基于FY-4A 的廬山云海特征及其成因研究*

陳 勇 段 婧 王 新 郭 強 張小鵬

1.中國科學院大氣物理研究所大氣邊界層物理和大氣化學國家重點實驗室，北京，100029

2.中國氣象局云降水物理與人工影響天氣重點開放實驗室，北京，100081

3.國家衛星氣象中心（國家空間天氣監測預警中心）/中國遙感衛星輻射測量和定標重點開放實驗室/許健民氣象衛星創新中心，北京，100081

4.廬山氣象局，九江，332900

1 引 言

山地云海景觀作為一種旅游資源受到大眾的喜愛和關注。云海的形成主要由低云或局地霧在特定環流條件下沿山地周邊徘徊移動；其主要表現為云/霧頂高度低于山峰的高度，從山峰上可俯瞰廣闊的云頂。近年來，又有一種云海景觀頗受旅游業關注，這種云海的景觀尺度較小，即淺薄的云系不斷地爬坡并翻過山頂而下，形成的類似瀑布下瀉的云海景觀，被稱為瀑布云或云瀑（馮立梅等，2003）。因此，隨著旅游氣象對云海景觀的細分定義及預報需求，有必要對傳統意義上的云海和新興的瀑布云的特征及機理等做深入研究。

傳統云海的范圍較大，云系的移動方式主要有繞流、山前堆積等；而瀑布云則主要為爬坡翻山的小尺度云系。中國的山地云海研究，早期主要圍繞傳統旅游勝地如廬山、黃山、華山和雁蕩山等（江祖凡等，1986；吳有訓等，2005；單權等，2014；喬舒婷等，2016）開展，近年來開始向新旅游景區如重慶黑山谷（鄧承之等，2022）等拓展。山地云海的研究內容主要包括云海的特征及形成機制—如云海發生的季節變化、天氣形勢、氣溫的垂直層結、云海發生與氣象條件的統計關系（江祖凡等，1986；吳有訓等，2005；單權等，2014；喬舒婷等，2016；肖雯等，2020），云海的統計預報和數值模擬（丁國香等，2019；鄧承之等，2022）等。在國際地形云景觀研究中，旗云（Banner Cloud）作為出現在高海拔孤立山峰頂端一側的地形云，一直是主要研究熱點。延時相機的觀測揭示了德國楚格峰的旗云形成機制及季 節/日 變 化 規 律（Schween，et al，2007；Wirth，et al，2012），對旗云山峰的迎風面和背風面的微氣象觀測研究（Wirth，et al，2012）及大渦模擬研究（Wirth，et al，2020）等為旗云的形成機制提供了觀測和理論依據。相較于有固定觀測平臺的楚格峰（海拔高度為2962 m）、珠峰（海拔高度為8848 m）的旗云研究則主要依靠日本靜止氣象衛星葵花-8的10 min 可見光云圖開展（Hindman，et al，2022）。中、低海拔山地云海研究方面，針對云海主要發生時段在日出前，Kobayashi 等（2021）綜合利用適宜夜間云海識別的葵花-8 多通道紅外云圖與山頂多臺延時相機的研究方法，研究了日本本州山脈旅游景區（海拔高度為1730 m）中尺度和小尺度云海的發生頻率和形成機制。由此可見，研究不同尺度的山地云海特征及形成、發展機制，需要從宏、微觀角度上有效利用高時、空分辨率衛星云圖和山頂延時相機/人工觀測相結合的研究手段。

然而，目前仍較少有結合高時、空分辨率衛星云圖分析中國云海的水平分布、范圍等演變特征及其形成機制的研究成果，特別是針對瀑布云的研究更少。文中針對中國廬山的傳統云海和瀑布云過程，利用中國風云系列第二代靜止氣象衛星FY-4A 的高時、空分辨率可見光云圖（陸風等，2017）分析廬山2019—2021 年白天云海的空間精細結構及其演變規律，并檢驗FY-4A 云頂高度等產品在廬山云海識別中的適用性，同時結合天氣形勢及層結結構分析各類云海過程的形成機制差異，進一步探索氣象衛星遙感在旅游氣象中的拓展應用，從而加深對廬山云海形成、發展的科學認識。同時瀑布云或云海作為山地云的一種，對其形成機理研究也將有助于加深對地形云降水（Houze，2012）機理的理解。

2 研究區域及資料

廬山位于中國江西省北部，其北鄰長江、南依鄱陽湖平原（圖1a）。廬山主峰漢陽峰海拔高度為1474 m，大多數山峰的海拔高度在1000 m 以上。廬山山體相對孤立，周邊50 km 大部分為平原、小丘陵；廬山山體呈東北—西南走向（與正北向夾角約30°），其300 m 等高線呈橢圓形，橢圓長、短軸分別為30 和10 km（圖1a）。圖1b 還標注出幾處廬山觀測云海的適宜地點，分別為牯嶺、仰天坪和五老峰；其中，牯嶺是廬山的中心景區、游客集散中心及廬山氣象站（海拔高度為1165 m）所在地，鄰近大月山、小天池、剪刀峽、日照峰；而五老峰和仰天坪位置分別在牯嶺的偏東和偏南方向。

2019—2021 年廬山云海過程的時間、類型及地點等信息資料來自廬山風景名勝區管理局網站（https://zhlushan.cn），共19 個云海過程，詳見表1，資料整理時僅選取該網站報道有具體時間的相關個例。值得指出的是，這些云海過程僅是2019—2021 年廬山實際云海過程的一部分，并被旅游部門認定的具有旅游價值的典型云海氣象景觀。對于云海的分類，主要基于該網站的報道，分成傳統云海（無瀑布云的云海）和瀑布云兩類，分別對應以繞流和山前堆積型為主的大范圍云海和爬坡翻山的小尺度云團；此外，從觀測者角度而言，傳統云海的云頂高度一般低于觀測者，而瀑布云的云頂高度可以高于觀測者（如觀測者在較低一側山峰觀測且不在云霧中）。

文中所用衛星資料來自風云衛星遙感數據服務網（http://satellite.nsmc.org.cn），由中國氣象局國家衛星氣象中心FY-4A 靜止氣象衛星觀測。FY-4A 衛星定位于104.7°E 的赤道上空，于2016 年12 月11 日發射升空，搭載的輻射成像儀可觀測14 個波段（中心波長0.47—13.5 μm）的地球云圖，星下點空間分辨率為0.5—4 km（張志清等，2017；Yang， et al， 2017； Zhang， et al， 2019； 狄 迪 等，2022）。其中0.65 μm 可見光波段通道星下點空間分辨率為0.5 km。FY-4A 衛星輻射成像儀的觀測模式為：每1 h 一次全圓盤觀測，每3 h 一次連續3 幅全圓盤觀測，無全圓盤觀測時做5 min 中國區域快掃觀測。

本研究主要使用FY-4A 靜止氣象衛星的3 種觀測產品（Xian，et al，2021），分別是可見光通道（0.65 μm）產品（L1 數據、中國區域、HDF 格式、0.5 km、快掃5 min）、云頂高度CTH（Cloud Top Height）產品（L2 數據、全圓盤、NC 格式、4 km、1 h）、霧檢測FOG 產品（L2 數據、全圓盤、NC 格式、4 km、1 h）。對上述廬山云海過程，高頻高分辨率的可見光云圖主要用于辨識云海過程的范圍、移動方向、發展變化及其多層云結構等；而云頂高度和霧檢測產品在云海過程中的特征則用于檢驗相關產品在廬山云海辨識中的適用性。

FY-4A 云頂高度產品主要利用2 個紅外窗區和1 個CO2吸收通道，結合數值預報資料，通過最優估計迭代計算反演云頂高度（國家衛星氣象中心，2017a）；霧檢測產品利用輻射成像儀多通道探測數據并結合數值預報格點場等數據，分別根據微觀上霧粒子在各個通道上的散射、吸收特性不同和宏觀上霧圖像的特殊紋理特征，將霧覆蓋像元從其他背景目標物和各種云系像元中判識出來所形成的數據產品（國家衛星氣象中心，2017b）。其中，可見光云圖的亮度直接轉換為灰度圖，未做投影處理，根據晴天的廬山山體和長江等位置特征信息，勾勒出廬山輪廓的地理位置，如圖1b；而云頂高度和霧檢測產品則根據風云衛星遙感數據服務網提供的行、列號轉經、緯度的程序定位?？梢姽夂驮祈敻叨犬a品可覆蓋上述19 個廬山云海過程；而霧檢測產品由于自2019 年8 月1 日后公布，所以僅覆蓋13 個云海過程（序號6—19）。

文中使用的其他氣象觀測和再分析資料主要有：廬山氣象站（站號：58506）地面3 h 氣象觀測要素（地面2 m 氣溫、能見度、相對濕度、10 m 風等）；南昌氣象站（站號：58606）L 波段08 時溫、濕度探空數據；歐洲中期天氣預報中心的ERA5 逐時再分析資料（0.25°×0.25°空間分辨率，Hersbach，et al，2020）。通過上述資料分析廬山云海山頂氣象條件、相鄰區域垂直層結及天氣形勢等。

3 結果分析

3.1 廬山云海的云圖特征及其識別

表1 列出了2019—2021 年19 個廬山云海過程，共包括12 個傳統云海和7 個瀑布云過程。這些云海過程多發生在06—09 時（17 個），且秋、冬季（9 月—次年2 月）和春、夏季（3—8 月）過程約各占一半，分別為10 個和9 個。這些過程中，牯嶺、五老峰、仰天坪3 地均有云海報道的有2 個，僅牯嶺有云海報道的14 個，僅五老峰、王家坡和仰天坪有云海報道的各1 個。值得指出的是，地點的報道有局限性，如記錄者和游客的主要活動地域限制在牯嶺附近。圖2 和圖3 分別為傳統云海和瀑布云過程的部分可見光云圖。這些云圖中，深（黑或灰）、淺（白）色調則分別對應低（如無云的山）、高反照率（如層積云）。通過上述云海過程的可見光云圖動畫，可以發現云圖中顯現部分黑色山體輪廓是廬山云海的重要特征之一。在可見光云圖上，對于傳統云海過程（表1）基本上可識別無云的山體和云海范圍；而瀑布云過程（表1）有6 個也可辨別出無云的山體和云海范圍，但受多層云結構和分辨率等影響難以刻畫瀑布云的精細結構。

圖2 兩個廬山傳統云海過程的FY-4A 可見光云圖 （a.2020 年3 月1 日08 時30 分，b.2020 年3 月1 日08 時53 分，c.2021 年1 月24 日07 時38 分，d.2021 年1 月24 日08 時53 分；實線表示廬山山體輪廓，虛線表示因廬山山體阻擋形成的波狀云帶尾流輪廓，白色箭頭表示云海移動方向）Fig.2 FY-4A visible-channel cloud images of traditional seas of cloud （TSOCs） around Mt.Lu at （a.08:30 BT 1 March 2020，b.08:53 BT 1 March 2020，c.07:38 BT 24 January 2021，d.08:53 BT 24 January 2021；the solid，dashed line and arrow indicating the region of Mt.Lu，the wake zone of SOC and the movement of SOC，respectively）

圖3 同圖2，但為廬山瀑布云過程 （a.2020 年11 月30 日07 時30 分，b.2020 年11 月30 日08 時30 分）Fig.3 Same as Fig.2 but for small-scale SOCs with cloud waterfalls over Mt.Lu （SSOCs） at （a） 07:30 BT 30 November 2020 and （b） 08:30 BT 30 November 2020

圖2 為傳統云海過程的可見光云圖，多為中尺度天氣現象，如云海范圍較大并主要以繞流為主；其中有兩種廬山較為特殊的云海過程，根據其演變特征，這里分別定義為尾流型云海（圖2a、b）和山前堆積型云海（圖2c、d）。在尾流型云海過程（圖2a、b）中，其來自北方的氣流受廬山山體的阻擋，在廬山南側形成云海，云海不斷向南發展，在山體尾流作用的影響下云帶呈波狀有規律地擺動，如23 min 后圖2a 中尾流云系彎曲點向前推進了約15 km 到圖2b 相關位置；類似于濟州島海面上的云系尾流現象（韓瑛等，2004）但不像海面上有連續的尾流渦旋組。進一步分析發現，尾流型云海共有3 個（表1）。而山前堆積型云海過程（圖2c、d）則是來自東南的氣流將鄱陽湖湖面形成的低云推向廬山東側堆積而成，形成東北—西南向的細長條云海；在1.5 h 內該云海一直維持少動，最后形成貼合廬山東側等高線分布的“Ω”狀云。注意到南風是廬山云海發生的高頻風（肖雯等，2020），分析兩個西南向東北移動的傳統云海過程的云圖（序號14 和17，圖略），結果表明來自南方的氣流形成的云海過程除云海范圍較大外，西部山體（即牯嶺所在區域）大部分為晴空，較適合在牯嶺觀賞。此外，與上述傳統云海過程的云頂狀況在云圖中表現為平整和波狀分布不同的是，還有的云海過程（如序號5）呈現長條細胞狀分布?？傮w而言，廬山云頂狀況以平整和波狀為主，與江祖凡等（1986）人工目測的研究結果一致。

圖3 為一例瀑布云過程的可見光云圖，該過程為小尺度天氣現象且主要以爬坡翻山為主。圖3 的瀑布云過程生成機制可能與圖2c、d 的山前堆積型傳統云海相似，并且在1 h 內位置維持少動，但圖3的南—北向云海長度僅為圖2c、d 的1/4；結合地面觀測報道，可能在牯嶺東北方向山坡上不斷有云形成，翻越山坡后沿山坡向西下滑，但下滑至一定高度又逐漸消散。

基于廬山氣象站觀測（表1）分析云海過程的氣象條件。冬季部分云海過程的地面2 m 氣溫低于0℃，表明廬山冬季云海、霧凇、雨凇等氣象景觀可相伴出現。大部分云海過程中廬山氣象站能見度及相對濕度分別為0.2—20 km 和＞80%；而在部分小尺度的瀑布云過程及廬山東部的山前堆積型等傳統云海過程中，其能見度及相對濕度分別為28—30 km 和36%—79%。除了大部分尾流型傳統云海和瀑布云過程的廬山站風速＞4 m/s，其他大部分云海過程廬山站風速均＜4 m/s。有14 個云海過程廬山站10 m 風向為0°—90°（東北風），其余過程為偏南風；與已有研究結論，如偏南和偏北為廬山云海發生的主要風向（肖雯等，2020）一致，但本研究中北風為主要的高頻風。高頻風向不一致的主要原因一方面可能是表1 統計的大范圍云海一般在冷空氣過程之后發生，而偏北風是天氣尺度的低空背景風；另一方面這些過程早上發生居多，還受到廬山局地熱力環流如09 時前的山風（東北風）影響。此外，表1 中的基于可見光云圖判斷的云海移向與廬山站的風向大部分一致，其他不一致的過程可能主要受到多層云結構及廬山站局地氣候因素的影響。

考慮到FY-4A 可見光云圖（圖2 和圖3）日出前不能監測低云，因此需要更豐富且直觀的L2 產品用于云海識別。結合文中的廬山云海過程，檢驗FY-4A 的云頂高度（CTH）、霧檢測FOG 產品識別云海的效果（圖4）。其中，CTH 產品可識別云海的判據分成兩類：它們均為山體無云，一類是山體周邊CTH 為0.3—2.0 km（圖4b），另一類CTH 標準適當放寬至2.1—4.5 km（圖4a）；而FOG 產品可識別云海的判據為山體周邊有霧區（圖4c）。圖4 表明4 km 分辨率L2 產品在2021 年4 月23 日云海過程中仍可識別出晴空山體及其周邊低云CTH 和霧區等（圖4b、c），而對2021 年2 月12 日云海過程可能稍微高估CTH（圖4a）。進一步對表1 所有云海過程做統計分析發現，CTH 產品對識別傳統云海過程有參考意義，如山體周邊CTH 為0.3—4.5 km 判定為云海發生，其識別成功率可達80%（10/12）；CTH 產品較難識別瀑布云過程，其識別成功率僅29%（2/7）。對于放寬云海識別的CTH 至4.5 km 后識別率提高的可能影響因素，一方面是能包含一些多層結構的云海過程，另一方面是考慮了CTH 產品的低云誤差。此外，FOG 產品不太適宜用于廬山云海識別，其識別成功的過程僅有1 個（識別成功率：1/13），主要原因可能是表1 中的云海過程較少是由大范圍輻射霧發展而來的，多是冷鋒影響下大范圍層積云或其他天氣過程下的碎積云等。值得指出的是，上述L2 產品均為逐時產品，產品時間分辨率如能從1 h 提高至15 min 可對部分快速變化的云海更有指示意義；文中只是探討了FY-4A 衛星CTH 和FOG 產品在云海識別上的可能應用，即先根據山頂信息判定云海具體位置，然后再從衛星產品找相關特征；而如何綜合利用氣象衛星和地基遙感/視頻設備的觀測資料自動判別云海將是未來云海識別研究的方向之一。

圖4 廬山云海過程中FY-4A 的云頂高度 （a.2021 年2 月12 日08 時，b.2021 年4 月23 日08 時） 和2021 年4 月23 日08 時霧區分布 （c） （紫紅色圓點為廬山氣象站位置）Fig.4 FY-4A cloud top height at （a） 08:00 BT 12 February 2021，（b） 08:00 BT 23 April 2021 and fog-area detection at （c）08:00 BT 23 April 2021 during SOCs in Mt.Lu （the purple point indicates the Mt.Lu meteorological station）

3.2 廬山云海的形成機制分析

大部分廬山云海與冷空氣過程、溫度層結等因素密切相關。本小節首先通過ERA5 海平面氣壓場和850 hPa 風場，分析廬山云海過程的地面環流及低空濕度場基本特征，從天氣學角度分析天氣背景對云海形成的影響。然后從垂直層結結構、地形因素等角度再深入分析尾流型云海和其他云海過程的形成機制。

表1 中的大部分廬山云海過程都發生在冷空氣影響期間。根據相應時刻的ERA5 海平面氣壓場分析發現，有10 個云海過程受高壓控制（序號2、6—10、13、15、16、18），長江以南的地面等壓線呈平直密集分布。大部分過程廬山處在南伸的高壓底部（圖5a、c），850 hPa 受來自東北或東向的氣流影響；部分過程廬山位于高壓西部，850 hPa 受來自東南方向的氣流影響（圖5b）。而有的過程則主要位于地面低壓后部，850 hPa 受來自偏西方向的氣流影響（序號10）。此外，大部分云海過程中廬山處于850 hPa 的大范圍高濕區（RH＞60%）或者其邊緣區域，表明低空1500 m 存在較充沛的水汽可凝結成云。在地面高壓的控制下，850 hPa 天氣尺度的弱下沉氣流有利于云海的生成及維持（吳有訓等，2005；Kobayashi，et al，2021）。而2019 年9 月4 日的云海過程（序號6）除了受地面高壓影響外，還受到位于臺灣島東側臺風“玲玲”外圍下沉氣流影響。由此可見，這種天氣尺度的弱下沉運動形成的逆溫層（吳有訓等，2005；Kobayashi，et al，2021）是廬山云海形成及維持的重要影響因子之一。

圖5 廬山傳統云海 （a.尾流型，b.山前堆積型）、瀑布云 （c） 的ERA5 海平面氣壓 （藍色實線，hPa） 和850 hPa 風場 （風羽） 及相對濕度 （色階） （a.2020 年3 月1 日08 時，b.2021 年1 月24 日08 時，c.2020 年11 月30 日08 時；紅色圓圈為廬山氣象站位置）Fig.5 Sea level pressure （blue contour，hPa） and 850 hPa wind （barb） and relative humidity （shaded） from ERA-5 for TSOCs（a，b） and SSOCs （c） over Mt.Lu at （a） 08:00 BT 1 March 2020，（b） 08:00 BT 24 January 2021 and （c） 08:00 BT 30 November 2020 （the red cycle marks the Mt.Lu meteorological station）

韓瑛等（2004）總結了國際上海島的尾流云研究（Bowley，et al，1962），指出尾流形成應具備如下物理背景場條件：（1）寬廣的海域，上空有層云或層積云；（2）要有障礙物或其他動力學機制擾亂低空氣流的流動；（3）低空有逆溫層，島上的山的高度超過該逆溫層幾百米；（4）低層風速較大。結合廬山的實際地形，可以發現廬山作為一座相對孤立的高山，較適合作為擾流的障礙物，在來自北方的氣流影響下廬山下風向為較平坦的鄱陽湖平原，僅在距廬山60 km 的南昌西郊有梅嶺丘陵（平均海拔高度為300—500 m，主峰高841 m，圖1），因此條件（1）、（2）基本滿足。而根據上一節分析，廬山云海尾流云與海島尾流云的區別是廬山云海有擺動但無連續渦旋，其主要原因可能是梅嶺丘陵作為障礙物及陸地地表的高粗糙度等對尾流渦旋的影響。圖6 為3 個尾流型云海過程的南昌站探空廓線，可以發現在廬山山腰（600—1000 m 處）存在逆溫層，對應著在相應的逆溫層高度下存在低空急流軸（500—800 m 處，最大風速12—14 m/s），因此廬山尾流型云海對上述層結條件（3）、（4）也基本滿足。

圖6 有明顯尾流的廬山云海過程中南昌探空站的溫度 （a） 和風速廓線 （b）Fig.6 Vertical profiles of temperature （a） and wind speed （b） for TSOCs with wake phenomena in Mt.Lu

進一步再從尾流型云海的流體動力學角度分析其形成原因，如以2020 年3 月1 日尾流型云海過程為例，分別計算其弗勞德數（ Fr=）和雷諾數（Re），并根據相關判據分析是否存在繞流和能否產生尾流（韓瑛等，2004），其中N為逆溫層的Brunt-Vaisala 頻率（N2=g）（李芳芳等，2019），U為水平風速，H為山高，θ為位溫，g為重力加速度，z為氣塊高度。當弗勞德數的倒數＞3 時，氣流沿山側面繞流（Smolarkiewicz，et al，1989）。根據廬山實際情況，對于2020 年3 月1 日尾流型云海過程，U取低空急流軸的最大風速13 m/s，750—950 m 高度的逆溫層N2=0.00098 s-2，H=1400 m，可以求得該過程的Fr=0.297，小于1/3，滿足Fr 的倒數＞3 的條件，氣流只能沿山側面繞流。氣流繞過山后，在山后有速度切變，易形成卡曼渦列（韓瑛等，2004）。當雷諾數（ Re=）處在40—150 時，可形成尾流（Barnett，1972），這里U是氣流繞過障礙物后的速度，d是障礙物的直徑，v是氣流的渦動粘滯系數。根據廬山的實際情況，對于2020 年3 月1 日尾流型云海過程，取U=13 m/s，v=2.73×107cm2/s，d=10000 m，可以求得Re=48，滿足尾流形成的要求。

3 個尾流型云海過程還具有多個相似點，如均處于南伸的地面高壓底部的天氣形勢場，受850 hPa強偏北風影響，廬山山頂出現低能見度云及強北風，南昌風速廓線在1140 m 高度上與同時刻廬山站的觀測基本一致等。值得指出的是，2019 年12 月19 日尾流型云海過程記錄發生時間為15 時，廬山站14 時地面10 m 風速為1.8 m/s，并采用了08 時探空（受探空頻次限制），看似屬于小風的云海過程，但如果從該云海的全過程角度及風廓線角度看，仍可將該過程歸屬于受大風影響的云海過程：如考慮到如下兩個因素，其前24 h 廬山站的地面10 m 平均風速較大（5.4 m/s，范圍為3.1—8.0 m/s），且1140 m 高度與500—800 m 的低空急流軸高度有較大的風速差（圖6b）。

圖7 為廬山其他傳統云海和瀑布云（2020 年11 月30 日）過程的溫度和風速探空廓線。其中，其他傳統云海過程包括兩個普通型和一個山前堆積型（2021 年1 月24 日）過程?？梢园l現，山腰處的逆溫層和弱低空急流仍是這些云海過程的主要層結特征，但相對于尾流型傳統云海過程，它們的低空急流最大風速較弱，如傳統云海過程僅為4—6 m/s、瀑布云為9 m/s；它們在廬山站的弱風速更接近廬山80%云海發生時的風速（＜5.8 m/s）（肖雯等，2020）。這里重點關注兩個來自東方氣流影響的尺度相對較小的山前堆積型云海（圖2c、d）和瀑布云（圖3）過程。對于山前堆積型云海（圖2c、d），在1200 m 以上強（約6℃）且深厚的逆溫層（圖7a，黑線）影響下，較弱的低空東南風（圖7b）很難翻越東側的山體，小范圍的云系只能沿著漫長的廬山東部山體緩慢展開，并難以完全繞過廬山東側山體，只能在山前堆積并逐漸消散。而瀑布云（圖3）的強逆溫層高度提高到2000 m（圖7a，綠線），存在較大的風速（如急流風速9 m/s 且900—1300 m 風速為6 m/s），這種較強氣流在無山腰逆溫層的阻擋下可緩慢翻山；因此，2020 年11 月30 日瀑布云這種與山前堆積型云海差異較大的垂直層結結構，可能是其在廬山東側形成瀑布云的主要原因。

圖7 同圖6，但為廬山其他傳統云海和瀑布云 （分別在圖例中以字母Y、P 開頭）Fig.7 Same as Fig.6 but for other TSOCs and SSOCs in Mt.Lu with a capital letter of Y and P in the legend，respectively

3.3 廬山云海的概念模型

通過前文對云海云圖特征及其形成機制的分析及與中國其他山地云海研究的比較，圖8 總結了兩類較特別的廬山云?，F象（尾流型、山前堆積型傳統云海）及其翻山型瀑布云的概念模型。與其他山地云海相比，大尺度天氣背景和垂直層結結構影響因素較為相似，如受地面高壓、850 hPa 天氣尺度的弱下沉氣流、850 hPa 高濕區、山頂附近的逆溫層等影響；但廬山云海得益于其獨特的地形和地理位置，如山體較高且孤立于鄱陽湖平原上、鄰近鄱陽湖而水汽充沛等，使得廬山云海景觀也有一些獨特的云海形狀和形成機制。由于廬山有相對周邊孤立的橢圓形山體，在冷高壓底部的強北風低空急流及山腰逆溫層的影響下，可在廬山南側形成主要因繞流形成的逗號狀尾流云系，即較大范圍的中尺度尾流型云海。廬山東側鄰近大面積水體，較弱的東南風可直接將在湖面形成的低云推向廬山東側，由于云系尺度較小并受溫度層結（山腰逆溫層）影響，云系不能翻山也不能完全繞過寬大山體，只能在山前堆積成貼合廬山地勢的細長云海，即小尺度的山前堆積型云海。在翻山型瀑布云中，一般在較強氣流及高逆溫層（比山頂稍高）的綜合影響下，小尺度云系逐漸翻山形成瀑布云。對比山前堆積型云海和瀑布云過程的風、溫廓線表明，逆溫層的高度（即位于廬山的山腰/山頂）和氣流強度（弱/強）是影響云海在山前堆積或是翻山形成瀑布云的關鍵因素。

圖8 廬山云海的物理概念模型Fig.8 Schematic illustration of SOCs of Mt.Lu

總體而言，在廬山特定的山體形狀和高度條件下，氣流的來向和強度，溫、濕度垂直層結結構，云系尺度等是影響廬山云海形狀及維持時間的主要因子。

4 結論與討論

利用FY-4A 觀測資料、ERA5 再分析資料及南昌探空數據等分析了2019—2021 年的19 次廬山白天云海過程（12 個傳統云海和7 個瀑布云過程），對衛星遙感的云海識別應用、廬山云海的特征及其形成機制等開展研究，主要研究結果為：

（1）利用FY-4A 高分辨率可見光云圖基本能識別出廬山白天的晴空山體及云海范圍，并可捕捉到云海的宏觀演變特征，但較難刻畫小尺度瀑布云的精細結構。此外，FY-4A 的L2 產品云頂高度CTH 可用于廬山傳統云海的識別，但其較難識別瀑布云過程；而霧檢測FOG 目前不太適用于廬山云海識別。

（2）云系尾流現象一般發生在洋面海島附近，而根據云圖發現，在陸地孤立高山附近，即廬山南側也存在云系尾流現象且頻率較高（共3 次過程）。該尾流型云海是由繞流作用形成的尾流云系，呈逗號狀分布且做規律性擺動但無連續渦旋。其中，相對周邊孤立的橢圓形山體、冷高壓底部的強北風低空急流、山腰逆溫層等是尾流型云海形成的主要因素；而尾流南側丘陵及陸表的高粗糙度等可能是其無連續渦旋的主要原因之一。

（3）大部分廬山云海過程與冷空氣影響有關，有10 個云海過程受地面高壓控制，且廬山大多處于850 hPa 的大范圍高濕區（RH＞60%）或其邊緣區域，表明地面高壓附近弱下沉運動形成的逆溫層和低空充沛的水汽等是廬山云海形成及維持的重要影響因子。

結合靜止氣象衛星白天可見光云圖及其云頂高度信息產品的云海研究方法可推廣到中國其他重點旅游山區用于評估氣象旅游資源和景區氣象科普。同時，本研究加深了對廬山白天云海特征和形成機制的了解，但仍然存在一定局限性，如受限于云海過程樣本數、空間多層云結構、云圖觀測特性及分辨率、缺乏地面多地點多角度延時相機觀測資料等因素，未能深入研究小尺度瀑布云的精細結構、夜間云海范圍及其演變等。此外，由于FY-4A的快速成像儀需兼顧全圓盤和區域掃描（陸風等，2017），特別是在08 時兩種工作模式的切換降低了云海發生高頻時段的時間分辨率，在一定程度上影響了對一些快速變化云海過程的連續觀測；而2022 年6 月投入業務使用的FY-4B 獨立快速成像儀的時、空分辨率顯著提高，分別提升至1 min 和250 m。將來借助地面相機、地基遙感等觀測資料，結合FY-4B 的高時空分辨率云圖或者高分辨率氣象模式可進一步深入認識廬山云海的全面特征及形成機制。