三、云的分类

三、云的分类

尽管云的状态千差万别,但其形成总有一定的规律性。为了便于归纳辨认,通常把云按发生学原则、形态学原则、云底高度来分类。

按云的形态、外貌(即按云形成的上升气流特点),可以分为层状云、波状云、积状云(表1)。

表1 按云的形态、外貌的分类

层状云的形成。层状云是均匀幕状的云层,由于空气大规模系统性上升运动而产生,主要是由锋面上的上升运动引起的。层状云包括卷云、卷层云、高层云和雨层云。层状云具有较大的水平范围,上升速度只有0.1~1m/s,因持续时间长,能使空气上升好几千米。例如,当暖空气向冷空气一侧移动时,由于二者密度不同,稳定的暖湿空气沿着冷暖空气倾斜的过渡面缓慢滑升,绝热冷却,形成层状云(图1)。

图1 系统性层状云形成示意图

波状云的形成。波状云是波浪起伏的云层,包括卷积云、高积云、层积云。云中的上升速度可达几十厘米每秒,仅次于积状云的上升速度。当空气存在波动时,波峰处空气上升,波谷处空气下沉。空气上升处由于绝热冷却而形成云,空气下沉处则无云形成。如果在波动之前该处已有厚度均匀的层状云存在,则在波峰处云加厚,波谷处云减薄以至消失,从而形成厚度不大、保持一定间距的平行云条,呈一列列或一行行的波状云(图2)。

图2 波状云形成示意图

积状云的形成。积状云是垂直发展的云块,主要包括淡积云、浓积云和积雨云。积状云的学名是Cumulus,在拉丁语里是“堆积”的意思,意味着这种云的形状多层重叠。积状云多形成于夏季的午后,具有孤立分散、云底平坦和顶部凸起的外貌特征。气团内部热力对流所产生的积状云最为典型。夏半年,地面受到太阳强烈辐射,但由于地表的不均一性,空气受热不均,某地受热的空气膨胀上升,而周围受冷的空气冷却收缩下沉来补充,这种升降运动被称为对流。如果对流上限稍高于凝结高度,则一般只形成淡积云;当对流上限超过凝结高度许多时,云体高大,顶部呈花椰菜状,形成浓积云,其云顶伸展低于0 ℃的高度,顶部由过冷水滴组成,云中上升气流强,湍流也强。如果上升气流更强,浓积云云顶向上伸展至-15 ℃以下的高空,于是云顶冻结为冰晶,出现丝缕结构,形成积雨云。积雨云顶部在高空风的吹拂下,向水平方向展开成砧状,它的伸展方向可判断积雨云的移动方向(图3)。

淡积云、浓积云和积雨云是积状云发展的不同阶段。热力对流形成的积状云具有明显的日变化。通常,上午多为淡积云。随着对流的增强,逐渐发展为浓积云。下午对流最旺盛,往往发展为积雨云。如果到了下午天空还只是淡积云,这表明空气比较稳定,积云不能再发展长大,所以淡积云又叫晴天积云,是连续晴天的预兆。特殊云状的形成。除上述几种云外,还有一些特殊云状,如堡状、荚状、絮状、悬球状等。

图3 积状云形成示意图

堡状云底部水平,顶部则是并列着突起的小云塔,形状像远方的城堡。这种云的形成,常常是在波状云的基础上发展起来的。当波状云在逆温层下形成以后,如果逆温层不太厚,则逆温层下湍流发展时,较强的上升气流就穿过逆温层,使水汽凝结,形成具有圆弧顶部的云朵,这就是堡状云(图4)。

图4 堡状云形成示意图

荚状云是由局部上升气流和下降气流相汇合而形成的。当上升气流使空气绝热冷却而形成云时,如果遇到下降气流的阻挡,其边缘部分因下降气流而逐渐变薄,这样便形成荚状云。在山区,气流受到地形的影响也能形成荚状云(图5)。

图5 荚状云形成示意图

上面介绍的积状云、层状云、波状云和一些特殊云状,由于条件的变化,可以发展或消散,也可以从这种云转化为那种云。例如积雨云在消散时,可以演变为伪卷云、积云性高积云和积云性层积云;层状云消散时会演变为波状云,雨层云消散时,也可演变为高层云、高积云和层积云。总之,云的产生、发展和演变是复杂的,也是有规律的。

国际上按高度和形态把云分为4族10属(图6中显示了3族)。

表2为云的4族10属29类。

图6 云的国际分类

表2 云的4族10属29类

第一族 高云族CH

高云族包括卷云、卷层云、卷积云3属。它们是冰晶构成的,云体呈白色、纤维状,有蚕丝般的光泽,薄而透明。阳光通过高云时,地面物体的影子清晰可见,云底高度一般在6 000米以上。

1.卷云(Ci)

卷云由很小的冰晶组成,云体通常白色无暗影,有晶莹的光泽。多呈丝条状、羽毛状、马尾状、钩状、团簇状、片状和砧状。是具有丝缕状结构、柔丝般光泽,分离散乱的云。卷云出现晕的机会比较少,即使出现,晕也不完整。在我国北方和西部高原地区,冬季卷云有时会下微量零星的雪。卷云可从卷层云演变而来,有的是积雨云顶部残留下来的。

卷云的云底较高,因此它在早晨最先被阳光照射,而傍晚最迟变暗。在日出以前和日落以后,卷云常呈鲜明的黄色或者红色。地平线附近的卷云总有些发黄。

由于高空风的影响,卷云的形状相当复杂,经常排列成带横过天空,辐合在地平线的某一点,或相对两点,也常和地平线成斜交。

卷云又可分成4类:

(1)毛卷云(Cifil):为薄而分散的卷云,呈丝条、羽毛、马尾状。这种云不成片,云丝的两端不带钩。有时即使聚合成较长并具一定宽度的丝条,但整个丝缕结构和柔丝般的光泽仍十分明显。

(2)密卷云(Cidens):是成片而边缘丝缕结构明显的卷云。云块中部较厚,有时有暗影,看起来似乎高度也较低,但边缘部分卷云的特征仍很明显。毛卷云、密卷云预示将有好天气。

(3)钩卷云(Ciunc):形状好像逗号,云丝向上的一头有小簇或小钩。往往呈平行而系统地排列,像逗点横过天空。钩卷云常产生在中高纬度地区低压槽或低气压前部,有系统云时随之侵入天空,常预示有天气系统影响本地,所以谚语说“天上钩钩云,地上雨淋淋”。

(4)伪卷云(Cinot):由鬃积雨云顶部脱离母体后形成,云体大而厚密,有时似砧状(像倒立的扫帚)。常见于积雨云消散时,天气由雨转晴。2.卷积云(Cc)

卷积云特征是云块很小,小云块的宽度多数小于1度(相当于手臂伸直小指的视宽度)。卷积云由冰晶组成,呈白色片状,是鳞片状或球状细小云块组成的云片或云层,常排列成行或成群,很像轻风吹过水面所引起的小波纹,又像鱼鳞。白色无暗影,有柔丝般光泽。这种云的出现说明高空气流不稳定,通常出现在天气系统的前缘,常是天气将转阴雨的征兆。因此有“鱼鳞天,不雨也风颠”的谚语。卷积云可由卷云、卷层云蜕变而成。有时,高积云抬高也可演变为卷积云。

3.卷层云Cs

卷层云是由冰晶构成的很薄的层状云,为白色透明的云幕,均匀成层,天空如同罩上一层白纱。常出现日晕、月晕。日、月透过云幕时轮廓分明,地物有影。有时云的组织薄得几乎看不出来,只使天空呈乳白色;有时丝缕结构隐约可辨,好像乱丝一般。卷层云一般不降水,但冬季在我国西北、东北、内蒙古地区有时能降雪。卷层云是暖锋过境的前兆云。这种云的高度不断降低,加厚成高层云、雨层云。民间有“日晕三更雨,月晕午时风”的说法。

卷层云可分成2类:

(1)薄幕卷层云(匀卷层云,Csnebu):云体极薄而又均匀,有时薄得几乎看不见,只因有晕,才证明其存在。云幕较厚时,也看不出什么明显的结构,只是日月轮廓仍清楚可见,地物有影。

(2)毛卷层云(Csfil):白色丝缕结构明显,云体厚薄不很均匀的卷层云。为丝缕分明的白色云幕,不均匀,好像大片密卷云融合成层一样。

第二族 中云族CM

中云族的云底高度在2 000~6 000米,夏季在我国南方,有时可达8 000米。由过冷却的微小水滴或水滴与冰晶(或雪花)混合构成。颜色呈白色或灰白色,没有光泽,云底较高,且云体稠密。

中云族包括高积云、高层云。

4.高积云(Ac)

高积云的云块较小,但比卷积云大得多,轮廓分明。形状有扁圆形、瓦片状、鱼鳞状、团絮状、水波状的密集云条。成群、成行、成波状排列,颜色为白色或灰白色。大多数云块的视宽度角在1°~ 5°(相当于一臂距离处,中间三指的宽度)。有时可出现在两个或几个高度上。薄的云块呈白色,厚的云块呈暗灰色。在薄的高积云上,常有环绕日月七色华环。高积云可与高层云、层积云、卷积云相互演变。

高积云又可分成6类:

(1)透光高积云(Actra):云块厚薄不匀,云块间隙处可见晴天。云块的颜色从洁白到深灰都有,厚度变化也大,即使是同一云层,各部分也可能有些差别。云层中个体明显,一般排列相当规则,但是各部分透明度是不同的。云缝中可见青天,即使没有云缝,云层薄的部分也比较明亮。高积云主要由水滴组成,日、月透过高积云常有华环。高积云多发生于较稳定的天气情况下,有“瓦片云,晒煞人”“天上鲤鱼斑,晒谷不用翻”的谚语。

(2)蔽光高积云(Acop):云块连续,间隙处云层较薄,不见晴天,云厚而密,阳光不易透过。连续的高积云层,大部分云层都没有什么缝隙,云块深暗而不规则。因为云层的厚度厚,个体密集,几乎完全不透光,云底起伏明显,个体仍然可辨。

(3)积云性高积云(Accug):由对流受阻或衰退的积云、积雨云扩展而成。在初生成的阶段,类似蔽光高积云,以后云块逐渐变薄成为散离的云块。是晴好天气的预兆。

(4)絮状高积云(Acflo):类似小块积云的团簇,没有底边,云体破碎散乱,个体破碎如棉絮团,多呈灰色或白色。预示气层不稳定,将有雷雨天气。有“朝有棉絮云,午后雷雨临”的谚语。

(5)堡状高积云(Accast):垂直发展的积云形状的小团块并列在一线上,有一共同的水平底边,顶部凸起明显,好像城堡。从侧面(远处)看,堡状特征更为明显。云块比堡状层积云小。形成原因是高空有逆温层,逆温层下部局地对流加强,突破云塔。说明高层大气对流旺盛,是雷雨将临的征兆,有“早上云成堡,大雨要来到”的谚语。

(6)荚状高积云(Aclent):为分散的椭圆形、豆荚形云片或小块云组成的散片,常呈中间厚、边缘薄、轮廓分明的形态。多形成在上升气流与下降气流汇合处。如果天空出现卷云,然后荚状云成群,说明十几小时后有雨。

5.高层云(As)

高层云多半由雪花和过冷却水滴组成,它是带有条纹或纤缕结构的云幕,有时较均匀,颜色灰白或灰色,有时微带蓝色。云层较薄部分,可以看到昏暗不清的日月轮廓,看上去好像隔了一层毛玻璃。厚的高层云底部比较阴暗,看不到日月。由于云层厚度不一,各部分明暗程度也就不同,但是云底没有显著的起伏。高层云可降连续或间歇性的雨、雪。若有少数雨(雪)幡下垂时,云底的条纹结构仍可分辨。高层云常由卷层云变厚或雨层云变薄而成,有时也可由蔽光高积云演变而成。在我国南方有时积雨云上部或中部延展,也能形成高层云,但持续时间不长。高层云有时是整层大气被抬高而形成的,预示锋面来临。

高层云又可分成2类:

(1)透光高层云(Astra):较薄而均匀的云层,呈灰白色。透过云层,能看到日、月,但轮廓模糊,好像隔了一层毛玻璃,地面物体没有影子。在高纬地区可出现降雪。

(2)蔽光高层云(Asop):为不透光的高层云,云层较厚,且厚度变化较大。厚的部分隔着云层看不见日月;薄的部分比较明亮一些,还可以看出纤缕结构。呈灰色,有时微带蓝色。云底有时可见雨幡。降水机会较多,冬季常有间歇性小雪。

第三族 低云族CL

低云族包括积云、积雨云、层积云、层云和雨层云。低云由于形成的天气条件不同,外形特征有很大差异。积云、积雨云产生于不稳定的气层中,常称为对流云。其基本特征是生成时云体垂直向上发展,常为分散孤立的大云块,消散时向水平扩展,云底通常在1 500米以下,由微小水滴组成,如果云底较厚,其上部可能有冰晶(雪花)。云层低而黑,结构稀疏。

6.层积云(Sc)

云体特征是灰白或灰色大块云,其视直径是太阳视直径的10倍以上。团块、薄片或条形云组成的云群或云层,常成行、成群或波状排列。云块常呈滚轴状、波状,沿着一个或两个方向排列。云块分布有时分散,有时密集。

云块个体都相当大,云层有时满布全天,有时分布稀疏,常呈灰色、灰白色,常有若干部分比较阴暗。层积云可降小雨(雪)。层积云除直接生成外,也可由高积云、层云、雨层云演变而来,或由积云、积雨云扩展或平衍而成。

层积云是空气的波动及湍流混合作用生成的。有时也可由辐射冷却形成。带来的天气一般较稳定,但有时对流加强,变为积雨云,向坏天气转化。

层积云又可分成5类:

(1)透光层积云(Sctra):云块较薄,呈灰白色,排列整齐,云层厚度变化很大,云块之间可见青天或薄缝,有时也可见华的现象。

(2)蔽光层积云(Scop):呈阴暗滚轴状大云块或团块组成的连续云层。大部分蔽光,无云隙或薄缝。云块较厚,呈暗灰色。底部有明显波状起伏,常布满天空,有时可产生降水。

(3)积云性层积云(Sccug):是由于对流受到稳定气层的限制,积云顶部扩展或云顶下塌平衍而成的层积云。多呈灰色条状,顶部常有积云特征。在傍晚,积云性层积云有时也可以不经过积云阶段直接形成。

(4)堡状层积云(Sccast):垂直发展的积云形的云块,云体呈长条状。形状特征是常并列在一条线上,有一个共同的底边,云底平而顶部有不均匀的堡状突起,远处看去好像城堡。

(5)荚状层积云(Sclent):中间厚、边缘薄,形似豆荚、梭子的云条。个体分明,分离散处。

7.层云(St)

层云是灰白色、较均匀的云层,均匀布满天空。很低(几十米至几百米),且厚度不大,像雾但不着地,常能将小山或建筑物的顶部掩没。当云厚时日、月光不能透过,当云很薄时,隔云看日、月轮廓清晰可辨,像白色玉盘。层云可降毛毛雨或米雪,但无雨雪幡下垂。层云除直接生成外,也可由雾层缓慢抬升或由层积云演变而来。

层云又可分成2类:

(1)层云(St):低而均匀的云层,像雾,但不接地,呈灰色或灰白色。

(2) 碎层云(Fs):不规则的松散碎片,形状多变,呈灰色或灰白色。多为层云分裂或被风吹碎而成。山地的碎层云早晚也可直接生成。

8.雨层云(Ns)

雨层云是冷空气把暖湿空气抬高而冷凝形成的低厚均匀的降水云层。云层很厚,布满全天,像暗色的天幕笼罩大地,呈暗灰色,伴有连续性降水,降水量大,时间较长,有“空中水库”之称。即使不降水,也常有雨雪幡下垂,使得云底混乱,看不出明显的边界。

雨层云又可分成2类:

(1)雨层云(Ns):云体均匀成层,布满全天,完全遮蔽日月,呈青灰色,云底常伴有碎雨云,降连续性雨雪。

(2)碎雨云(Fn):低而破碎的云,灰色或暗灰色。不断滋生,形状多变,移动快。最初是各自孤立分离的,后来可渐并合。常出现在降水时或降水前后的降水云层之下。

第四族 直展云族

云底高度1~1.5千米。直展云有非常强的上升气流,所以它们可以一直从底部长到更高处。

9.积云(Cu)

积云是孤立垂直向上发展,顶部呈圆弧形或圆拱形重叠凸起,底部几乎水平的云块,云体边界分明。当积云移至天顶时常是暗黑一大块,看不见圆弧形的顶与水平底。如果积云和太阳处在相反的位置上,云的隆起的中部比边缘要明亮;反之,如果处在同一侧,云的中部显得黝黑但边缘带着鲜明的金黄色;如果光从旁边照映着积云,云体明暗就特别明显。

积云又可分成3类:

(1)淡积云(Cuhum):平底凸顶的白色孤立云块,个体不大,轮廓清晰,垂直发展不盛,水平宽度大于垂直厚度。在阳光下呈白色,厚的云块中部有淡影,多出现在晴天午后,尤以夏天为多,象征好天气。

(2)浓积云(Cucong):底平、顶凸的孤立云块,比淡积云高大,是浓厚的积云,垂直发展很盛。云的厚度常常大于宽度。呈暗灰色,顶部呈重叠的圆弧形凸起,很像花椰菜;垂直发展旺盛时,个体臃肿、高耸,在阳光下边缘白而明亮。有时可产生阵性降水。发展旺盛的浓积云顶会出现纱巾似的云条,即所谓幞状云。

(3)碎积云(FC):积云的初生阶段、积云被风吹碎或积云消失过程,具有破碎不定型的散片。

10.积雨云(Cb)

积雨云又称雷雨云,是对流发展到成熟阶段形成的。云体浓厚庞大(可达几千米),垂直发展极盛,远看很像耸立的高山。云顶由冰晶组成,有丝缕结构,并扩展成砧状。

由于强大上升气流把云顶冲入凝结高度,云顶由冰晶组成,有白色毛丝般光泽的丝缕结构,常呈铁砧状或马鬃状。云底阴暗混乱,起伏明显,有时呈悬球状结构。常产生雷暴、阵雨(雪),或有雨(雪)幡下垂。有时产生飑或冰雹等,云底偶有龙卷产生。积雨云布满全天时,云底很像雨层云,两者区别是积雨云雨下得时间短,但是很猛;雨层云下雨时间长,但下得没有积雨云那么猛烈。

积雨云又可分成2类:

(1)秃积雨云(Cbcalv):浓积云进一步发展时,云顶圆拱形开始模糊(云体凸出部分开始冻结),丝缕结构不太明显。它是积云向积雨云发展的过渡阶段。秃积雨云存在的时间一般比较短。

(2)鬃积雨云(Cbcap):是对流发展到鼎盛时产生的。积雨云发展的成熟阶段,云顶有明显的白色丝缕结构,上部可扩展至对流层顶,往往受高空气流的影响,扩展为鬃状或向某一方向延伸成铁砧状。云中常有雷电现象。常伴有狂风,甚至龙卷风。降水为强度极大的阵性降水,甚至冰雹。可酿成风灾、暴雨、雹灾等灾害性天气。

此外,按云的温度可把云分为暖云(>0 ℃)、冷云(<0 ℃);按云的相态分为冰成云 、水成云和混合云。