基于FY-4A 的庐山云海特征及其成因研究*

陈 勇 段 婧 王 新 郭 强 张小鹏

1.中国科学院大气物理研究所大气边界层物理和大气化学国家重点实验室，北京，100029

2.中国气象局云降水物理与人工影响天气重点开放实验室，北京，100081

3.国家卫星气象中心（国家空间天气监测预警中心）/中国遥感卫星辐射测量和定标重点开放实验室/许健民气象卫星创新中心，北京，100081

4.庐山气象局，九江，332900

1 引 言

山地云海景观作为一种旅游资源受到大众的喜爱和关注。云海的形成主要由低云或局地雾在特定环流条件下沿山地周边徘徊移动；其主要表现为云/雾顶高度低于山峰的高度，从山峰上可俯瞰广阔的云顶。近年来，又有一种云海景观颇受旅游业关注，这种云海的景观尺度较小，即浅薄的云系不断地爬坡并翻过山顶而下，形成的类似瀑布下泻的云海景观，被称为瀑布云或云瀑（冯立梅等，2003）。因此，随着旅游气象对云海景观的细分定义及预报需求，有必要对传统意义上的云海和新兴的瀑布云的特征及机理等做深入研究。

传统云海的范围较大，云系的移动方式主要有绕流、山前堆积等；而瀑布云则主要为爬坡翻山的小尺度云系。中国的山地云海研究，早期主要围绕传统旅游胜地如庐山、黄山、华山和雁荡山等（江祖凡等，1986；吴有训等，2005；单权等，2014；乔舒婷等，2016）开展，近年来开始向新旅游景区如重庆黑山谷（邓承之等，2022）等拓展。山地云海的研究内容主要包括云海的特征及形成机制—如云海发生的季节变化、天气形势、气温的垂直层结、云海发生与气象条件的统计关系（江祖凡等，1986；吴有训等，2005；单权等，2014；乔舒婷等，2016；肖雯等，2020），云海的统计预报和数值模拟（丁国香等，2019；邓承之等，2022）等。在国际地形云景观研究中，旗云（Banner Cloud）作为出现在高海拔孤立山峰顶端一侧的地形云，一直是主要研究热点。延时相机的观测揭示了德国楚格峰的旗云形成机制及季 节/日 变 化 规 律（Schween，et al，2007；Wirth，et al，2012），对旗云山峰的迎风面和背风面的微气象观测研究（Wirth，et al，2012）及大涡模拟研究（Wirth，et al，2020）等为旗云的形成机制提供了观测和理论依据。相较于有固定观测平台的楚格峰（海拔高度为2962 m）、珠峰（海拔高度为8848 m）的旗云研究则主要依靠日本静止气象卫星葵花-8的10 min 可见光云图开展（Hindman，et al，2022）。中、低海拔山地云海研究方面，针对云海主要发生时段在日出前，Kobayashi 等（2021）综合利用适宜夜间云海识别的葵花-8 多通道红外云图与山顶多台延时相机的研究方法，研究了日本本州山脉旅游景区（海拔高度为1730 m）中尺度和小尺度云海的发生频率和形成机制。由此可见，研究不同尺度的山地云海特征及形成、发展机制，需要从宏、微观角度上有效利用高时、空分辨率卫星云图和山顶延时相机/人工观测相结合的研究手段。

然而，目前仍较少有结合高时、空分辨率卫星云图分析中国云海的水平分布、范围等演变特征及其形成机制的研究成果，特别是针对瀑布云的研究更少。文中针对中国庐山的传统云海和瀑布云过程，利用中国风云系列第二代静止气象卫星FY-4A 的高时、空分辨率可见光云图（陆风等，2017）分析庐山2019—2021 年白天云海的空间精细结构及其演变规律，并检验FY-4A 云顶高度等产品在庐山云海识别中的适用性，同时结合天气形势及层结结构分析各类云海过程的形成机制差异，进一步探索气象卫星遥感在旅游气象中的拓展应用，从而加深对庐山云海形成、发展的科学认识。同时瀑布云或云海作为山地云的一种，对其形成机理研究也将有助于加深对地形云降水（Houze，2012）机理的理解。

2 研究区域及资料

庐山位于中国江西省北部，其北邻长江、南依鄱阳湖平原（图1a）。庐山主峰汉阳峰海拔高度为1474 m，大多数山峰的海拔高度在1000 m 以上。庐山山体相对孤立，周边50 km 大部分为平原、小丘陵；庐山山体呈东北—西南走向（与正北向夹角约30°），其300 m 等高线呈椭圆形，椭圆长、短轴分别为30 和10 km（图1a）。图1b 还标注出几处庐山观测云海的适宜地点，分别为牯岭、仰天坪和五老峰；其中，牯岭是庐山的中心景区、游客集散中心及庐山气象站（海拔高度为1165 m）所在地，邻近大月山、小天池、剪刀峡、日照峰；而五老峰和仰天坪位置分别在牯岭的偏东和偏南方向。

2019—2021 年庐山云海过程的时间、类型及地点等信息资料来自庐山风景名胜区管理局网站（https://zhlushan.cn），共19 个云海过程，详见表1，资料整理时仅选取该网站报道有具体时间的相关个例。值得指出的是，这些云海过程仅是2019—2021 年庐山实际云海过程的一部分，并被旅游部门认定的具有旅游价值的典型云海气象景观。对于云海的分类，主要基于该网站的报道，分成传统云海（无瀑布云的云海）和瀑布云两类，分别对应以绕流和山前堆积型为主的大范围云海和爬坡翻山的小尺度云团；此外，从观测者角度而言，传统云海的云顶高度一般低于观测者，而瀑布云的云顶高度可以高于观测者（如观测者在较低一侧山峰观测且不在云雾中）。

文中所用卫星资料来自风云卫星遥感数据服务网（http://satellite.nsmc.org.cn），由中国气象局国家卫星气象中心FY-4A 静止气象卫星观测。FY-4A 卫星定位于104.7°E 的赤道上空，于2016 年12 月11 日发射升空，搭载的辐射成像仪可观测14 个波段（中心波长0.47—13.5 μm）的地球云图，星下点空间分辨率为0.5—4 km（张志清等，2017；Yang， et al， 2017； Zhang， et al， 2019； 狄 迪 等，2022）。其中0.65 μm 可见光波段通道星下点空间分辨率为0.5 km。FY-4A 卫星辐射成像仪的观测模式为：每1 h 一次全圆盘观测，每3 h 一次连续3 幅全圆盘观测，无全圆盘观测时做5 min 中国区域快扫观测。

本研究主要使用FY-4A 静止气象卫星的3 种观测产品（Xian，et al，2021），分别是可见光通道（0.65 μm）产品（L1 数据、中国区域、HDF 格式、0.5 km、快扫5 min）、云顶高度CTH（Cloud Top Height）产品（L2 数据、全圆盘、NC 格式、4 km、1 h）、雾检测FOG 产品（L2 数据、全圆盘、NC 格式、4 km、1 h）。对上述庐山云海过程，高频高分辨率的可见光云图主要用于辨识云海过程的范围、移动方向、发展变化及其多层云结构等；而云顶高度和雾检测产品在云海过程中的特征则用于检验相关产品在庐山云海辨识中的适用性。

FY-4A 云顶高度产品主要利用2 个红外窗区和1 个CO2吸收通道，结合数值预报资料，通过最优估计迭代计算反演云顶高度（国家卫星气象中心，2017a）；雾检测产品利用辐射成像仪多通道探测数据并结合数值预报格点场等数据，分别根据微观上雾粒子在各个通道上的散射、吸收特性不同和宏观上雾图像的特殊纹理特征，将雾覆盖像元从其他背景目标物和各种云系像元中判识出来所形成的数据产品（国家卫星气象中心，2017b）。其中，可见光云图的亮度直接转换为灰度图，未做投影处理，根据晴天的庐山山体和长江等位置特征信息，勾勒出庐山轮廓的地理位置，如图1b；而云顶高度和雾检测产品则根据风云卫星遥感数据服务网提供的行、列号转经、纬度的程序定位。可见光和云顶高度产品可覆盖上述19 个庐山云海过程；而雾检测产品由于自2019 年8 月1 日后公布，所以仅覆盖13 个云海过程（序号6—19）。

文中使用的其他气象观测和再分析资料主要有：庐山气象站（站号：58506）地面3 h 气象观测要素（地面2 m 气温、能见度、相对湿度、10 m 风等）；南昌气象站（站号：58606）L 波段08 时温、湿度探空数据；欧洲中期天气预报中心的ERA5 逐时再分析资料（0.25°×0.25°空间分辨率，Hersbach，et al，2020）。通过上述资料分析庐山云海山顶气象条件、相邻区域垂直层结及天气形势等。

3 结果分析

3.1 庐山云海的云图特征及其识别

表1 列出了2019—2021 年19 个庐山云海过程，共包括12 个传统云海和7 个瀑布云过程。这些云海过程多发生在06—09 时（17 个），且秋、冬季（9 月—次年2 月）和春、夏季（3—8 月）过程约各占一半，分别为10 个和9 个。这些过程中，牯岭、五老峰、仰天坪3 地均有云海报道的有2 个，仅牯岭有云海报道的14 个，仅五老峰、王家坡和仰天坪有云海报道的各1 个。值得指出的是，地点的报道有局限性，如记录者和游客的主要活动地域限制在牯岭附近。图2 和图3 分别为传统云海和瀑布云过程的部分可见光云图。这些云图中，深（黑或灰）、浅（白）色调则分别对应低（如无云的山）、高反照率（如层积云）。通过上述云海过程的可见光云图动画，可以发现云图中显现部分黑色山体轮廓是庐山云海的重要特征之一。在可见光云图上，对于传统云海过程（表1）基本上可识别无云的山体和云海范围；而瀑布云过程（表1）有6 个也可辨别出无云的山体和云海范围，但受多层云结构和分辨率等影响难以刻画瀑布云的精细结构。

图2 两个庐山传统云海过程的FY-4A 可见光云图 （a.2020 年3 月1 日08 时30 分，b.2020 年3 月1 日08 时53 分，c.2021 年1 月24 日07 时38 分，d.2021 年1 月24 日08 时53 分；实线表示庐山山体轮廓，虚线表示因庐山山体阻挡形成的波状云带尾流轮廓，白色箭头表示云海移动方向）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）

图3 同图2，但为庐山瀑布云过程 （a.2020 年11 月30 日07 时30 分，b.2020 年11 月30 日08 时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

图2 为传统云海过程的可见光云图，多为中尺度天气现象，如云海范围较大并主要以绕流为主；其中有两种庐山较为特殊的云海过程，根据其演变特征，这里分别定义为尾流型云海（图2a、b）和山前堆积型云海（图2c、d）。在尾流型云海过程（图2a、b）中，其来自北方的气流受庐山山体的阻挡，在庐山南侧形成云海，云海不断向南发展，在山体尾流作用的影响下云带呈波状有规律地摆动，如23 min 后图2a 中尾流云系弯曲点向前推进了约15 km 到图2b 相关位置；类似于济州岛海面上的云系尾流现象（韩瑛等，2004）但不像海面上有连续的尾流涡旋组。进一步分析发现，尾流型云海共有3 个（表1）。而山前堆积型云海过程（图2c、d）则是来自东南的气流将鄱阳湖湖面形成的低云推向庐山东侧堆积而成，形成东北—西南向的细长条云海；在1.5 h 内该云海一直维持少动，最后形成贴合庐山东侧等高线分布的“Ω”状云。注意到南风是庐山云海发生的高频风（肖雯等，2020），分析两个西南向东北移动的传统云海过程的云图（序号14 和17，图略），结果表明来自南方的气流形成的云海过程除云海范围较大外，西部山体（即牯岭所在区域）大部分为晴空，较适合在牯岭观赏。此外，与上述传统云海过程的云顶状况在云图中表现为平整和波状分布不同的是，还有的云海过程（如序号5）呈现长条细胞状分布。总体而言，庐山云顶状况以平整和波状为主，与江祖凡等（1986）人工目测的研究结果一致。

图3 为一例瀑布云过程的可见光云图，该过程为小尺度天气现象且主要以爬坡翻山为主。图3 的瀑布云过程生成机制可能与图2c、d 的山前堆积型传统云海相似，并且在1 h 内位置维持少动，但图3的南—北向云海长度仅为图2c、d 的1/4；结合地面观测报道，可能在牯岭东北方向山坡上不断有云形成，翻越山坡后沿山坡向西下滑，但下滑至一定高度又逐渐消散。

基于庐山气象站观测（表1）分析云海过程的气象条件。冬季部分云海过程的地面2 m 气温低于0℃，表明庐山冬季云海、雾凇、雨凇等气象景观可相伴出现。大部分云海过程中庐山气象站能见度及相对湿度分别为0.2—20 km 和＞80%；而在部分小尺度的瀑布云过程及庐山东部的山前堆积型等传统云海过程中，其能见度及相对湿度分别为28—30 km 和36%—79%。除了大部分尾流型传统云海和瀑布云过程的庐山站风速＞4 m/s，其他大部分云海过程庐山站风速均＜4 m/s。有14 个云海过程庐山站10 m 风向为0°—90°（东北风），其余过程为偏南风；与已有研究结论，如偏南和偏北为庐山云海发生的主要风向（肖雯等，2020）一致，但本研究中北风为主要的高频风。高频风向不一致的主要原因一方面可能是表1 统计的大范围云海一般在冷空气过程之后发生，而偏北风是天气尺度的低空背景风；另一方面这些过程早上发生居多，还受到庐山局地热力环流如09 时前的山风（东北风）影响。此外，表1 中的基于可见光云图判断的云海移向与庐山站的风向大部分一致，其他不一致的过程可能主要受到多层云结构及庐山站局地气候因素的影响。

考虑到FY-4A 可见光云图（图2 和图3）日出前不能监测低云，因此需要更丰富且直观的L2 产品用于云海识别。结合文中的庐山云海过程，检验FY-4A 的云顶高度（CTH）、雾检测FOG 产品识别云海的效果（图4）。其中，CTH 产品可识别云海的判据分成两类：它们均为山体无云，一类是山体周边CTH 为0.3—2.0 km（图4b），另一类CTH 标准适当放宽至2.1—4.5 km（图4a）；而FOG 产品可识别云海的判据为山体周边有雾区（图4c）。图4 表明4 km 分辨率L2 产品在2021 年4 月23 日云海过程中仍可识别出晴空山体及其周边低云CTH 和雾区等（图4b、c），而对2021 年2 月12 日云海过程可能稍微高估CTH（图4a）。进一步对表1 所有云海过程做统计分析发现，CTH 产品对识别传统云海过程有参考意义，如山体周边CTH 为0.3—4.5 km 判定为云海发生，其识别成功率可达80%（10/12）；CTH 产品较难识别瀑布云过程，其识别成功率仅29%（2/7）。对于放宽云海识别的CTH 至4.5 km 后识别率提高的可能影响因素，一方面是能包含一些多层结构的云海过程，另一方面是考虑了CTH 产品的低云误差。此外，FOG 产品不太适宜用于庐山云海识别，其识别成功的过程仅有1 个（识别成功率：1/13），主要原因可能是表1 中的云海过程较少是由大范围辐射雾发展而来的，多是冷锋影响下大范围层积云或其他天气过程下的碎积云等。值得指出的是，上述L2 产品均为逐时产品，产品时间分辨率如能从1 h 提高至15 min 可对部分快速变化的云海更有指示意义；文中只是探讨了FY-4A 卫星CTH 和FOG 产品在云海识别上的可能应用，即先根据山顶信息判定云海具体位置，然后再从卫星产品找相关特征；而如何综合利用气象卫星和地基遥感/视频设备的观测资料自动判别云海将是未来云海识别研究的方向之一。

图4 庐山云海过程中FY-4A 的云顶高度 （a.2021 年2 月12 日08 时，b.2021 年4 月23 日08 时） 和2021 年4 月23 日08 时雾区分布 （c） （紫红色圆点为庐山气象站位置）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 庐山云海的形成机制分析

大部分庐山云海与冷空气过程、温度层结等因素密切相关。本小节首先通过ERA5 海平面气压场和850 hPa 风场，分析庐山云海过程的地面环流及低空湿度场基本特征，从天气学角度分析天气背景对云海形成的影响。然后从垂直层结结构、地形因素等角度再深入分析尾流型云海和其他云海过程的形成机制。

表1 中的大部分庐山云海过程都发生在冷空气影响期间。根据相应时刻的ERA5 海平面气压场分析发现，有10 个云海过程受高压控制（序号2、6—10、13、15、16、18），长江以南的地面等压线呈平直密集分布。大部分过程庐山处在南伸的高压底部（图5a、c），850 hPa 受来自东北或东向的气流影响；部分过程庐山位于高压西部，850 hPa 受来自东南方向的气流影响（图5b）。而有的过程则主要位于地面低压后部，850 hPa 受来自偏西方向的气流影响（序号10）。此外，大部分云海过程中庐山处于850 hPa 的大范围高湿区（RH＞60%）或者其边缘区域，表明低空1500 m 存在较充沛的水汽可凝结成云。在地面高压的控制下，850 hPa 天气尺度的弱下沉气流有利于云海的生成及维持（吴有训等，2005；Kobayashi，et al，2021）。而2019 年9 月4 日的云海过程（序号6）除了受地面高压影响外，还受到位于台湾岛东侧台风“玲玲”外围下沉气流影响。由此可见，这种天气尺度的弱下沉运动形成的逆温层（吴有训等，2005；Kobayashi，et al，2021）是庐山云海形成及维持的重要影响因子之一。

图5 庐山传统云海 （a.尾流型，b.山前堆积型）、瀑布云 （c） 的ERA5 海平面气压 （蓝色实线，hPa） 和850 hPa 风场 （风羽） 及相对湿度 （色阶） （a.2020 年3 月1 日08 时，b.2021 年1 月24 日08 时，c.2020 年11 月30 日08 时；红色圆圈为庐山气象站位置）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）

韩瑛等（2004）总结了国际上海岛的尾流云研究（Bowley，et al，1962），指出尾流形成应具备如下物理背景场条件：（1）宽广的海域，上空有层云或层积云；（2）要有障碍物或其他动力学机制扰乱低空气流的流动；（3）低空有逆温层，岛上的山的高度超过该逆温层几百米；（4）低层风速较大。结合庐山的实际地形，可以发现庐山作为一座相对孤立的高山，较适合作为扰流的障碍物，在来自北方的气流影响下庐山下风向为较平坦的鄱阳湖平原，仅在距庐山60 km 的南昌西郊有梅岭丘陵（平均海拔高度为300—500 m，主峰高841 m，图1），因此条件（1）、（2）基本满足。而根据上一节分析，庐山云海尾流云与海岛尾流云的区别是庐山云海有摆动但无连续涡旋，其主要原因可能是梅岭丘陵作为障碍物及陆地地表的高粗糙度等对尾流涡旋的影响。图6 为3 个尾流型云海过程的南昌站探空廓线，可以发现在庐山山腰（600—1000 m 处）存在逆温层，对应着在相应的逆温层高度下存在低空急流轴（500—800 m 处，最大风速12—14 m/s），因此庐山尾流型云海对上述层结条件（3）、（4）也基本满足。

图6 有明显尾流的庐山云海过程中南昌探空站的温度 （a） 和风速廓线 （b）Fig.6 Vertical profiles of temperature （a） and wind speed （b） for TSOCs with wake phenomena in Mt.Lu

进一步再从尾流型云海的流体动力学角度分析其形成原因，如以2020 年3 月1 日尾流型云海过程为例，分别计算其弗劳德数（ Fr=）和雷诺数（Re），并根据相关判据分析是否存在绕流和能否产生尾流（韩瑛等，2004），其中N为逆温层的Brunt-Vaisala 频率（N2=g）（李芳芳等，2019），U为水平风速，H为山高，θ为位温，g为重力加速度，z为气块高度。当弗劳德数的倒数＞3 时，气流沿山侧面绕流（Smolarkiewicz，et al，1989）。根据庐山实际情况，对于2020 年3 月1 日尾流型云海过程，U取低空急流轴的最大风速13 m/s，750—950 m 高度的逆温层N2=0.00098 s-2，H=1400 m，可以求得该过程的Fr=0.297，小于1/3，满足Fr 的倒数＞3 的条件，气流只能沿山侧面绕流。气流绕过山后，在山后有速度切变，易形成卡曼涡列（韩瑛等，2004）。当雷诺数（ Re=）处在40—150 时，可形成尾流（Barnett，1972），这里U是气流绕过障碍物后的速度，d是障碍物的直径，v是气流的涡动粘滞系数。根据庐山的实际情况，对于2020 年3 月1 日尾流型云海过程，取U=13 m/s，v=2.73×107cm2/s，d=10000 m，可以求得Re=48，满足尾流形成的要求。

3 个尾流型云海过程还具有多个相似点，如均处于南伸的地面高压底部的天气形势场，受850 hPa强偏北风影响，庐山山顶出现低能见度云及强北风，南昌风速廓线在1140 m 高度上与同时刻庐山站的观测基本一致等。值得指出的是，2019 年12 月19 日尾流型云海过程记录发生时间为15 时，庐山站14 时地面10 m 风速为1.8 m/s，并采用了08 时探空（受探空频次限制），看似属于小风的云海过程，但如果从该云海的全过程角度及风廓线角度看，仍可将该过程归属于受大风影响的云海过程：如考虑到如下两个因素，其前24 h 庐山站的地面10 m 平均风速较大（5.4 m/s，范围为3.1—8.0 m/s），且1140 m 高度与500—800 m 的低空急流轴高度有较大的风速差（图6b）。

图7 为庐山其他传统云海和瀑布云（2020 年11 月30 日）过程的温度和风速探空廓线。其中，其他传统云海过程包括两个普通型和一个山前堆积型（2021 年1 月24 日）过程。可以发现，山腰处的逆温层和弱低空急流仍是这些云海过程的主要层结特征，但相对于尾流型传统云海过程，它们的低空急流最大风速较弱，如传统云海过程仅为4—6 m/s、瀑布云为9 m/s；它们在庐山站的弱风速更接近庐山80%云海发生时的风速（＜5.8 m/s）（肖雯等，2020）。这里重点关注两个来自东方气流影响的尺度相对较小的山前堆积型云海（图2c、d）和瀑布云（图3）过程。对于山前堆积型云海（图2c、d），在1200 m 以上强（约6℃）且深厚的逆温层（图7a，黑线）影响下，较弱的低空东南风（图7b）很难翻越东侧的山体，小范围的云系只能沿着漫长的庐山东部山体缓慢展开，并难以完全绕过庐山东侧山体，只能在山前堆积并逐渐消散。而瀑布云（图3）的强逆温层高度提高到2000 m（图7a，绿线），存在较大的风速（如急流风速9 m/s 且900—1300 m 风速为6 m/s），这种较强气流在无山腰逆温层的阻挡下可缓慢翻山；因此，2020 年11 月30 日瀑布云这种与山前堆积型云海差异较大的垂直层结结构，可能是其在庐山东侧形成瀑布云的主要原因。

图7 同图6，但为庐山其他传统云海和瀑布云 （分别在图例中以字母Y、P 开头）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 庐山云海的概念模型

通过前文对云海云图特征及其形成机制的分析及与中国其他山地云海研究的比较，图8 总结了两类较特别的庐山云海现象（尾流型、山前堆积型传统云海）及其翻山型瀑布云的概念模型。与其他山地云海相比，大尺度天气背景和垂直层结结构影响因素较为相似，如受地面高压、850 hPa 天气尺度的弱下沉气流、850 hPa 高湿区、山顶附近的逆温层等影响；但庐山云海得益于其独特的地形和地理位置，如山体较高且孤立于鄱阳湖平原上、邻近鄱阳湖而水汽充沛等，使得庐山云海景观也有一些独特的云海形状和形成机制。由于庐山有相对周边孤立的椭圆形山体，在冷高压底部的强北风低空急流及山腰逆温层的影响下，可在庐山南侧形成主要因绕流形成的逗号状尾流云系，即较大范围的中尺度尾流型云海。庐山东侧邻近大面积水体，较弱的东南风可直接将在湖面形成的低云推向庐山东侧，由于云系尺度较小并受温度层结（山腰逆温层）影响，云系不能翻山也不能完全绕过宽大山体，只能在山前堆积成贴合庐山地势的细长云海，即小尺度的山前堆积型云海。在翻山型瀑布云中，一般在较强气流及高逆温层（比山顶稍高）的综合影响下，小尺度云系逐渐翻山形成瀑布云。对比山前堆积型云海和瀑布云过程的风、温廓线表明，逆温层的高度（即位于庐山的山腰/山顶）和气流强度（弱/强）是影响云海在山前堆积或是翻山形成瀑布云的关键因素。

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

总体而言，在庐山特定的山体形状和高度条件下，气流的来向和强度，温、湿度垂直层结结构，云系尺度等是影响庐山云海形状及维持时间的主要因子。

4 结论与讨论

利用FY-4A 观测资料、ERA5 再分析资料及南昌探空数据等分析了2019—2021 年的19 次庐山白天云海过程（12 个传统云海和7 个瀑布云过程），对卫星遥感的云海识别应用、庐山云海的特征及其形成机制等开展研究，主要研究结果为：

（1）利用FY-4A 高分辨率可见光云图基本能识别出庐山白天的晴空山体及云海范围，并可捕捉到云海的宏观演变特征，但较难刻画小尺度瀑布云的精细结构。此外，FY-4A 的L2 产品云顶高度CTH 可用于庐山传统云海的识别，但其较难识别瀑布云过程；而雾检测FOG 目前不太适用于庐山云海识别。

（2）云系尾流现象一般发生在洋面海岛附近，而根据云图发现，在陆地孤立高山附近，即庐山南侧也存在云系尾流现象且频率较高（共3 次过程）。该尾流型云海是由绕流作用形成的尾流云系，呈逗号状分布且做规律性摆动但无连续涡旋。其中，相对周边孤立的椭圆形山体、冷高压底部的强北风低空急流、山腰逆温层等是尾流型云海形成的主要因素；而尾流南侧丘陵及陆表的高粗糙度等可能是其无连续涡旋的主要原因之一。

（3）大部分庐山云海过程与冷空气影响有关，有10 个云海过程受地面高压控制，且庐山大多处于850 hPa 的大范围高湿区（RH＞60%）或其边缘区域，表明地面高压附近弱下沉运动形成的逆温层和低空充沛的水汽等是庐山云海形成及维持的重要影响因子。

结合静止气象卫星白天可见光云图及其云顶高度信息产品的云海研究方法可推广到中国其他重点旅游山区用于评估气象旅游资源和景区气象科普。同时，本研究加深了对庐山白天云海特征和形成机制的了解，但仍然存在一定局限性，如受限于云海过程样本数、空间多层云结构、云图观测特性及分辨率、缺乏地面多地点多角度延时相机观测资料等因素，未能深入研究小尺度瀑布云的精细结构、夜间云海范围及其演变等。此外，由于FY-4A的快速成像仪需兼顾全圆盘和区域扫描（陆风等，2017），特别是在08 时两种工作模式的切换降低了云海发生高频时段的时间分辨率，在一定程度上影响了对一些快速变化云海过程的连续观测；而2022 年6 月投入业务使用的FY-4B 独立快速成像仪的时、空分辨率显著提高，分别提升至1 min 和250 m。将来借助地面相机、地基遥感等观测资料，结合FY-4B 的高时空分辨率云图或者高分辨率气象模式可进一步深入认识庐山云海的全面特征及形成机制。