书城自然科学探究式科普丛书-变化无穷的云
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第7章 从传统到现代——风云变幻的预测(3)

据说,我国四川汶川地震前,这一地区卫星热红外图像以及电视卫星云图出现异常现象。卫星热红外图像揭示的热异常现象,应是印度板块的俯冲使青藏高原东缘及北部的挤压应力不断上升,地壳岩石弹性能量的长期积累、地壳岩石的破裂发育、断裂之间以及岩石之间的摩擦滑移,导致地下热物质上涌和地下温室气体溢出,引起卫星热红外图像升温异常;而临震前出现异常的线性云,应是青藏高原东缘龙门山断裂带、青藏高原北部东昆仑山断裂带的震前活动加剧,微裂隙大规模扩展,导致地下水汽大规模溢出等综合引起的低空大气效应,形成条带状低空云所致。

由此可见,通过卫星地震遥感监测预报和云图分析,能够发现地震前兆。我们应走出地震监测的局限,不仅从地震台网进行地下监测,还要从多物理场的角度揭示汶川地震的前兆特点,加强地震的短期预报工作。

5.测云高仪器

云的形成和变化是非常复杂的,是气象预测和航空航海等领域中非常重要的因素之一。云对大气辐射的平衡影响也很大,能够直接影响气候和水文学的变化。因此,对云进行观测具有重要的现实意义。通常对云的气象观测主要有云状、云量和云高三项。目前,对于云量和云状的观测主要还是靠目测,但云高测量的各项技术业已成熟。

众所周知,云高是气象预报的重要依据之一,也是安全航空所需要知道的项目。过去我们测量云高,有两种方法。一种是气球法:将灌有氢气的球放到空中,让它飞至云底。然后通过时间和上升的速度,算出云高。还有一种是灯照法:利用云幕灯打出一束光柱,垂直照到云底,通过从观测到的点观测该点仰角以及观测点与云幕灯的水平距离,根据三角方法算出云底的高度。

后来,我国又研制了另一种测云仪器,叫“弧光测云仪”。它是利用光发射一束紫、绿、蓝三色脉冲光,射向天空云底,光源碰到云底即被反射回来,被地面接收机所接受。这种仪器与前面两种测云方式相比有诸多的优点,它不似云幕灯,只能在夜晚作业,它的接受机能够代替肉眼观测,数据准确而及时。它既可在白天工作,晚上也同样可以工作。不过,弧光毕竟还是较弱,远距离发射,光波会衰减很多;如果要测太高的云,反射光波会微弱到使接收机无法感应。另外,这个仪器体积大而且笨重,携带颇为不便。

所以,弧光测云仪依然有它不足的一面。

当然社会在进步,人类科学也在日新月异。近年来,随着激光科学的发展,我国已经成功地研制了“激光测云仪”。“激光测云仪”在功能上弥补了“弧光测云仪”的不足。由于激光功率大,能量可高度集中,发射一束平行光,在空中行进十多千米而衰减不大,使接受器仍可接收到反射光波,并且它的体积小巧易携带,还配备有灵活转动的发射装置,是目前比较理想的测云高的仪器。

6.卫星云图如何识别云

我们知道,卫星云图是由气象卫星自上而下观测到的地球上的云层覆盖和地球表面特征的图像。各种不同尺度天气系统的云区和各种不同的地表特征,在这种图像上都有其特定的色调、范围大小和分布形式。

那么我们如何在卫星云图上识别云呢?在卫星云图上识别云的方法有六种。第一种是结构型式,它是指不同明暗程度的物象点的分布式样,如高层高积云常表现为带状、涡旋状等,开口细胞状云系是由积云、浓积云组成等。第二种是范围大小,是指云系的分布尺度。由云系尺度可以推断形成云的物理过程,尺度小的云系常与中小尺度天气系统相关;尺度大的则与大尺度的天气系统相联系。

第三种是边界形状:不同类型的云,边界不尽相同。如积云、浓积云边界不整齐,层云边界则较整齐。第四是色调,是指物象的亮度。

可见光云图上云的色调与云的厚度和云的成分有关,红外云图上则与云顶的温度相关。第五是暗影,是指在一定的太阳高度角下,高的云在低的目标物上的投影。第六是纹理:用来表示云顶表面的粗糙程度。如层云云顶的表面均匀、光滑;而积云浓积云、云顶的表面多起伏,不均匀。

7.卫星云图上各类云的特征

在可见光卫星云图上,经常有不同的云存在,但是只要用心观察,依然能对它们作出判断。因为每种云都有它们各自的独特的特征。

如果是层云,那么它的云区就表现得比较光滑均匀,色调灰白不定;如果层云比较厚,超过了300米,那么它的色调就比较白。

层云一般顺着山脉、海岸线的方向走,边缘也尤为明显。它的色调几乎与地面颜色相似,属于较暗的那种。

积雨云在可见光和红外云图上,其色调都最白。积雨云会随时变化形状,如果遭遇高空风小时,它就呈圆形;如果是高空风大时,它的顶部就会出现卷云砧,表现为椭圆形。

中云在不同的云图上呈现不同的特征。比如在卫星云图上,中云与天气系统相连,表现为大范围的带状、涡旋状、逗点状。在可见光云图上,中云呈灰白色到白色,色调的差异可以判定云的厚度;在红外云图上,中云则呈中等程度的灰色。

在可见光云图上积云和浓积云的色调很白,它们由于云的高度不一,在红外云图上的色调可以从灰白到白色不等,纹理不均匀,边界也不整齐,其形式表现为积云线和开口细胞状云。

8.卫星图上的不同云系

涡旋云系,顾名思义是指一条或几条云带按螺旋状旋向一个共同的中心。这种云系与大气中的活动中心相联系。台风、热带低压、高空冷涡都表现为涡旋云系。

细胞状云系是一种对流云系,冷热空气相触碰,受下垫面的加热产生对流,便形成这种细胞状的结构。细胞状的结构有开口闭口之分,直径仅几十千米。开口细胞状云系中间无云,四周有云,出现于低压周围的气旋性环流内。闭合细胞状云系中间有云,四周无云,呈球状,出现在高压东南象限内。

带状云系指长宽之比至少为4:1的连续云系,它由多层云系组成。宽度大于1纬距的称云带,小于1纬距的为云线。

冷锋云系表现为长达千余千米,气旋性弯曲的云带,它常与涡旋云系连结。其分为活跃和不活跃两类:活跃冷锋位于500百帕槽前,走向与对流层中层气流一致,云系连续稠密,由多层云组成;不活跃锋位于500百帕槽后,云带与高空气流垂直,云系断裂不完整,以中低云系为主。冷锋云系的长度和宽度相差很大,这决定于大气运动的尺度、锋面坡度和水汽条件。

台风云系在卫星云图上,台风由台风眼、中心稠密云区和螺旋云带组成。台风眼分成大眼、小眼、圆眼和不规则形状眼,它可以位于台风云区的中心,也可位于台风云区的边缘。中心稠密云区的边界越光滑,云型越圆;尺度越大,越稠密,台风的强度越大。台风云带越宽,环绕台风中心的圈数越多,强度越大。与台风相联的另一种云带称对流带。

急流云系表现为左界光滑整齐,与急流轴平行的卷云区。急流呈反气旋弯曲时,云系稠密;急流呈气旋性弯曲时,云系稀少或无云。

急流云系可以分为宽阔盾状卷云区、卷云线和横向波动云系三种。

温带气旋云系可分成四个阶段。首先是波动阶段,是指锋面云带变宽,向冷区凸起,色调变白,中高云加多。然后是发展阶段,锋面云带的隆起部分更明显,中高云后界开始向云内凹。接着是锢囚阶段,云系后部有明显的干舌,螺旋结构明显,云带伸至涡旋中心。

最后是成熟阶段,干舌伸到气旋中心,螺旋云带围绕中心旋转一周以上,高低空环流中心与云系涡旋中心重合。