暴雪是冬季中高纬度地区主要灾害性天气之一，日益受到气象学者的关注.欧美的降雪大多与温带气旋的形成、发展和移动有关.Weisman(1996)指出降雪发生在气旋形成的早期阶段，弱的条件性不稳定有利于雪带的组织化.Novak等(2004)认为地面气旋的西北部是锋生和不稳定的叠置处，有利于强降雪带的发生.北美冬季爆发性气旋的逗点云头附近是暴风雪的主要发生区，成熟气旋的西北象限通常具有暖式锢囚锋的结构(Martin，1998a).Novak(2002)指出：锢囚锋形成前，带状降水产生在气旋中心的东北象限，锢囚锋形成后，带状降水则分布在气旋中心的西北象限(Schultz and Vaughan, 2011).Jurewicz和Michael(2004)对比了北大西洋中部窄的强降雪带和宽的弱降雪带，认为雪带强度和范围的不同取决于锋生强迫、水汽输送、不稳定度及局地的温度廓线的不同.

关于温带气旋锋面结构和演变主要有两种被普遍接受的模型.Bjerknes和Solberg(1922)提出的经典的锢囚锋模型，即地面冷锋追上暖锋，将暖空气抬至空中形成暖舌.Shapiro和Keyser(1990)针对海洋爆发性气旋的发展，修正了温带气旋发生发展的概念模型，提出温带气旋发展过程中并不存在冷锋追上暖锋形成的锢囚锋，而是暖锋后弯和包卷锢囚过程，即暖锋向气旋中心的后方弯曲，暖空气和冷空气同时向气旋中心卷入，使气旋中心形成暖核，形成具有T形(T-bone)的锋面结构，气旋发展分为初始锋面波动、锋面断裂、暖锋后弯和暖核隔离4个阶段(Schultz and Vaughan, 2011；陶祖钰等，2014).为了进一步强调气旋和锋面的带状拉长以及T形锋面的连续性，Schultz等(1998, 2011)将Shapiro和Keyser(1990)气旋模型中的暖锋后弯改为锢囚锋后弯.许多研究发现冬半年温带海洋上的爆发性气旋一般具有T形结构，在中国东部的黄海(王洪庆等，2000；张伟等，2006)和陆地上(熊秋芬等, 2013, 2016；郭达烽等，2017)的气旋也发现有类似海洋爆发性气旋暖锋后弯的实例.

随着卫星遥感技术的快速发展，利用卫星资料分析暴雪云系的三维结构和云物理特征的研究逐渐增多.CloudSat卫星云廓线雷达(Cloud Profile Radar (CPR))资料在研究暴雪云系的垂直结构和云物理特征等方面有许多应用(Liu，2008；盛日锋等，2012；郑怡等，2014；王东海等，2008；仲凌志等，2010).王东海等(2008)认为造成2008年我国南方冰冻雨雪天气的微物理过程有凝华、冻结和冰雾粒子的附着增长等；仲凌志等(2010)指出冻雨的形成有“冰雪-雨-过冷雨”和“过冷云-过冷雨”两种典型的云物理机制，发现0 ℃层融化带的强度和厚度与近地面温度是能否形成冻雨的关键因子.Posselt等(2008)借助CloudSat卫星CPR资料分析了一次北美温带气旋过程，获得许多对温带气旋结构的新认识，丰富了挪威温带气旋模型.CloudSat卫星CPR资料也可用来揭示东北冷涡的精细三维结构和演变(钟水新等，2011；施春华等, 2013, 2014)、热带气旋(严卫等，2013)和热带对流的结构(Shi et al，2017).

江淮气旋北上是造成我国东北地区暴雪的非常重要的一类天气系统，气旋北上过程中强烈发展，暖锋向气旋中心的后方弯曲包卷，形成锢囚锋，从而引发暴雪.如2007年3月3—5日，受江淮气旋北上影响，中国东部北方地区出现了近50年来历史同期最严重的暴风雪和强降温天气，针对这次暴雪天气的形成机制，已有一些研究成果(蔡丽娜等，2009；孙艳辉等，2012；2015).刘宁微等(2009)分析了降雪期间中尺度云团的演变特征，指出云系发展和移动与降雪有较好的对应关系.

由于缺乏大范围高分辨率探测资料，目前对温带气旋暴雪云系和降雪的三维精细结构的研究不多.实际预报中对温带气旋降雪的精细化预报水平不高，在定量降水强度、降水相态和雨雪落区等方面偏差较大，其中一个重要原因是对温带气旋降水云系结构和微物理特征的了解不够.2007年3月3—5日和2013年11月24—25日，受江淮气旋北上影响，我国北方地区出现了暴风雪天气，造成了严重的灾害.这2次暴风雪过程气旋路径非常相似，气旋的发展都具有暖锋后弯和包卷锢囚特征，但暴雪强度和范围不同.本文以这2次暴雪过程为例，借助CloudSat卫星探测资料探究气旋逗点云区在不同发展阶段云系和微物理特征的异同，获取对暖锋后弯温带气旋的认识，丰富Shapiro-Keyser气旋模型，为北上江淮气旋暴雪的分析和预报提供参考.

本文使用的资料包括：(1)常规观测和地面6 h降水资料；(2) NCEP/NCAR的6 h间隔1°×1°再分析资料；(3) FY2C和FY2E卫星云顶黑体亮温TBB资料；(4) CloudSat卫星观测资料：2006年美国发射的CloudSat卫星，其搭载的94 GHz的毫米波(3 mm)云廓线雷达(CPR)可以对全球云的三维结构进行探测.该卫星沿着轨道和穿过轨道的分辨率分别为2.5 km和1.4 km，云廓线雷达可以探测到从地面至30 km高度云系的垂直结构，垂直剖面分辨率为240 m.其产品有1B和2B数据，1B数据为初级产品，是卫星接收到的雷达回波功率，2B数据为1B数据与MODIS、ECMWF数据反演得到的参数，主要有云的几何剖面、云分类、云(液态、冰)水含量、云光学厚度、通量和加热率等.本文采用2B-GEOPROF、2B-CWC-RO、2B-CLDCLASS和ECMWF-AUX等数据资料.

2007年3月3日12时(世界时，下同)，江淮气旋在江西鄱阳湖附近生成，然后向东北方向移动，经山东半岛、渤海海峡和朝鲜半岛北部，于4日18时进入日本海，后沿朝鲜半岛东部及前苏联东部海岸线附近移动(图 1a).气旋初生时(3日12时)中心气压为1005 hPa，之后强烈发展，4日18时中心气压为988 hPa，24 h下降18 hPa，虽然没有达到爆发性气旋标准，但为一次强气旋过程.5日06时中心气压降至986 hPa，为该气旋生命期中的最低气压，之后气压缓慢升高(图 1c).受气旋影响，3—5日，辽宁、山东、河北、黑龙江、内蒙古、吉林、北京和天津等8省区市遭受雪灾和风暴潮灾害，其中辽宁省有48个站降雪量大于10 mm，32个站降雪量超过25 mm，鞍山降雪量最大，达78 mm，本溪、辽阳和沈阳地区的降雪量也超过或接近50 mm.整个降雪期间的降雪强度以3月4日上午最大，仅沈阳和鞍山4日05时—13时累积降雪量分别达29.7 mm和43.9 mm(刘宁微等，2009).为简单起见，将该气旋过程称为“07.03”气旋过程.

图 1

Fig. 1

图 1 “0703”(a、c)和“1311”(b、d)北上江淮气旋的路径(a、b，其中数字为时间，如3:18表示3日18时)和中心海平面气压(c、d，单位：hPa)的演变 Fig. 1 The evolution of track of "0703" cyclone (a, c) and "1311" cyclone (b, d) with positions plotted every 6h (a, b, The number is time, for example, 3:18 denotes 1800UTC on 3 March) and minimum sea level pressure of cyclones (c, d, Unit: hPa)

2013年11月24日00时，江淮气旋在江苏北部生成，然后向东北偏东方向移动，经黄海中部和北部、北朝鲜进入日本海，后沿朝鲜半岛东部的海岸线移动进入外兴安岭，27日00时进入雅库次克海(图 1b).气旋初生时(24日00时)中心气压为1012 hPa，之后强烈发展，25日00时中心气压降至986 hPa，24 h气压下降26 hPa，达爆发性气旋标准.25日06时中心气压继续下降至981 hPa，为该气旋生命期最低气压，从24日00时到25日06时气旋中心气压一直保持4.5 hPa/6 h左右的线性下降趋势，之后一直维持较低气压(图 1d).受气旋及地面倒槽影响，辽宁24日06时开始降雨，24日12时地面倒槽北伸至小兴安岭，黑龙江和吉林开始降雪，辽宁部分地区由雨转雪，强降雪持续到26日白天.24日00时—26日00时，吉林和黑龙江东部的累积降雪量超过20 mm，最大降雪在黑龙江双鸭山(60 mm)和集贤(46 mm).从逐日降雪分布(图略)可知，24日00时—25日00时，暴雪主要分布在吉林东部及黑龙江东南部，降雪中心在吉林安图(26 mm)；25日00时—26日00时，强降雪东移至黑龙江东部，双鸭山和集贤的降雪量分别为57 mm和43 mm.双鸭山的最强降雪在25日06—09时，3h降雪达12.7 mm.将该气旋过程简称为“13.11”气旋过程.

CloudSat卫星分别在2007年3月3日18时16分到22分、4日05时19分到26分、4日17时20分到26分和5日04时24分到30分扫过“07.03”江淮气旋，与气旋的初始锋面波动、锋面断裂和暖锋后弯阶段对应.CloudSat卫星分别在2013年11月24日04时56分到05时02分和25日04时00分到07分扫过“13.11”江淮气旋，与气旋锋面断裂和暖锋后弯阶段对应.

从2个气旋云系的演变看，它们的发展都具有Shapiro-Keyser气旋模型的发展方式，暖锋向气旋中心的后方弯曲包卷，形成锢囚锋.本文根据温带气旋的定义，结合850 hPa位温场和地面气压场的配置来划分气旋的不同发展阶段.2次江淮气旋都经历了初始锋面波动、锋面断裂、暖锋后弯和暖核隔离4个阶段(图 2)，但暖核隔离阶段发生在我国主要降水结束后，本文暂不讨论.定义地面气旋有一根闭合等压线为初始锋面波动阶段(图 2a)；气旋发展过程中冷锋与暖锋近乎垂直，形成T型锋面结构，冷锋北部减弱，冷暖锋出现断裂的现象，定义为锋面断裂阶段(图 2b；图 2e)；暖锋向气旋中心的后方(西部)弯曲，定义为暖锋后弯阶段(图 2c；图 2d；图 2f)，其中超过冷锋西侧弯曲的暖锋即为锢囚锋.

图 2

Fig. 2

图 2 2007年3月3日18时(a)、2007年3月4日06时(b)、2007年3月4日18时(c)、2007年3月5日06时(d)、2013年11月24日06时(e)和2013年11月25日06时(f)海平面气压(黑色实线，单位：hPa)、风(风向杆，单位：m·s-1)、过去6 h降水(填色，单位：mm)及地面气旋中心D和冷、暖锋(黑色加粗线为CloudSat卫星轨迹线) Fig. 2 Sea level pressure field (black lines, hPa), wind (barb, m·s-1), 6h precipitation, the surface low pressure center and fronts at 1800UTC 3 Mar 2007 (a), 0600UTC 4 Mar 2007 (b), 1800UTC 4 Mar 2007 (c), 0600UTC 5 Mar 2007 (d), 0600UTC 24 Nov 2013 (e) and 0600UTC 25 Nov 2013 (f) (Black thick lines are CloudSat ground track)

2007年3月3日18时，江淮气旋移至苏北，中心气压为1004 hPa，气旋南北长，东西短(图 2a)，为初始锋面波动阶段.850 hPa上有140dagpm的低涡与其对应，低涡前部为风速核心达32 m·s^-1的西南风急流，有强暖平流，低涡西南侧有干冷平流(图 3a)，低涡伸展到700 hPa(图略).江淮气旋云系呈逗点云型，逗点头云系向北凸起，范围宽广，云顶温度在-30 ℃—-70 ℃之间；逗点云尾部(冷锋云系)呈东北—西南向带状，云顶温度在-20 ℃—-40 ℃之间，冷锋后部干冷空气侵入形成少云区或无云区(图 3a—b).3日18:22时CloudSat卫星轨道扫过江淮气旋逗点头和冷锋云系，横跨28°N—47°N约2000 km范围.从沿卫星轨道相当位温和雷达反射率垂直剖面(图 3c)看到，28°N—34°N之间的云系与冷锋对应，35°N—47°N之间与逗点头云系对应，冷锋云系上宽下窄，云顶高度从南端的7 km到北端增高到9 km，中低层有对流不稳定，以深厚对流云为主，锋面坡度(相当位温线密集带)较陡，冷锋云系北部(32°—34°N之间)3 km以上有随距离增加逐渐变薄的高层云，下部为少云或无云区，这可能是干空气的卷入使低空云系升华造成的，34°N—35°N的6~9 km有卷云发展(图 3e)，大于10 dBz的雷达回波主要在2~7 km，除冷锋南端有少量的液态水外，冷锋云系大部为冰晶粒子.逗点头云系绵延上千公里，比夏季东北冷涡暖锋云系还要宽广(钟水新等，2011；施春华等，2013).逗点头云系南部35°N—38°N之间为对流云柱，主要由深对流云、高积云和层积云组成(图 3e)，由对流不稳定造成，对流云柱附近除冰晶外，还有大量的液态水(图 3d).对流云柱的北侧为由多个单体组成的宽广层状云区，与暖锋云系对应，主要为雨层云，最北侧3 km以上具有典型的暖锋云系的斜坡云特征，云随距离的增加逐渐变薄，每个单体上空约8 km以上有明显的树枝状的高空对流泡，41°N附近的单体最强，向上伸展达12 km，5~7 km有超过700 mg·m^-3的冰水含量大值区，冰晶主要在-10 ℃以上的高度，冰粒子数浓度高值区位于-20 ℃以上的高度，尤其10~12 km冰粒子数浓度超过400 L^-1(图略)，这些冰晶粒子有效半径较小(图略)，表明高空对流泡内有大量小冰晶，根据Rauber等(2014b)的研究结果可知:这些小冰晶形成“播撒层”，其下冰水含量大值区为“供水层”，高层冰晶下落过程中和云滴、冰晶和雪晶粒子之间经碰连、粘附等方式增长，低层形成大的冰晶粒子，建立了播撒云—供水云机制(图 3d)，冰晶粒子接地，形成降雪，因此大于10 dBz的回波从地面向上发展到约6 km.暖锋锋面坡度较平缓，以稳定层结为主.

图 3

Fig. 3

图 3 (a) 2007年3月3日18时850 hPa位势高度(黑线，dagpm)、位温(红线，单位：K)、风(m·s-1)和云顶黑体亮温(填色，单位：℃)(红框和黑框内的云系分别代表逗点头云系和冷锋云系，黑色粗线为CloudSat卫星轨迹线，为图c—f垂直剖面所在位置); 3日18:22时的(b)Aqua卫星红外云图监测(彩色实线为CloudSat卫星轨迹线，深黄色和黄色轨道为3日18:16时到18:22时); (c)沿CloudSat轨道垂直剖面：假相当位温(实线，单位：K)和云雷达反射率(填色，单位：dBz)(d)同(c)，但为冰水含量(填色，单位：mg·m-3)、液态水含量(紫色线表示大于50 mg·m-3)和温度(黑色实线，单位：℃)；(e)同(c)，但为云的类型；(f)同(c)，但为降水类型 Fig. 3 (a) Geopotential height (dagpm, black solid lines), potential temperature (K, red lines), wind (m·s-1) at 850 hPa and TBB from FY2C (℃, shaded)(Clouds in red and black rectangles are comma head and cold front clouds, respectively. Black thick line are CloudSat ground track and corresponding with deep yellow and yellow lines in Fig.b, and are the base lines of Figs (c—f)); (b) Infrared cloud image from satellite Aqua (Colorful line is CloudSat ground track. Deep yellow and yellow lines are from 1816UTC to 1822UTC on 3 Mar 2007); (c) CloudSat observed radar reflectivity (dBz, color shaded), overlaid with ECMWF analyzed equivalent potential temperature (K, solid black lines); (d) As in (c), but for ice water content (mg·m-3, color shaded), liquid water content (greater than 50 mg·m-3 marked with purple lines) and temperature (℃, solid black lines); (e) As in (c), but for cloud genera. (f) As in (c), but for precipitation type.

分析降水性质可知，冷锋云系和逗点头南部的对流云柱上空4 km以下均高于0 ℃，冰晶下落后融化，冰晶不接地，以降雨为主.对流云柱北部的暖锋云系整层温度低于0 ℃，高空冰晶或雪晶在降落过程中不融化直接形成降雪(图 3d—f).冷锋和逗点头云系北侧均有100~200 km的高层云，地面无降水对应.

3月4日06时，江淮气旋移至渤海湾一带，中心气压为998 hPa(图 2b)，为锋面断裂阶段.850 hPa上的低涡加强为132dagpm，低涡附近的位温梯度加大，低涡西北部有-8 ℃的冷舌伸向气旋(图略).气旋云系呈“入”字云型(图 4a—b)，“入”字云型向西伸出的云带(图 4a中红色椭圆内云系)云顶温度在-20 —-50 ℃之间，较逗点头东部云系云顶温度(在-30 ℃—-70 ℃之间)高，与冷输送带对应(寿绍文等，2009).CloudSat卫星在4日05:26时扫过冷输送带和冷锋(图 4a，b).分析沿卫星轨道假相当位温和雷达反射率剖面(图 4c)表明，29°N—34°N之间为冷锋云系，37°N—46°N之间为冷输送带云系，其间为宽广的低云区.36°N附近4 km高度有315 K的相当位温低值中心，318 K相当位温线明显向上凸起，表明中层有明显的干冷空气侵入.冷锋云系的结构和微物理特征与3日18:22时类似，强度略减弱.33°N附近1~5 km有高积云，冷输送带南部35°N—38°N之间3 km以下有层积云发展，这些低云与液态水对应，地面有毛毛雨产生(图 4d—f)，5~9 km上空有卷云.冷输送带云系与3日18:22时的暖锋云系结构类似，但其南半部云系伸展高度低、强度弱，冰水含量少，大于10 dBz的回波发展到5 km左右，与弱降雪对应，这与冷输送带缺乏充足的水汽供应有关.

图 4

Fig. 4

图 4 同图 3，但图a为2007年3月4日06时(红色椭圆云系为冷输送带云系)；b为4日05:26时，其中兰色和紫色轨道为4日05:19时到05:26时 Fig. 4 As in Fig. 3, but (a) at 0600UTC on 4 Mar 2007 (Cloud in red rectangle are cold conveyor belt cloud); (b) at 0526UTC on 4 Mar 2007, blue and purple CloudSat ground tracks are from 0519UTC to 0526UTC on 4 Mar 2007

可见，气旋的锋面波动和锋面断裂阶段，冷锋云系以深对流云为主，回波核心在2~6 km，主要为降雨；逗点头云系的南侧为对流云柱，主要由深对流云、高积云和层积云组成，以降雨和毛毛雨为主；对流云柱北部的暖锋云系以雨层云为主，高层有高空对流泡，建立了播撒云—供水云机制，以降雪为主.冷输送带云系的结构与暖锋云系类似，但其南半部云系伸展高度低、强度弱，冰粒子含量少，由于缺乏充足的水汽供应，相应的降雪较弱.

3月4日18时，江淮气旋北上到达朝鲜半岛东部的日本海上空，中心气压降至993 hPa，气旋呈扁平状，东西长，南北短(图 2c)，气旋的暖锋开始向气旋中心的西部弯曲.850 hPa上低涡加强为128dagpm(图 5a)，气旋云系更加密实(图 5b)，云顶温度出现了低于-70 ℃的区域.CloudSat卫星4日17:26时扫过江淮气旋东部(图 5a—b)，与3日18:22时和4日05:26时的显著差别是卫星轨道未经过干冷空气侵入区.沿卫星轨道相当位温和雷达反射率的剖面(图 5c)显示，29°N—39°N之间为冷锋云系，39°N—53°N之间为逗点头云系，冷锋和逗点头云系都以深厚对流云为主(图 5e)，回波更强、更深厚.42°N附近是卫星轨道的海陆分界线，29°N—42°N之间在海上，由于海洋下垫面暖湿，有明显的对流不稳定，云系与冷锋云系结构类似，反射率因子大于10 dBz的高度达9 km，强回波在3 km以上，液态水主要在冷锋的南部，31°N—37°N、40°N—43°N的区域地面5 km以上高空有相当高的冰水含量，尤其31°N—37°N之间冰粒子含量超过1500 mg·m^-3，其上空有大量小冰晶，建立了播撒云—供水云机制，中层大量冰晶下落，由于地面温度在0 ℃以上，下落的冰晶融化，对应地面强降雨.42°N—53°N之间的云系在陆上，以稳定层结为主，强回波接地，45°N附近的对流单体很强，大于10 dBz的回波伸展到8 km；云内冰水含量中心超过1200 mg·m^-3(图 5d)，其上空7~12 km有大量小冰晶(图略)，由于地面温度低于0 ℃，地面对应强降雪.

图 5

Fig. 5

图 5 同图 3，但图a为2007年3月4日18时，图b为4日17:26时，图中深黄色和黄色轨道为4日17:20时—17:26时 Fig. 5 As in Fig. 3, but (a) at 1800UTC on 4 Mar 2007; (b) at 1726UTC on 4 Mar 2007, blue and purple CloudSat ground tracks are from 1720UTC to 1726UTC on 4 Mar 2007

3月5日06时，江淮气旋移到日本海东北部，中心气压降至986 hPa(图 2d)，为该气旋生命期最低气压，气旋的暖锋进一步向后弯曲，850 hPa上低涡加强为120dagpm，低涡西南部锋区加强，气旋的干空气侵入范围扩大，气旋的逗点头和冷锋云系范围变窄，云顶温度在-20 ℃—-60 ℃之间(图 6a，b).CloudSat卫星5日04:30时扫过气旋逗点头和冷锋.沿卫星轨道雷达反射率和相当位温的垂直剖面(图 6c)显示，29°N—33°N之间为冷锋云系，39°N—50°N之间为气旋逗点头云系，两者之间3 km以下分布着层积云，这些层积云与液态水对应，地面上为毛毛雨，这种位于冷锋北部的浅对流结构与Posselt等(2008)研究的一次大西洋上的温带气旋类似，但在传统的挪威锋面气旋模型中没有考虑这种特征.冷锋云系变窄，云高变化不大，结构与气旋锋面断裂阶段类似.气旋逗点头云系收缩变窄，呈长条状，仍由很多对流单体组成，但对流单体伸展高度降低，回波强度减弱，反射率因子在10 dBz以下，以雨层云为主，冰晶粒子含量显著减少，播撒云—供水云机制减弱，相应降雪减弱.

图 6

Fig. 6

图 6 同图 3，但图a为2007年3月5日06时，图b为5日05:02时，图中蓝色和紫色轨道为5日04:56时—05:02时 Fig. 6 As in Fig. 3, but (a) at 0600UTC on 5 Mar 2007; (b) at 0502UTC on 5 Mar 2007, blue and purple CloudSat ground tracks are from 0456UTC to 0502UTC on 5 Mar 2007

可见，暖锋后弯初期，因气旋大部分云系在海上，逗点头北部云系在陆上，冷锋及位于海上的逗点头云系都为深厚对流云，以不稳定为主，云系冰水含量丰富，冷锋南部有少量液态水，都与地面强降雨对应.逗点头北部在高纬陆上，与降雪对应，其中46°N附近的单体最强，与冰水含量高值区对应，地面降雪最强，逗点头北缘100 km左右为从地面向上逐渐变薄的高层云，无降水对应.逗点头和冷锋云系上空都有明显的高空对流泡，建立了播撒云—供水云机制，有利于雨雪的发展.气旋暖锋后弯阶段后期，逗点头云系南北范围变窄，强度减弱，云高度降低，云系液态水和冰粒子含量减少，播撒云—供水云机制减弱，反射率因子减弱，降雪强度相应减弱.冷锋北部和逗点头南部有层状云发展，对应毛毛雨.

综上，江淮气旋逗点头有两个降水区：南部为对流云柱或层积云区，北部为深厚的层状云降水区，其上空有高空对流泡产生，建立了播撒云—供水云机制，逗点头云系在不同发展阶段和部位结构有很大不同，与Rauber(2014a)通过飞机穿云得到的结构既有相同点，也有不同点.

上述对“03.07”北上江淮气旋的分析加深了对江淮气旋云系结构和微物理特征的认识，下面进一步分析“13.11”江淮气旋，来获得关于北上江淮气旋云系和微物理特征的共性认识.

2013年11月24日06时，江淮气旋生成后6 h，移至黄海南部，中心气压为1003 hPa，气旋南北长、东西短(图 2e)，为锋面断裂阶段.850 hPa上有低涡对应，该低涡只有一条140dagpm的闭合等压线，700 hPa上没有低涡，低涡前部有风速核心达36 m·s^-1的西南风急流，位于鲁西北的冷舌从低涡西北侧侵入气旋(图 7a).气旋逗点云的云顶温度在-20 ℃—-60 ℃之间，低于-60 ℃范围较小，冷锋云系范围较“07.03”气旋宽广，冷锋云系内有弱云区(图 7a，b).沿24日05:02时CloudSat卫星轨道相当位温和雷达反射率垂直剖面(图 7c)显示，28.5°N—32°N之间为冷锋云系，32°N—44°N之间为逗点头云系.2 km以下的冷锋锋区非常陡立，有对流不稳定，冷锋云系以深厚对流云为主(图 7e)，28.5°N—-29°N之间的对流单体最强，云顶高达11 km，其中有大量的冰晶粒子，31°N附近有高冰水含量，冰水含量中心超过1000 mg·m^-3，与强降水对应.逗点头云系宽约900 km，南部32°N—33°N之间为由高积云和高层云组成的对流云柱，对流云柱的北部为宽广的层状云区，具有传统的暖锋单一强盛的对流系统的特征(Mailier et al., 2006；Posselt et al., 2008)，大于10 dBz的回波从地面发展到6 km，回波强度强，42°N—44°N之间的云系也具有典型的暖锋云系的斜坡云分布特征，与高层云对应，35°N、37°N和39°N附近5~7 km有高冰水含量中心，高冰水含量的上部对流层顶附近有大量小冰晶(图略)，建立了播撒云—供水云机制.整个剖面云系的地面高于0 ℃(图 7d)，冰晶下落后融化，以降雨为主.

图 7

Fig. 7

图 7 同图 3，但图a为2013年11月24日06时，图b为24日05:02时，图中蓝色和紫色轨道为24日04:56时—05:02时 Fig. 7 As in Fig. 3, but (a) at 0600UTC on 24 Nov 2013; (b) at 0502UTC on 24 Nov 2013, blue and purple CloudSat ground tracks are from 0456UTC to 0502UTC on 24 Nov 2013

11月25日06时，江淮气旋从日本海移到俄罗斯的海参崴，中心气压降至981 hPa(图 2f)，暖锋开始向气旋中心的后方(西部)弯曲，达该气旋最低中心气压.850 hPa上低涡加深为120dagpm，与“07.03”气旋暖锋后弯阶段后期低涡强度相当，低涡西部冷舌伸入气旋西南部，低涡前部为西北—东南向暖舌，气旋云系的云顶温度在-20 ℃—-60 ℃之间(图 8a).25日03:22时CloudSat卫星轨道扫过江淮气旋(图 8b)，冷锋云系主要在海上，冷锋后部少云区或无云区范围扩大，逗点头云系范围变窄，形态特征与“07.03”气旋3月5日04:30时(图 6b)非常相似，但卫星轨道扫过“13.11”气旋的冷锋主体，而不像“07.03”气旋扫过冷锋尾部.从沿卫星轨道雷达反射率和相当位温的垂直剖面(图 8c)看到，30°N—38°N之间冷锋云系的云顶高度基本一致，其南部30°N—-33°N之间在海上，有对流不稳定，冰水含量明显减少；33°N—38°N范围在陆上，以稳定层结为主；除37°N附近有雨层云外，冷锋云系以深对流云为主.逗点头云系南部与冷锋云系之间(38°N—43°N之间)2 km以下有一些层积云，与毛毛雨对应，气旋逗点头云系变薄、范围变窄，最高只有9 km，44°N附近的云系只有4 km高，逗点头北端倾斜分布的高层云较锋面断裂阶段范围缩小.冷锋云系地面高于0 ℃，以降雨为主，而暖锋云系地面低于0 ℃，以降雪为主(图 8d).

图 8

Fig. 8

图 8 同图 3，但图a为2013年11月25日06时，图b为25日04:07时，图中蓝色和紫色轨道为25日04:00时到04:07时 Fig. 8 As in Fig. 3, but (a) at 0600UTC on 25 Nov 2013; (b) at 0407UTC on 25 Nov 2013, blue and purple CloudSat ground tracks are from 0400UTC to 0407UTC on 25 Nov 2013

综合这2个北上江淮气旋云系结构和微物理特征可知，在不同发展阶段，冷锋云系的范围、强度和结构变化不大，但逗点头云系却有显著变化.气旋锋面波动阶段和锋面断裂阶段，逗点头云系较冷锋云系宽广，逗点头云系北部为由多个单体组成的大范围雨层云，强回波从地表向上伸展，上空有高空对流泡，建立了播撒云—供水云机制，南部有对流云柱发展；冷锋云系中低层有对流不稳定，强回波从2 km向上伸展，以深厚对流云为主.冷输送带云系结构与逗点头云系类似，但高度、强度和冰水含量等都弱很多.气旋暖锋后弯阶段，干侵入加强，冷锋后部的无云区或少云区范围扩大，逗点头云系南北范围收缩、变窄，南部出现大量的层积云，暖锋云系的高度降低、强度和含水量明显减弱.气旋冷锋云系和逗点头云南部的对流云柱或层积云以降雨为主，位于高纬度陆上的逗点云系以稳定层结为主，与降雪对应，逗点头云系处于海上时以降雨为主(图 5).冷锋云系北部和逗点头云系南部均有层积云或高积云组成的低云，以毛毛雨为主.冷锋和逗点头云系北部100~200 km范围有随距离逐渐变薄的高层云，无降水对应.

本文利用FY卫星云顶黑体亮温和CloudSat卫星观测资料，分析了2007年3月3—5日和2013年11月24—25日2次由江淮气旋北上引发的暴雪过程的云系结构和云微物理特征，得到如下结论：

(1) 虽然路径相似的2次江淮气旋的强度、降水范围和降水率有许多差异，但气旋降水云系和微物理特征有许多共性特征，可为北上江淮气旋降水预报提供参考.

(2) 北上江淮气旋的冷锋云系南北范围一般600 km左右，其范围和结构在气旋发展的不同阶段变化不大；逗点头云系范围宽广，在锋面波动和锋面断裂阶段南北跨度达1000 km以上，暖锋后弯阶段南北范围变窄.逗点头西部的冷输送带云系和逗点头主体结构有很大差异.

(3) 冷锋云系以深厚对流云为主，对流核心在2~7 km，南部有液态水.气旋锋面波动和锋面断裂阶段，逗点头云系南部为对流云柱；北部为多个单体组成的宽广的层状云区，强回波从地表向上伸展，大于10 dBz的回波集中在6 km以下，上空有高空对流泡，云顶有大量小冰晶，与其下云层形成播撒云—供水云，有利于冰晶粒子长大.冷输送带云系结构与逗点头云系类似，但高度、强度和冰水含量等都弱很多.气旋暖锋后弯阶段，逗点头云系南部为层积云，北部的云系高度、强度和含水量等都减弱.

(4) 气旋冷锋云系和逗点头南部的对流云柱以降雨为主，位于高纬度陆上的逗点云系为稳定层结，以降雪为主，当逗点云系处于低纬度及海上时会出现对流不稳定，以降雨为主.冷锋云系北部和逗点云系南部由层积云或高积云组成的低云，以毛毛雨为主.冷锋和逗点头云系北部100~200 km范围的3 km以上都有随高度和距离逐渐变薄的高层云，无降水对应.

(5) 本文只是对2个北上江淮气旋的个例研究，所得结论对其他江淮气旋的适用性还有待于通过更多的个例、更细致的雷达观测来揭示.