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。
=> Greenhouse gases affect Infrared Radiation
年均地球系统能量平衡
(IPCC AR4)
云-地球各圈层相互作用的桥梁
冰雪圈
冰、雪水
云、水汽 降水
气圈
渗透
过滤
土壤水
地表径流
生物圈
水循环和能量循环
蒸散作用
蒸发
水床
岩石圈
淡水
地下水 岩床
海水
水圈
Projections of Climate Change
和难点。
内容提要
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
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）
卷云一般出现在比较干燥的天气条件下。
地形云的形成
Causes of Relief Cloud
Rising Air: Cloud and Rain Rising Air: Cloud and Rain
Cloud Shadow
暖锋面云系
雨层云
层云
卷云
冷锋面云系
积雨云
积状云和层状云量的日变化
积云
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
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
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
根据云的辐射特性分类
云顶气压 <440hPa
云顶气压 680hPa440hPa
云顶气压 >680hPa
光学厚度 光学厚度 光学厚度 <3.6 3.6-23 >23 卷云 卷层云 深对流云
高积云 高层云 雨层云
积云 层积云 层云
总云量的气候分布
高 云 量
低 云 量
雨高层层云和云高+层雨云的层气候云分布
• 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
云就是水，小的液态水滴或冰粒
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）。
积雨云
层积云
—spring ----summer ----autumn —winter
除东北、西部外107个站点的平均
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.
9oF 7oF 3oF
(IPIPCCCCAAR4R)4
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
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
(按形状和云高分类)
低 中 高
深厚
平坦连续
膨胀突起
Stratus 层云 Cumulus积云
Alto stratus高 Alto cumulus
Cirrostratus卷 Cirrocumulus cirrus
Nimbostratus 雨层云 Cumulonimbus 积雨云
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。
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
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
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。
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云的垂直分布
ISCCP 2月平均沿30°N云顶气压随经度的变
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
GLOBAL WARMING BASICS: “Radiative Energy Balance” (= const. Temp.)
Incoming Sunlight = Emitted Infrared Radiation
Global average input = output = ≈235 Watts per square meter
大气中的水汽主宰 着世界的风云变换
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
多彩自然的创造者 自然灾害的制造者
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