效的预测方法，提高了飞机的飞行安全性。