观云识天

盼盼

世界气象日

世界气象日

    3月23日是一年一度的世界气象日，世界气象组织把2017年的主题定为“观云识天”，以突出云在天气气候预测和水循环中的巨大作用，云的形态各异，变化多端，自古以来就吸引了人们欣赏和探究的目光，中国观云历史源远流长，是世界上较早对云进行观测记录和分类的国家之一。
    一、云是什么？云“家族”有哪些成员？
    对于云，人们并不陌生，却未必真的了解它。云是中华文明的图腾之一。《集解》有言“黄帝受命，有云瑞，故以云纪事也。春官为青云，夏官为缙云，秋官为白云，冬官为黑云，中官为黄云。”这里的“缙云”指“赤色的云”。《史记正义》认为，被尊称为华夏始祖的黄帝就是“缙云氏”。
    古人不仅观察到云的形态与色彩变化，更在探寻云的本质。在创世神话中，“首生盘古，垂死化身，气成风云，声为雷霆。”——意思是，盘古开天辟地，呼出的最后一口气变成了云。
    先秦时期，《黄帝内经》中写道“地气上为云”；汉代的《说文解字》则称“云，山川气也”。尽管这里的“气”并非是现代科学意义上“水汽”，而是道家所谓构成万物的一种无形物质，但人们显然已逐渐接近真相。
    简单来说，云是大气中水汽凝结（凝华）成的水滴、过冷水滴、冰晶或者它们混合组成的漂浮在空中的可见聚合物。当太阳光照在地球表面，水（包括江河湖海以及动植物的水分）遇热形成水蒸气，而空气中一旦水汽过饱和，水分子就会聚集在空气中的微尘（凝结核）周围，由此产生的水滴或冰晶会将阳光散射到各个方向，形成云的外观。
    云对地球孕育生命极为重要，因为它是水循环的重要一环。水循环的存在，使生命赖以生存的水资源得到不断更新，也使地球各地区的气温、湿度等不断得到调整，是能量平衡与传输的过程。
    云是拥有众多成员的“大家族”，它们有的爱住“高层”，有的则喜欢“平房”；有的活泼好动，有的生性恬静；有的是“气象魔术师”，有的则是“天空艺术家”。人们辨别云家族成员，常依据“云高”和“云状”。这是因为，云高、云状与云的成因关系紧密，因而能够反映当时、当地的天气状况。
    气象学家先是以云底高度，将云分为低、中、高3族；进一步地，按云的外形特征将云分为10属；最后，再按云的结构特征和成因，将云分为29类。
    低云多由微小水滴组成，云底距地面较低，一般低于2500米，并随季节、天气条件以及地理位置而变化。低云包括积云、积雨云、层积云、层云、雨层云5属（14类）。多数低云都有可能产生降水。
    中云多由微小水滴、过冷水滴或冰晶、雪晶混合组成，云底一般在2500米至3000米之间。中云分高层云、高积云两属（8类）。高层云在夏季多出现降雨，冬季则多有降雪发生。高积云较薄时，则不会出现降水。
    高云则由微小冰晶组成，云底高度一般在5000米以上，但在高原地区时较低。其分为卷云、卷层云、卷积云3属（7类）。高云出现降水较少，但会产生“雪幡”，即冰晶在下降过程中不断升华，最终在云底形成白色的丝缕状悬垂物。
    二、云是打开空中云水资源宝藏的“钥匙”
    云和雨紧密相连，没有云定然没有雨，但有云也不一定有雨。云在整个天气过程中起着举足轻重的作用，是不可或缺的天气要素之一。
    天气预报的很多参数均与云存在很大关联，数值预报模式精度的高低在很大程度上也与云的微物理过程和动力学过程监测分析效果直接相关。如果将云水资源看作是一个巨大的宝藏，那么深入研究云就是打开这个宝藏的“钥匙”。
    我国于1958年开始开展人影作业，到现在已经积累了近60年的实践经验，是世界上人影作业规模最大的国家。通过大量的实践作业，无论从作业技术还是作业装备来看，我国人影作业已经处于世界先进水平，与美国、以色列和俄罗斯等人影强国水平相当，但在深层次的基础理论研究方面距这些先进国家还有一定差距。
    在气候变暖的条件下，许多国家将面临更加严峻的水资源短缺问题，中国也同样面临着严峻的挑战，而开发利用空中云水资源是解决水资源短缺的有效途径之一。对于很多国家来说，通过播云技术开发利用空中云水资源已经势在必行。
    三、气象卫星助力“观云识天”定量产品前景广阔
    云会影响天气系统和气候变化，是一个非常重要的天气现象。云观测的重要性更是不言自喻。
    在气象领域，云的观测是热点，也存在难点。除了地面的人工观测和器测等方式，卫星观测也是一种重要的手段。
    卫星云图实现的是“可视化”，是用数学的方法解译“物理问题”。我国风云系列气象卫星不仅可以观测云的宏观特性，如云量，还可获取云的微观特性，如云光学厚度、云相态等参数。
    近年来，我国气象卫星的观测能力以及物理解译能力都取得了显着进展。2016年底发射的风云四号A星配置有闪电成像仪和干涉式大气垂直探测仪等先进仪器，使观测能力得到了大幅度提升。干涉式大气垂直探测仪是国际上第一台工作在静止轨道上的同类仪器，对于开展大气垂直三维结构探测，获取大气温湿度廓线，实现高精度定量观测具有重大意义。闪电成像仪为亚太地区首次研制发射的同类载荷，可对我国及周边区域闪电进行探测，进而实现强对流天气的监测和跟踪，提供闪电灾害预警。
    风云气象卫星通过获取地球表面和云的多光谱、高精度、定量观测数据和图像，为天气预报、气象防灾减灾、应对气候变化、气候资源开发、生态环境监测和空间天气监测预警等提供数据支撑，并广泛应用于气象、水利、农业、林业、环境、能源、航空和海洋等领域。
    未来，云观测的趋势是实现天地一体化的综合观测。我们需要不断提高定量化产品的精度，为气象预报预测业务等各领域提供强有力的支撑。