火烧云定量预报速成（长三角适用）
首次发布于：2022年11月12日 最新修改日期：2025年4月1日
目录
- 第一章节：大气科学常识、几何知识、光谱消光等
- 第二、三章节： 云、气象观测知识、数据来源等
- 第四章节：预报实战案例
第4章 火烧云预报实际操作
我们终于可以进行自己的火烧云预测了。做火烧云预测的情况有两种：基于数值预报的短期预报，以及基于实况外推和数值预报的临近预报。短期预报预测火烧云时的预报时效不建议超过36小时，临近预报的时效一般只有1-2小时。两者所用到的气象产品不一样，但方法是一样的。注意，我们这里都只做点预报，也就是局地的火烧云预报。
虽然我们在标题里说的是人工预报，但需要注意：纯粹的人工预报最多只能完成临近预报，如果是短期预报还是完全依赖数值模式的。我们只是人工分析一下预报结果而已。
4.1 基于数值模式的短期预报
这一部分我们介绍基于数值预报结果来做火烧云预测的方法，可以认为时对数值预报结果的简单解释和运用。与其说是预报，不如说是对数值输出结果的解释。
数值天气预报是干什么的？这玩意就是对大气运动进行建模后，给定初始的天气条件，用超级计算机来预测天气的。世界上最最主流的数值模式就俩：EC和GFS。一般来说EC准确度高于GFS，空间分辨率也高不少。不过GFS的输出是可以以最完全的时间分辨率与空间分辨率免费获取的，而想要获取完整时空分辨率的EC数值模式的输出则需要付费。市面上有大量的软件和网站对这些主流数值模式的输出进行可视化，具体见第三章。
数值模式可以帮助我们预测未来几十小时内的云分布情况，在没有数值天气预报的时候，这无法凭借人工做到的。而火烧云预报又恰好需要精细的云分布预测，所以在以前没有计算机的时候，想要提前1~2天预测火烧云是不可想象的。当然，即使现在有了数值模式预报，云分布也不见得能被数值模式准确预报，所以基于数值模式的火烧云预报准确率一般不太好，只能作为一个参考，如果能的话最好人工订正一下。
在数值预报图中，一般有标明诸如“20221105 00Z”这样的起报时间和“+24H”这样的预报时次。预报时次如果不说是CST（China Standard Time）或者BJT（Beijing Time），一般指的都是世界时UTC+0（除非像Windy这样的网站/软件能识别你的时区来显示时间）。起报时间是说此次运算以什么时间的环流形势作为初始场。起报时间越迟，一般来说说明拿到的资料越新，报的准的概率就越大。预报时次指的是：此张数值预报图展示的是以起报时间往后多少小时的预想天气形势。一般以六小时为单位，但也有以 1 小时、3 小时、12 小时为单位的。例如 20221105 00Z +24H 就指的是以北京时间 2022 年 11 月 5 日早上 8 点为初始场，由数值计算推断的2022 年11月 6 日早上 8 点的环流形势。
4.1.1 典型火烧云预报方式
典型的火烧云云况指的是：平坦地形，只有单层高度均匀、边界清晰、移速较低的云层存在，云边界以外以及云层下方大气无云遮挡。这种云况出现的不多，不过一旦出现，发生火烧云的条件概率很高，质量也一般不错。典型的火烧云预报流程是很简单的，可以直接套用第一章里面的公式。下面的流程可以不按顺序来但是都要走：
- 根据日落时间以及太阳方位角，获取大气截面图，获取大气气溶胶光学厚度在日落方向沿线一带的分布；
- 如果发现云的分布是典型的火烧云，那么就要查看大气截面上的云底高度，并使用气溶胶消光进行等效云底高度修正；
- 应用章节1.2中的几何模型，判断是否有光线可以照射到本地云底；如果能，可以计算持续时间、高度角等信息；
- 不管有没有火烧云，都可以获取本地日落时刻大气探空预报，判断云的种类与可能的天象；
- 如果经过计算验证有火烧云，获取同一时刻的云水平分布信息，以及日落前后的云分布和风向风速，判断预报结论的不确定性（可能翻车的因素）。
案例：深圳2022.10.13“世纪晚霞”
在2022年10月13日上午，有人在小红书上发表了“深圳今天将会出现世纪晚霞”的消息（现在都还能查到）。我们来亲自检查一下怎么回事。
预报流程
以深圳2022/10/13的层积云晚霞为例来说明这个流程。首先我们知道，日落时间为17:47，太阳的方位角为262°，西侧略微偏南一点点。打开tropicaltidbits.com，选择最新时次的预报，选择预报时间点为北京时间2022/10/13 20:00的预报图。按住Ctrl拖动绘制大气截面图，保证大气截面的长度至少有800km左右，大气截面起点位于本地。
图 4.1 来自 Tropical Tidbits 的GFS输出可视化的大气截面图
我们注意到在本地上空存在一层薄的湿空气层，湿空气的中心层次气压在750hPa左右。我们假设相对湿度大于90%的区域大概率有云，因此认为云沿着日落方向延伸了大约200km。这意味着可能的晚霞。需要注意，这个GFS大气截面图的时间是北京时间20:00的，与17:47有时间上的偏差。不过我们可以打开Windy.com，查看GFS低云云量在北京时间18:00的预报，发现云边界也是在200km，所以这里GFS的20:00的大气截面经过验证是可以直接拿来用的（这个案例中，因为云层高度很低，所以也可以用MeteoBlue的大气截面图，可以省去一些麻烦）。
有经验的人士应该知道，这个750hPa的气压对应的高度大约是2500m。如果你不知道，可以打开Windy，查看当地的探空预报（模式选择GFS，与绘制大气截面图所用的数值模式保持一致）。
图 4.2 来自Windy网页版截图
我们发现露点和温度层结曲线好像没有贴在一起，不过靠的也很近，就当有云了。这里已经在暗示云量不够的风险了。湿空气底部的气压800hPa，代表的云底高度为6681ft，约为2036米，云的厚度不到1000m，相对而言薄。
接下来我们要判断光线传播路径上气溶胶消光的问题。这个问题我们一会再说，先假设各地的气溶胶光学厚度都非常低，认为不怎么消光，略过这个问题。而后，查看本地的气溶胶光学厚度，看看是否有本地的无或者霾影响火烧云的观赏效果。我们发现深圳本地日落时的气溶胶光学厚度AOD=0.2，是一个比较小的数字，如果是晴天的话一定可以看到湛蓝的天空；而且地面附近空气也比较干爽，所以不会形成雾影响地面附近的能见度，很好。
现在，已知云底高度为2000m，云边界距离为200km，首先检验几何上本地是否能够形成火烧云。代入章节1.2.2末尾给出的公式：
因此几何条件上可以有晚霞火烧云。计算火烧云边界的高度角，根据章节1.2.4末尾给出的公式，得到火烧云边界高度角为：-0.32°<0°，意味着沿着太阳落下的方向云边界在地平线以下不可见，云边界较远。
下一步，我们要调用章节1.2.2中的知识：火烧云的时空分布图，并且填入数字。通过查阅附录的表格得知日落的线速度大小为21km/分钟。根据简单的初中数学相似三角形以及平行四边形有关的计算，我们从下图中就能推得，本地头顶的火烧云持续时间为2.8分钟，且火烧云开始时刻为本地日落后 7.6分钟-2.8分钟=4.8分钟。
图 4.3
但我们能看到的火烧云不只是头顶的火烧云，当我们向日落方向看的时候，我们还能看到西侧天空的火烧云。这里假设5°高度角的天空火烧云结束才可以视作视野内的火烧云完全结束。计算在5°高度角、云底高度为2km时对应点的水平距离。在估算的过程中，我们可以直接忽略地球曲率，得到该点的水平距离为：
加上视野内的火烧云结束，本地总的能看到火烧云的时长为：2.8分钟 + 22.9km ÷ 21km/分钟 = 3.9分钟。
下一步，检查本地大气层结（斜温图），看看有没有什么额外附加的天象，这里已经检查过了，见图4.2。看起来没有什么特别的：云底高度在2000多米算低云，厚度比较薄，因此鉴定为典型的低空湿层形成的层积云；层积云较薄，所以没有降水，也没有彩虹；没有降水也就没有乳状云或幡状云；云内部和上方的大气温度递减率绝对值均小于湿绝热温度直减率的绝对值，因此没有明显的大气不稳定性，无明显对流活动；因为是暖云所以没有冰晶和日柱等冰晶晕天象。得出结论：只有层积云晚霞火烧云。
最终我们得出结论：深圳本地在2022/10/13日落可能出现层积云晚霞，从日落后4分48秒（北京时间17:51）开始烧，持续时间为3分54秒。由于是低云晚霞，晚霞颜色橘红。气溶胶光学厚度低，大气通透观赏条件好。
上面我们没有考虑光线上游地区气溶胶消光系数的垂直分布，现在我们把这个因素加进来。查阅Windy，我们发现，在深圳以及西侧地区的气溶胶光学厚度（AOD）大约都在0.15左右。但是我们不知道气溶胶消光系数垂直分布的高度衰减系数（见章节1.3.4）怎么办呢？只能假设一个。这个数字可以在500m-4000m之间，我们对上限和下限都考虑一下。
在章节1.3.4中，我们介绍了给定气溶胶消光系数来计算高度的方法，就是用在这的。我们简单假设，对于超过某一个气溶胶消光系数阈值的大气来说，阳光就无法在其中传播，而气溶胶消光系数低于这个阈值的大气，阳光则能完全通过。这肯定是不符合实际的，但为了快速估算就先这样了。对于阳光来说，无法穿透的大气和地球表面是一样的，相当于我们把地球表面抬升到了这个给定的气溶胶消光系数所对应的高度，变成了光学上的等效地表高度。而这个高度的计算方式就是1.3.4中给出的公式。我们假设当气溶胶消光系数高于
时，阳光无法穿透（这个数字可以改，是经验性的）。因此：
已知AOD=0.15，假设气溶胶分布的高度衰减常数在500m~4000m之间变化，分别计算得到等效地表高度，结果见下表。注意，等效地表高度和气溶胶分布的高度衰减常数之间的关系不是单调的，最好多算几个数字。
| 高度衰减常数/km | 0.5 | 1.0 | 1.5 | 2.0 | 2.5 | 3.0 | 3.5 | 4.0 |
| 等效地面高度/km | 1.35 | 2.01 | 2.41 | 2.64 | 2.74 | 2.75 | 2.66 | 2.51 |
表 4.1 等效地面高度的可能数值
我们发现等效地面高度最大约为2.75km。而等效云底高度为原本的云底高度减去等效地表高度。无论是哪个结果，你都会发现：考虑光线传播路径上的气溶胶消光后，等效云底高度发生了明显的下降。对于气溶胶分布的高度衰减常数为500m的情况，等效云底高度仅有750m，重新验证是否能出现晚霞，可以发现：
预报结论变成本地没有晚霞了，只有西侧天空会出现晚霞。而对于气溶胶分布的高度衰减常数为3000m的情况，因为等效地表高度大于云底高度，你会发现阳光甚至都照射不到云底。尽管我们还没去特地考虑预报的不确定性，强烈的不确定性已经体现出来了。
最后，我们单独去考虑预报的不确定性。当然了，不同数值模式（比如EC与GFS）的结果之间的差异可能暗示了不确定性。除此之外，不确定性的来源还有哪些呢？任何气象要素实际分布与预测分布的偏差，都有可能导致预报揭露的偏差。除去数值模式本身不准导致的不确定性以外，气象要素的分布方式也会助长放大数值模式的不确定性。
我们可以考虑的问题有：
- 如果本地的云厚度增加或减少一点会怎样？
- 如果云边界距离稍微改变会怎样？
- 如果云在其他方向上（而不是日落方向上）边界过于靠近本地会怎样，云量会不会太少？
-
有没有其他杂云挡住光路？
-
首先就是云量的不确定性。如果本地的云厚度增加或减少一点会怎样？这里可以从探空图（图4.1.2）看到，层积云的厚度薄，而且云内相对湿度最大值也没有饱和（露点和气温曲线没有贴在一起）。因此这里一个很大的问题是：到时候会不会没有云？假设实际空气相对湿度略微减小一些，云量是不是就会减小到没有呢？由于云内相对湿度最大值没有饱和而且云厚度不大，云量的不确定性被放大了。
- 而后是云边界不确定性。我们需要估计云边界位置不确定性的大小。
举个例子：如果某一层空气的相对湿度，在100km的距离内缓慢均匀地从95%下降到85%，那么云边界会出现在哪一点上呢？相比之下的另一种情况，如果某一层空气的相对湿度，在1km的距离内均匀地从99%下降到1%，那么云边界又会出现在哪一点上呢？你当然都可以选择相对湿度正好为90%的点作为云边界，可是如果实际的空气相对湿度增加或减少了1%，两种情况的云边界位置变化幅度会一样吗？这两种情况显然是不同的，明显后者云边界的位置不确定度小得多。
再举一个例子：数值预报给出的结果是，在日落时刻，云边界正好位于本地正上方，但云边界正在以100m/s的速度远离本地。那么假设这片云的边界稍微早到或者迟到了半个小时，那么距离偏差也会有±180km。相比之下，如果云边界正在以1m/s的速度远离本地，那么距离偏差只会有±1.8km。所以可以看出，云边界的移动速度（风速）会大大影响云边界位置的不确定性。经验上认为：云边界上的风速沿着日出/日落方向上的分速度在15m/s以下，则不确定度较小；15~30m/s则有点大；30m/s以上则很大。
还有个问题，就是云边界的方向和日落的太阳方向夹角大小。如果这个夹角非常小，那么云边界沿着垂直于云边界方向上位置的轻微变化都会引起大气截面图上云边界位置的巨大改变。此类条件下，能形成火烧云的区域非常窄，而且太阳方位角的微小变化会使得火烧云的定性结论产生变化，所以这也是一种高度不确定的情况。当两者夹角小于10°时，我们就要稍微考虑了。
这三种不确定性的图解如图4.4所示（我暂时就想到这三种，不代表只有这三种）。
图 4.4 三种云边界位置不确定性的图解
比较幸运的是，这个案例中，西侧云边界两侧空气湿度梯度很大（见图4.5），且云边界处风速低（3~4m/s），云边界和日落方向夹角也不算很小，所以由于气象要素带来的云边界不确定性可以认为不算特别大（不算数值模式本身的偏差带来的不确定性）。如果云边界比预期的近，那么晚霞对于气溶胶分布的高度衰减常数增大的容忍度就更高；但如果云边界更远，则晚霞更没希望了。所以这里云边界位置不确定性似乎没有改变晚霞出现概率的判断的均值，只是增大了晚霞的不确定性。
- 如果云在其他方向上边界过于靠近本地会怎样？这里（> 图 4.5）可以看到，800hPa（2km左右）的湿空气层似乎不完全给力，深圳北侧和东侧在该层次的相对湿度有些不够，可能意味着没有云。也就是说，深圳可能处于层积云条带边界的东北边缘上，本地云量受到云量过少的威胁。这是不利的消息。
图 4.5 来自Windy网页版的截> 图 （这里有个小技巧：可以通过自定义色阶的方式让你想要的相对湿度阈值被明显地体现出来）
- 有没有其他杂云挡住光路？幸运的是，在图4.1的大气截面图上可以看出，层积云上方与下方以及云边界以外的区域空气非常干燥，因此基本没有杂云的干扰，所以没有其他杂云挡光的问题。这是有利的条件。
综上所述，我们只能对深圳该日出现晚霞的概率做出不太乐观的估计：深圳在2022年10月13日日落可能出现晚霞，但仅限于西侧低角度天空，时间较短；且本地云量可能较少，东北侧天空缺少云。
实况
幸运的是，当时深圳西南方向的云边界比GFS展示的距离更近，光线强度还不错，本地也出现了层积云火烧云。当然，火烧云质量达不到此前一直声称的“世纪大烧”，但是比上文的预报的还是好一些。云量的分布在深圳市内出现了明显的地区差异：靠近西侧地区云量足，但东侧地区只能看到西侧高度角受限的天空有层积云。层积云晚霞颜色偏橘红，而且烧云持续时间只有3分钟左右，火烧云的主要呈现区域也是在西侧天空。
深圳2022.10.13晚霞 - 抖音搜索
几个重要的预报条目汇总成表格如下所示。
| 条目 | 实况 | 预报 | 一致性 |
|---|---|---|---|
| 云属 | 层积云 | 层积云 | 一致 |
| 云量 | 局地变化大，西侧多东侧少 | 偏少 | 不一致 |
| 云边界 | 肉眼可见 | 200km | 不一致 |
| 颜色 | 橘色到橘红色 | 橘红色 | 一致 |
| 持续时间 | 3分钟 | 短 | 一致 |
| 出现天空区域 | 本地+西侧天空，东部地区为西侧低角度天空 | 西侧低角度 | 一般 |
| 其他天象 | 无 | 无 | 一致 |
| 大气通透度 | 较好 | 较好 | 一致 |
| 气溶胶消光高度 | 个人猜测在1.5km以下 | 仅与最乐观的情况符合 | 一般 |
| 总的来看 | 中等程度 | 不太乐观（也许是小烧？） | 低估 |
案例：伊春2022.10.14某次晚霞
对伊春市（47°43'11"N, 128°49'48"E）2022年10月14日晚霞火烧云以及伴随天象做预报，并分析不确定性。已知这里是典型的火烧云云况，日落时间为北京时间17:07，日落方位角252°，地形按照平原看待，日落线速度为18km/分钟。数据源全部选用GFS。
答：首先确定是否存在可能的火烧云情况。打开 tropiclatidbits.com， 选择最新时次的GFS预报，选择北京时间为2022年10月14日晚上20:00的GFS预报图，绘制大气剖面图。当然也可以打开Windy然后一个点一个点的去右键查看探空预报，自己画大气剖面图，比较费时间。
图 4.6 来自于tropicalTidbits.com的大气截面图
注意到，这里的大气截面已经展现出了较为典型的火烧云云况，从图中看出云底的气压大约为500hPa（约5500米），云边界距离较近，可能小于100km。由于这个大气截面的时间是日落后3小时，因此可能不准确，需要进一步查看其他资料。
现在要查看时间分辨率更高的预报，来确定云底高度和云边界位置。打开Windy.com，查看10月14日17:00的GFS中云云量预报。当然也可以查看高云云量预报，但是这个案例里面在看过了以后发现高云云量没有中云多，而且高云边界比中云边界近，所以直接看中云云量就行了。
图 4.7 来自于Windy.com的截图
使用Windy的测距与规划功能，测量本地和云量为50%的点之间的距离（这里我保守一点，选择云量为10%），得到：北京时间17:00，GFS预报结果的中云边界为166km。这个距离比最开始的大气截面图中得到的中云边界距离远不少，也说明了上面的大气截面图与日落时刻的大气截面图偏差较大。因此需要对第一张图的大气截面图进行修正，将云边界修正到166km。
在Windy界面中右键，选择大气探空预报，查询本地探空，结果如下。
图 4.8 来自于Windy.com的截图
图 4.9 来自于Windy.com的截图
探空预报时间为北京时间17:00，可见存在一层湿空气，湿空气上下方大气均较为干燥，无遮挡。这单层云的云底高度为7219m，云底气压为400hPa，与第一张大气截面图中的云底气压500hPa不符合，也说明了大气截面图不准。因此将云底高度修正到7219m。结合云底高度和云边界距离，我们可以计算出云边界的高度角为1.75°，角度很低。
而后查看光线传播路径上游（本地西南侧）气溶胶消光的情况。
图 4.10 来自于Windy.com的截图
这里建议多取几个点，就不一一放图了。反正结果是西侧气溶胶光学厚度在0.10~0.18之间，且分布比较均匀。这里直接取均值AOD=0.14，并认为本地西侧的气溶胶光学厚度是常数。这里需要你多取几个点查看气溶胶光学厚度，就不一一展示了。考虑本地的雾霾：由于本地大气干燥洁净（AOD也比较低），所以不用担心雾霾。
而后，计算火烧云光线的等效地面高度。假设气溶胶消光系数的高度衰减常数在0.5km~4.0km之间改变。设当550nm气溶胶消光系数为0.02时，光线无法穿过。根据章节1.3.4中的公式，计算得到光学等效地面高度和气溶胶消光系数的高度衰减常数关系表：
| 高度衰减常数/km | 0.5 | 1 | 1.5 | 2 | 2.5 | 3 | 3.5 | 4 |
| 等效地面高度/km | 1.32 | 1.95 | 2.31 | 2.51 | 2.57 | 2.54 | 2.42 | 2.23 |
表 4.2 等效地面高度的可能数值
光学等效地面高度最小为1.32km，最大为2.57km。因此，等效云底高度最大为5.9km，最小为4.65km。
下一步，套公式来计算火烧云的持续时间。将等效云底高度以及日落线速度填入火烧云时空分布三角形。
图 4.11 火烧云三角形：等效云底高度4.6km
图 4.12 火烧云三角形：等效云底高度5.9km
可以得到，本地火烧云的持续时间将会在8分54秒到10分36秒之间变化，算是比较长的时间了。而本地火烧云的开始时间也会在本地日落后的4分36秒开始，也就是17:11:36开始。考虑到视野内的火烧云结束，假设5°以上的天空火烧云结束就算本地火烧云彻底结束，使用云底高度7291米，计算5°高度角的云所对应的水平距离，得到距离为83km，除日落线速度18km/分钟，得到火烧云在视线内的消失过程将会持续4.6分钟，也就是4分36秒。因此，本地火烧云持续时间会在13分30秒到15分12秒之间变化，更加长了。
而后我们考虑与火烧云伴随的天象。探空图上面已经调出来过了，可以看到云底温度-32℃，云顶温度-47℃，都非常低，且云顶温度低于-38℃，冰晶浓度是足够的，不会是过冷水云，因此认为是卷什么云。由于云层厚度达到了2km，这是介于卷云和卷层云之间的厚度，因此实际情况中两者都可能出现。云的温度跨越了柱晶和片晶的区域，所以运气好的话可以看到幻日以及22度日晕这样的天象伴随着日落。
接下来考虑火烧云预报结论的不确定性。首先选择400hPa和300hPa的相对湿度预报图（当然也可以加上500hPa的，或者用云量预报图）。
图 4.13 400hPa层面相对湿度，北京时间17:00，GFS预报结果，来自Windy网页版
图4.14 300hPa层面相对湿度，北京时间17:00，GFS预报结果，来自Windy网页版
然后，我们需要考虑这些问题；
- 如果本地的云厚度增加或减少一点会怎样？
本地卷层云厚度为2km，而且温度曲线和露点曲线几乎贴在一起，所以湿度是比较足够的，不会严重放大由于模式不准确带来的火烧云质量偏差。
- 如果云边界距离稍微改变会怎样？
无论是400hPa还是300hPa的空气层，湿空气的边界都距离本地较远，超过了50km，最远达到了166km，因此本地的云量是有一定保证的。云边界方向和日落方向的夹角很大，没有窄带晚霞的情况。
图 4.15 来自Windy网页版截图
400hPa和300hPa风是一样的，西风15m/s，这个风速不算很大，而且云边界也比较远，因此不会严重放大由于模式不准确带来的火烧云质量偏差。
- 如果云在其他方向上（而不是日落方向上）边界过于靠近本地会怎样，云量会不会太少？
更不用担心了，其他方向的云量反而更多。
- 有没有其他杂云挡住光路？
没有，大气其他层次都比较干燥。
综上所述，我们基于GFS模式，可以对伊春市该日出现晚霞的概率做出乐观的估计：伊春市在2022年10月14日日落可能出现卷层云晚霞，云量较充足，晚霞可以完全覆盖日落方向的半个天空，持续时间在13~15分钟左右，时间较长。由于是高云晚霞，晚霞颜色从橘黄色到橘红色都可以有。晚霞过程中可以伴随有日晕或幻日的冰晶晕大气光学现象。本地气溶胶光学厚度低，晚霞观赏条件好。
4.1.2 非典型火烧云预报方式
多数情况下，我们遇到的火烧云都是不确定性很强的不典型的云况。包括但不限于：对流云火烧云、云洞漏光火烧云、以及其他各种云况复杂无法一一归类的火烧云。
非典型的云况之间也是有区别的，有些虽然是非典型的云况，但模式的结果还是可以直接拿来预测火烧云的；有些非典型火烧云云况下，数值模式的结果根本不能直接拿来用。比如说，对于章节1.2.3中介绍的简单非典型火烧云云况（云洞漏光、对流云火烧云）来说，数值模式是不能做出什么有效火烧云估计的，这些云况不支持基于模式的预报。
所以不典型的火烧云基于数值模式预报流程如下：
- 根据日落时间以及太阳方位角，获取大气截面图，获取大气气溶胶光学厚度在日落方向沿线一带的分布；
- 识别出火烧云的云况是非典型火烧云云况，并识别出属于具体哪一种非典型火烧云云况；
- 如果非典型云况能够支持基于模式的预报，那么还好，通过绘制光线路径判断可能的火烧云持续时间、范围等；如果不支持基于模式的预报，但属于章节1.2.3中介绍的简单非典型火烧云云况，那也还好，可以安心地直接跳过这一步，因为知道可以看实况进行比较准确的临近预报；如果不支持基于模式的预报，且属于一般的复杂非典型火烧云云况，那就不太好了，只能不安心地绘制光线路径判断可能的火烧云持续时间、范围；
- 不管有没有火烧云，都可以获取本地日落时刻大气探空预报，判断云的种类与可能的天象；
- 不管有没有火烧云，都可以检查本地气溶胶光学厚度与底层大气湿度，判断本地天象观赏的大气通透程度是否有利；
- 判断预报结论的不确定性。
一般云况：一般方法
当火烧云云况不典型，而且不能被分类为简单不典型火烧云云况时，我们可以使用一些通用的方法。只不过使用通用的方法，我们只能知道本地云底的火烧云，没法做出火烧云的时空分布。
回忆一下图1.2.2.1，我们知道，想要让光线照射到本地云底，那么我们只需要让代表阳光的抛物线一直经过本地云底即可。而且我们知道，抛物线在水平方向的平移，代表了光线的旋转，也就模拟了地球自转的过程。那么问题就比较简单了，我们只要保证抛物线的水平位置在移动的过程中，始终穿过本地云底，就能代表本地云底在日出/日落过程中接收到的阳光的变化过程，也就是图1.2.2.1表达的内容。
图 4.16 > 图 1.13 的引用
根据相对运动的原理我们也能很容易得出，代表阳光的抛物线的顶点位置在这个过程中变化的轨迹也是一个抛物线，形状和代表阳光的抛物线相同，但开口向下且顶点位于云底，如图4.16右侧图灰色虚线所示。
接下来的步骤就很简单了，我们只需要手动进行一个光线的追踪就行了：
- 绘制大气截面图，找到本地云底高度；
- 绘制抛物线，且抛物线形状与
相同，但开口向下，且穿过本地云底； - 保证抛物线不穿过不透光的大气区域，比如有云的区域或者气溶胶消光严重的区域，如图4.17所示；
- 记录这些与云相切抛物线的顶点横坐标，例如下图中的
- 由于已知日出日落的线速度
，想要知道光线路径所对应的日出前/日落后的时间，只需要将路程
除速度
即可。
最终，我们会得到本地云底的火烧云持续时间，就像下图所示的这样。这是个通用的方法，即使是简单的火烧云情况也能使用。
图 4.17
需要注意的是，因为我们能观察到的火烧云一定是不止有本地云底出现的火烧云，在沿着太阳的方向一定角度的天空范围也会出现火烧云，所以我们需要对上述方法计算得到的火烧云时长适当延长一些。
一般的云况下，火烧云的不确定性很强，即使通过数值模式计算得到了一个火烧云持续时间，也很可能与实况相差很大。需要注意到有这么个事情。
特殊简单非典型云况识别
对于章节1.2.3中介绍的简单非典型火烧云云况（云洞漏光、对流云火烧云）来说，数值模式是不能做出什么有效火烧云估计的，下列的这些简单非典型云况均不支持基于模式的预报。
高云漏光
这是一种简单的不典型但相当常见的不支持基于模式准确预报火烧云云况，对于朝霞火烧云与晚霞火烧云均较为常见。在这种云况下，上海的西/东侧沿着太阳方向的地区一般完全被高云覆盖，基本没有中云，有时有少量低云。由于这一种高云的不均匀性以及对卷云比较透明的光学性质，高云中比较薄的区域可能会部分或者完全透光，形成云洞漏光的火烧云。火烧云很难出现长时间的高云大烧，但可以支持短时高云大烧或断续的闷烧。
这种高云漏光的云况下，可见几乎整个大气截面都是高云。经验上当大气截面上绝大部分的云云底温度都低于-25℃，云顶温度一般低于-40℃，高云分布不太均匀，且中层大气都比较干燥的时候，就可以认为是典型的高云漏光的云况，如图4.18所示。高云密集的区域，高云的厚度可以有3-4km，看起来有点厚但并不影响高云漏光。另外，即使远处存在少量的低云也不会有太大的影响。
图 4.18
这种云况之所以不典型，原因是不均匀的高云中有很大概率会出现云洞，但数值模式基本无法准确估计这些云洞的存在以及估计他们的位置，这些云洞就像随机噪声一样。而且由于云底高度很高，即使是距离本地较远的云洞也能对本地的火烧云有加大的贡献，这进一步加大了云洞漏光形成火烧云的机会。如果能够识别出高云漏光的云况，那么剩下的就得交给基于实况外推的临近预报了。
中云漏光
这是一种简单的不典型也不太常见的不支持基于模式准确预报的火烧云云况。在典型的这种云况下，上海的西/东侧沿着太阳方向的较长距离的大气截面一般完全被中云覆盖，中云高度较为一致，云边界较远，有时可以有少量低云。中云的厚度比较小，最多只能算是厚的高积云或者薄的高层云（一般都是薄的高积云），而且中云云内的相对湿度并非都十分充足，而是存在相对湿度较低的区域，导致云分布不均匀，从而提供了形成云洞的可能性。中云漏光经常形成时间很短的大烧。
在大气截面图上，中云漏光的云况体现为一层薄的湿空气层，湿空气有很多地方的厚度可能不足1km，且湿空气层的温度一般高于-30℃。如果湿空气层上方和下方都比较干燥的话，则中云漏光的云况是典型的，如图4.19所示。
图 4.19
中云云洞和高云云洞一样，模式无法准确预测云洞的位置，甚至无法预测云洞的存在。
对流云火烧云
这是一种不典型的不支持基于模式准确预报的夏季常见的火烧云云况。在大气缺少杂云的条件下，如果只有本地出现了个别的浓积云和积雨云，这些对流云没有严重的互相遮挡阳光的现象，都可能被傍晚或者日出的霞光照亮，形成火烧云，那么这种云况是典型和简单的。对流云如果发展持续的时间比较长的话，对流云云顶还会形成面积巨大的云砧，从而形成类似层状云的火烧云。
由于技术限制，数值模式不可能给出对流云爆发的精确位置，对流云爆发的具体位置也是类似噪声一样的，只能给出某地区出现对流的程度/密度。转化到具体的预报参数上就是对流性降水量、闪电密度以及对流不稳定能量。如果我们能够通过大气截面图发现遮挡云量较少，且模式在日出或日落时刻也给出了本地足够的对流性降水或者闪电密度的话，可以认为有出现对流性火烧云的概率。
4.2 基于实况外推的临近预报
由于数值模式的准确率不太高，火烧云更准确的预报需要基于实况外推，对数值预报的结论进行订正。基于实况外推进行火烧云预报适用于临近预报。如果火烧云云况典型或简单的话，这个方法的准确度可以很高，火烧云开始和持续时间甚至可以精确到误差在1分钟以内，但前提是方法用得对。
基于实况的外推预报中，最重要的问题是要通过实况资料推测云的三维分布，尤其是在日落方向的大气截面上云的分布。我们采用的各种方法都是为了这个目的而来的。为此我们需要使用各种气象产品，包括数值模式的反演、卫星云图、雷达图以及自己对天空的观测。
4.2.1 判断云层分布方法
云层的垂直分布
我们可以通过红外卫星云图来得到某地最高一层云的云顶的高度信息。在章节1.4.3中，提到过红外云图实际上是一幅亮度温度的地图，那么我们就可以通过红外云图来估计地面或者云的温度。而后，通过探空图（不管是模式预测/反演的还是实测的），寻找到温度与之对应的云层就行了。
举个比较简单的液态水云层状云例子：
图 4.20 来自Windy网页版
如图4.20所示，在红外云图上，我们发现，该地点在2022/10/16 19:15的云顶亮度温度为5℃。而后我们直接查看该地点的EC探空预报，发现本地有一层低云，云顶高度为700hPa，云顶高度为3110m，云顶温度为8℃。
这时候我们会发现，探空图预报给出的云顶温度和实际的云顶温度不一样，但差距只有3℃，比较小。这种小的差距是常见的现象，可能原因见章节1.4.2中的介绍，可以认为是单纯的误差。所以我们认为，这个红外云图中所看到的云就是探空图上的这一层低云，且云顶高度一致。
能够识别出这是哪一层云后，我们就能够去查看模式给出的云底高度：云底气压为800hPa，云底高度为2043m。值得注意的是，红外云图不会直接给出什么关于数值预报的云底高度准不准的判断依据，是存在不确定性的。
然而数值给出的探空预报不一定准确。如果数值模式完全准的话，我们也不需要进行什么临近预报了。有些情况下的数值模式的偏差是可以通过卫星云图发现和识别的，比如云顶高度的偏差。下面给一个不准的例子：
图 4.21 来自Windy网页版
如红外云图的图4.21所示。图中有一条东北-西南走向的云带，从均匀的纹路上看，这应该是某种水云。在19:40的红外云图上，图中所示点的红外亮度温度为-12℃，然而在EC给出的20:00的探空预报中却只有一层云顶温度为-2℃的薄云，两者之间有10℃的偏差，已经不是误差范围能解释的问题了，我们可以合理怀疑这是由于云层厚度被低估了，或者是云底高度被低估了。我个人合理猜测，这里可能出现了多层高积云（复高积云），这些云分布在-2℃~-12℃的大气范围内。事实到底是怎么样恐怕没法远程知道了，除非有云高仪或者探空实测数据上传。
上面两个例子都是关于过冷水层状云的案例，下面跟进一个冰云的案例。我们把视线转到美利坚合众国，红外云图如图4.22所示。云的纹路展现出了卷云特别的纤维状/丝缕状结构，而且云量分布比较均匀，能看出来是卷层云。
图 4.22 来自Windy网页版
我们从地图上取一个点检查其亮度温度，可以发现温度为-14℃。但是，我们打开同时刻的EC探空预报时，却发现云顶的温度低至-52℃。两者的温度差达到了38℃，偏差非常巨大。出现这种情况，主要是因为在章节1.4.3中红外云图的部分提到的两个原因：
- 云层太薄了，不能完全遮挡来自地面的红外辐射，导致云层顶部发射到了红外线部分来自于地面，导致云顶温度被高估；
- 对于一些卷云来说，由于卷云的云顶边界过于模糊，云内向上发射的辐射来源不只是云顶，而是云顶下方很厚的一层云，导致测量得到的云顶温度高于真实云顶温度；
在图4.21的云图中，卷层云云顶的温度在各处相差非常巨大，有些云比较薄的地方甚至高于0℃了，很明显是不可能的。所以这里说明了一个很重要的问题：卷云云顶的温度和它在红外云图上体现出来的亮度温度之间经常有很大差别。这使得我们不能通过红外云图测量温度的方式测量卷云或卷层云的高度和温度，而是要通过纹理或者局部的低温部分或者其他方法识别出卷云或卷层云后，查看探空预报，得到云顶和云底高度。
如果一定要通过云的温度来得到卷云云顶的高度的话，也要在一定范围内选择温度最低的云顶。这个准则也适用于薄的水云，比如不均匀的高积云。
云层的水平分布
很显然，打开卫星云图以后大家都能看出来哪些地方有云哪些地方没有云。一般来说，卫星云图上白色的地方是“有云的”，不管是可见光云图还是红外云图，用以符合人们的直觉。
这里面值得说的是关于卷云的分布。卷云和卷层云由于过于透明导致我们无法通过亮度温度来推算出它们的云顶高度，但是这个特性能够帮助我们判断卷云对可见光的“透明度”，来判断卷云的水平分布。这在高云云洞漏光的火烧云云况下很有用，因为可以帮助我们判断云洞的大小和位置。以下内容本人在上海2022年盛夏总结的不可靠经验总结（这不是什么严谨的结论或者定律，纯粹经验性的）。
在高云漏光的云况下，假设没有中低云。设卷云/卷层云在探空图上云层顶部温度和底部温度的均值为
，地面在红外云图上的亮度温度为
，则当同一层卷云在红外云图上的亮度温度
满足：
可以认为，卷云在火烧云形成的过程中是比较透光的，能够让支持大烧的阳光透过。反之，则卷云在火烧云形成过程中是不透光的，会封死天空。如果式子两边的数值比较接近的话，则卷云对于火烧云来说可能是半透明的，会形成闷烧的火烧云。
降水的分布
雷达图用主要于判断大气降水的分布，在对流云形成火烧云的场合下也可以用于判断对流云的位置。大气中的降水可能挡住阳光，所以我们要看到火烧云的话，需要处于降水云团面向阳光的一侧。
4.2.2 典型火烧云预报方式
这里使用的方法和章节4.1.1中是一样的，无非是自己外推云图，然后根据实况来修正大气截面图而已。修正的方法就在章节4.2.1中，如何用卫星云图和探空预报确定云的分布。而得到大气截面图后的操作就和章节4.1.1中一样了。
这时候有人问，外推是什么？百度百科说：
外推法（Extrapolation）是根据过去和现在的发展趋势推断未来的一类方法。
像彩云天气的雷达图预测，就是一种用AI进行雷达图外推的方法。当然我们自己也是智能的。对卫星云图进行外推，无非也是使用云在过去1-2小时的发展，并且假设这种发展趋势不变来预测未来云的发展。比如说：在过去的两个小时内，云在以20m/s向东移动，则我们可以合理估计在未来一个小时内，云的移动速度也不会变。对于发展平稳的层状云来说，这是比较可靠的。
但如果云本身的发展比较明显的话，外推会有偏差。暂时也没有很好的方法来解决。此外，本地光线上游地区的气溶胶垂直分布也会带来不确定性。
典型云况外推卫星云图做火烧云预测的步骤为：
- 假设我们已知了先前数值模式预测的大气截面图与AOD分布，知道这是典型云况；
- 查看实况资料（可以是卫星云图，也可以是自己的观测），手动外推出日落/日出时刻的云况；
- 估计或者测量外推出来的云的高度和边界和本地的距离，对数值模式预测的云分布进行修正；
- 应用章节1.2中的几何模型，判断是否有光线可以照射到本地云底；如果能，可以计算持续时间、高度角等信息；
- 不管有没有火烧云，根据本地日落时刻大气探空预报，以及实际观察到的天象，判断云的种类与可能的天象；
- 考虑预报的不确定性（可能翻车的因素）。
大多数步骤和基于数值模式做预测是一样的，所以懒得再举例子了。
4.2.3 非典型火烧云预报方式
特殊的简单非典型云况包括云洞漏光以及对流云火烧云。这些情况外推卫星云图做火烧云预测的步骤为：
- 假设我们已知了先前数值模式预测的大气截面图与AOD分布，知道这是某一种简单的不典型云况（漏光或者对流云）；
- 查看实况资料（可以是卫星云图，也可以是自己的观测），手动外推出日落/日出时刻的云况；
- 估计外推出来的云的高度和边界和本地的距离，参考数值模式的预测结果，构建大气剖面；
- 应用章节1.2中的几何模型，判断是否有光线可以照射到本地云底；如果能，可以计算持续时间、高度角等信息；
- 不管有没有火烧云，根据本地日落时刻大气探空预报，以及实际观察到的天象，判断云的种类与可能的天象；
- 考虑预报的不确定性（可能翻车的因素）。对于不同类型的简单不典型云况，有不同的不确定性来源。
和典型云况火烧云类似，云洞或对流云本身的发展会使得外推出现偏差，简单非典型云况外推的不确定性很大程度上来自这里。比如对于云洞漏光：云洞内的空气相对湿度不一定低，所以较弱的抬升运动就可能使得云洞封死，云洞的形状与大小会更加多变。中云云洞的大小和形状相对于高云云洞来说更难外推，因为中云云洞经常是高积云形成的，云层虽然薄但是会严重消光，云量发展变化速度较快。所以就比较麻烦。对流云火烧云一般比层状云火烧云则更难外推，对流云的发展瞬息万变，所以对流云火烧云的预报时效都比较可怜，可能只有几十分钟。
特殊简单非典型云况
高云漏光
根据章节4.2.1中介绍的方法，以及大气截面图的预报，我们就能够从红外云图中得知高云的水平分布，然后直接使用单层薄云云洞漏光的结论。
对于高云云洞漏光比较麻烦的一个问题是：因为高云如果比较厚，云底高度不确定性就会增大。高云云底经常会出现落幡，而且落幡具体出现的地点很随机，这可能导致某些地区的云底比预期得低。在红外云图上，温度比较低的高云区域可以认为是冰晶较为浓密产生落幡的区域。
图 4.23 来自Windy网页版的增强红外云图
由于这些落幡在实际的大气截面图（如果我们能得到的话）会使得高云云底呈现出钟乳石状的形状，呈现为一个个倒三角，如图4.24所示。
图 4.24 某些高云云底的粗糙性
由于同样的云底高度变化较大的原因，高云云洞需要多大才能漏光也是个玄学问题。有的时候，云洞的表现和单层薄云类似，小云洞也能形成短时大烧火烧云；但有的时候即使云洞很大，由于云幡挡光，也没有火烧云。云底的落幡是高云云洞漏光不确定性的一个很大的来源。
在实际处理上为了能够使用单层云漏光的火烧云模型，我们可以将高云云底的高度作为单层云漏光模型中的云层高度。
中云漏光
能漏光的中云一般比较薄，都是高积云。这种云很符合单层薄云的漏光火烧云模型，所以处理起来方便很多，直接在红外云图上测量云洞距离即可。
在中云漏光的条件下，也需要注意：过小的云洞没法形成火烧云。即使是很薄的高积云，也可能会有100多米的厚度。所以对于云洞沿着太阳落下/升起方向的长度，还需要加以限制。
假设云的边界都是直角的，云洞（在大气截面上的）中心距离本地为
，云层厚度为
，则想要云洞漏光的话，云洞的长度
要满足：
具体模型见图4.25。对于薄的高积云和层积云来说，可以这么算。
图 4.25 小云洞漏光图解
这里我们举一个例子：
假设现在是2022年10月20日16时45分。对上海市（31.25°N, 121.5°E）2022年10月20日晚霞火烧云以及伴随天象做预报，并分析不确定性。已知这里是典型的中云云洞漏光火烧云云况，日落时间为北京时间17:16，日落方位角253°，地形按照平原看待，日落线速度为20km/分钟。
答：我们看一下数值模式（GFS）预报给出的大气截面。
图 4.26 中云漏光的GFS大气截面
只是看大气截面预报的话，好像没有晚霞。不过值得注意的是，由于西侧湿空气层水汽饱和程度不高，所以虽然湿空气层厚度较大（80%相对湿度区域有2km厚了），但是高湿度区域（相对湿度大于90%）很薄，所以可能有中云云洞漏光，需要在日落前临近时刻注意一下卫星云图实况。西侧的云底高度比较统一，大约为6500m。
我们朝外面看一下现在本地有没有云，发现目前本地云量在2~3成左右，可以有火烧云。而后从windy.com上查看16:45的红外云图：
图 4.27 中云漏光的Windy红外云图截图
我们发现首先上海西侧有高积云，正在朝本地移动，因此在日落时刻估计本地也是有云的，不用太担心没云。而且西侧的云比较破碎，没有连成一片，云之间缝隙很大，有形成云洞漏光的可能性。而且注意到本地和光线上游（西侧）的气溶胶光学厚度都比较低，尤其是本地看起来完全是彻底的水晶天，AOD目测估计一下可能只有0.1左右，所以即使是不明亮的火烧云也会质量不错。
值得注意的是，我们观察一下（不管是卫星云图还是朝外面看一眼）云的纹理，可以注意到上海西侧的云似乎不止有高积云，有些高积云已经冰晶化为卷云，卷云的落幡可能使得云底高度出现下降，可能不再符合中云漏光火烧云模型的适用范围。而且似乎高积云上方似乎也有部分卷云，对应到大气截面图上11000米的薄层湿空气。不过考虑到冰晶化的云看起来似乎不多（心虚），就先用中云漏光的模型了。
接下来，我们们来看一下上海西侧的云层中有哪些地方可以称为云洞。这里有两个少云的区域位于上海西侧，分别标记为下图中的1号与2号。1号云洞由于距离本地过近，且大小很可怜，因此合理估计它只会产生时间很短的、角度很小的浅色（金色，#FFE645）晚霞。由于太阳照射云底的角度太小，不能充分照亮高积云云底，晚霞火烧云观赏价值低下，所以不考虑它的云洞漏光。接下来我们考虑2号云洞漏光晚霞火烧云。这个云洞形状复杂，范围巨大，一看就知道很可能可以透光，而且很明显漏光时间也挺长的，所以可以直接跳过验算云洞长度是否足够的步骤。
图 4.28 截图来自 Windy 网页端
查看云层所在高度的风速。由最上面的GFS给出的大气截面可知，云层高度大概在7km到9km之间，也就是400hPa到300hPa之间。在上海西侧地区，估计一下这两个层次风速在20m/s左右，西西南风（250°）。所以我们估计云会沿着该方向和速度移动。当然因为风速在水平方向的分布不是均匀的，所以这个估计只是很粗略的估计。
图 4.29 截图来自 Windy 网页端
图 4.30 截图来自 Windy 网页端
假设云洞以该速度大小和方向移动，在从现在（16:45）到日落（17:16）的这30分钟内，云洞将会移动40km。假设云洞不怎么发展，也就是云洞的大小形状不发生变化，那么云洞的运动就是平移运动。其位移如下两图所示。
图 4.31 截图来自 Windy 网页端
图 4.32 截图来自 Windy 网页端
位移后的云洞近边界大约位于380km远的位置，最远的远边界快到800km了，云洞中间似乎有杂云干扰，目测距离在600km~670km之间。由于670km~800km部分的云洞距离实在是太远了，对于中云火烧云来说可以忽略，所以我们认为能漏光的云洞就是位于380km~600km之间的这一部分云洞。
假设GFS的大气截面图给出的云底高度还是有效的，则云底高度为6500m。考虑到数值模式预报气溶胶消光，查看一下Windy的气溶胶光学厚度预报，发现上游地区AOD多在0.2左右，假设气溶胶高度衰减系数在500m~4000m之间变化，计算得到光学等效地面高度最大约为3km，最小约为1.5km。由此，可以得到等效云底高度最小为3500m，最大为5000m。接下来，只需要填写这个云洞漏光火烧云时空分布图的数字就行了。
图 4.33 等效云底高度为3.5km
图 4.34 等效云底高度为5km
云洞漏光的计算因为比较麻烦，而且只做本地火烧云预报可以不需要管这么多，所以也可以直接使用上文中的一般方法：自己画大气截面，然后平移抛物线。
首先随便找一个大气截面图，在上面画完云（比如下图中红色实线）以及气溶胶的分布（下图底部的灰色矩形渐变方框）以后，移动代表光线路径的抛物线（紫色实线，需要自己计算一下这个抛物线在大气截面图上应该长成什么样），使之在不穿过云和气溶胶消光区域的前提下，一直穿过本地云底。然后计算在满足不消光的条件下，抛物线的顶点位置距离本地的最小距离和最大距离（下图中的
）。最终，距离除以日落线速度，得到本地头顶的火烧云持续时间。这个方法更好一些，计算方便。
图 4.35 红色实线代表云底，紫色实线代表光线路径
填写完成后，得到结论：本地火烧云持续时间为1.1分钟~3.1分钟。考虑到视野以内（除了头顶位置以外）的火烧云，由于云底高度为6.5km，所以5°高度角的云位于74km外，日落下速度为20km/分钟，故火烧云时间增加3.7分钟。两者相加，得到火烧云的持续时间为3.8分钟~6.8分钟，即3分48秒~6分48秒。火烧云开始时间为日落后10.6分钟-1.1分钟=日落后9.5分钟。从这个结论里，可以看出由于气溶胶消光系数垂直分布的不确定导致的火烧云不确定性不算特别强，至少不影响火烧云定性的结论。
其实这里可以进一步考虑气溶消光系数的垂直分布。如果我们查看一下本地西侧部分地区的探空预报，我们会发现大气在1.5km高度处存在逆温层，逆温上方大气非常干燥，这可能意味着逆温层上方的空气是从高空下沉而来的，可能比较洁净。所以可以合理怀疑，光学上等效的地面高度就在1.5km，因此火烧云持续时间可以选择刚刚算出来的两个时间界限中的上界。
然后我们考虑与火烧云伴随的天象。可以看到大气截面图上相对湿度为70%以上的空气层内，最高温度约为-10℃，最低温度约为-30℃，可能出现过冷水云和冰晶云。因此认为火烧云的云属是高积云（带有落幡）以及卷云。由于温度落在片状冰晶形成的区域，因此可能伴有的大气光学现象为幻日和日柱。而且本地已经观测到落幡的高积云以及幻日，符合预期。
最终我们得出结论：上海本地在2022/10/20日落可能出现高积云或卷云晚霞，从日落后9分30秒（北京时间17:25~17:26）开始烧，持续时间为3分48秒~6分48秒。由于是中云晚霞，晚霞颜色为橘色到橘红。伴随晚霞火烧云的大气光学现象可能有日柱与幻日。本地气溶胶光学厚度很低，大气极为通透，观赏条件好。
对流云火烧云
对流云火烧云的云况下，数值预测给出的大气截面图没什么参考价值。只能自己去估计一下了。
对流柱
对流柱是对流云中主要上升气流所在的区域，是对流云的本体所在。由于对流柱上丰富的积云状细节和纹理，在火烧云形成的过程中有一定的观赏价值。有时候，即使对流云出现云砧，但是云砧面积小的话（比如直径只有几十千米），也可以当成对流柱的一部分看待。
除了自己在地面上观测对流云上升气流所在位置外，我们也可以用雷达图确定对流柱所在的位置。对于成熟的热对流，上升气流一般和强降水区会贴在一起，所以可以查看雷达图上强降雨区域在哪里即可。我们想要看到对流云柱的火烧云，至少要处于对流柱朝向太阳一侧的位置。相反地，如果本地处于对流云柱的阴影区，那么可能就不会有火烧云了。
图 4.36 来自上海知天气移动端应用的2020/7/28的对流云回波截图（应该不大会再见到这种雷达图了）
在知道了自己相对于对流云的位置是否合适以后，我们需要知道对流云的顶高。我们可以用红外云图测量温度，也可以用探空预报或者探空实测来判断不稳定层的厚度，而后将这个对流云的厚度（高度）带入到章节1.2.3中对流云火烧云时空分布，即可计算得到对流云柱的火烧云持续时间。
云砧
有大面积云砧的云况其实已经不能算简单的情况了，不过不妨碍在这里提到。云砧的面积相对于对流云的上升气流柱来说要大得多，而且云砧一般局限在高云的高度，所以云砧的表现有些类似高云层状云。在卫星云图上，云砧表现为一块低温且纹路比较均匀的高云，一般呈现椭圆形。云砧在红外云图上一般中心部分温度较低，边缘的温度较高，这是因为云砧中央附近区域冰晶层厚度最大，而且冰晶比较浓密，所以最不透明。
https://player.bilibili.com/player.html?bvid=BV1154y1e7Xi
云砧在大气截面图上一般呈现为倒三角的形状，而且倒三角的角度较大。云砧中心部分因为降水较多，所以底部的高度最低，如图4.37所示。需要注意的是，相对较小规模的云砧能在数值模式预报上体现出的情况是少见的，一般什么都不会有，云砧的位置需要自己看卫星云图确定。
图 4.37
由于云砧的形状特性，想要看到云砧形成的火烧云，我们需要处于云砧靠太阳方向一侧才行。比如说太阳从西北方向日落，那么我们也要处于云砧低温中心的西北侧才能看到云砧火烧云，如图4.38红色多边形圈起来的区域。由于云砧高度高，只要位置正确一般都能看到火烧云，其本身没有什么限制火烧云形成的因素。对于降水比较明显的云砧，雷达图上甚至能看到回波，这时候可以注意彩虹。
图 4.38 来自http://rsapp.nsmc.org.cn/
一般云况
这是很难的，我没有很好的方法。
4.3 如何看待你的预报结论
如果是基于数值的预报，那么不准确的可能性是很大的。火烧云对于云的分布比较敏感，云分布的偏差会对火烧云的质量影响巨大。如果火烧云的情况是典型的还好，如果不典型那么就很麻烦了，一般很难完全准确。即使预报时效只有十几个小时甚至更短，这种云况的偏差导致最终翻车也是常见的。所以基于数值预报给出的结论，除非火烧云云况非常典型而且不确定性很小，否则只是一个参考。
如果是基于实况外推的，也是一样的，只有典型情况和简单非典型情况是比较确定的。对于一般复杂情况，由于云底高度的不确定性、气溶胶分布的不确定性、卫星云图上被遮挡的云的不确定性、以及外推本身的近似带来的不确定性，都可能使得预报结论失败，但比数值预报好些。
总之，不应该把预报结论当成一个确定的东西，而是应该看做一个带方差的东西，在给出结论的时候也应该给出比较可能的翻车方式。
附录 重要数据查表
压高关系表
用途：快速通过气压直接转换到海拔高度，如果你用Windy的话会自带的。
| 气压（hPa） | 海拔高度（m） |
|---|---|
| 1000 | 0 |
| 975 | 300 |
| 950 | 600 |
| 925 | 750 |
| 900 | 900 |
| 850 | 1500 |
| 800 | 2000 |
| 700 | 3000 |
| 600 | 4200 |
| 500 | 5500 |
| 400 | 7200 |
| 300 | 9200 |
| 250 | 10000 |
| 200 | 11700 |
| 150 | 13500 |
| 100 | 16100 |
sqrt(2Rh)查询表
用途：一个出现在很多地方的表达式，不想按计算器可以在这里查，单位都是km。
| descript | 0.5 | 1 | 1.5 | 2 | 2.5 | 3 | 3.5 | 4 | 4.5 |
| descript | 79.8 | 112.9 | 138.3 | 159.6 | 178.5 | 195.5 | 211.2 | 225.8 | 239.5 |
| descript | 5 | 5.5 | 6 | 6.5 | 7 | 7.5 | 8 | 8.5 | 9 |
| descript | 252.4 | 264.7 | 276.5 | 287.8 | 298.7 | 309.1 | 319.3 | 329.1 | 338.7 |
| descript | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 |
| descript | 357.0 | 374.4 | 391.0 | 407.0 | 422.4 | 437.2 | 451.5 | 465.4 | 478.9 |
光学等效地表高度查询表
用途：判断气溶胶完全消光的等效地表高度
，单位为km。假设气溶胶消光系数垂直分布是指数下降的，且
，且气溶胶垂直分布衰减高度常数在0.5km ~ 4km之间变化。
| AOD | 0.01 | 0.05 | 0.1 | 0.2 | 0.3 | 0.4 | 0.5 | 0.6 | 0.8 |
| descript | 0.00 | 0.92 | 1.84 | 3.67 | 5.29 | 6.44 | 7.33 | 8.06 | 9.21 |
| descript | 0.00 | 0.00 | 0.89 | 1.50 | 1.70 | 1.84 | 1.95 | 2.04 | 2.19 |
日出日落线速度查询表
用途：字面意思，根据需要添加负号，单位都是km/分钟。
| 纬度\日期 | 1/15 | 2/15 | 3/15 | 4/15 | 5/15 | 6/15 | 7/15 | 8/15 | 9/15 | 10/15 | 11/15 | 12/15 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0°N | 21.6 | 22.6 | 23.2 | 22.9 | 21.9 | 21.3 | 21.6 | 22.5 | 23.1 | 22.9 | 22 | 21.3 |
| 5°N | 21.5 | 22.5 | 23.1 | 22.8 | 21.8 | 21.2 | 21.4 | 22.4 | 23.1 | 22.8 | 21.9 | 21.2 |
| 10°N | 21.2 | 22.3 | 22.8 | 22.5 | 21.6 | 20.9 | 21.2 | 22.1 | 22.8 | 22.6 | 21.6 | 20.9 |
| 15°N | 20.8 | 21.8 | 22.4 | 22.1 | 21.1 | 20.4 | 20.7 | 21.6 | 22.3 | 22.1 | 21.2 | 20.5 |
| 20°N | 20.1 | 21.2 | 21.8 | 21.4 | 20.4 | 19.7 | 20 | 21 | 21.7 | 21.5 | 20.5 | 19.8 |
| 25°N | 19.3 | 20.4 | 21 | 20.6 | 19.6 | 18.9 | 19.1 | 20.2 | 21 | 20.7 | 19.7 | 18.9 |
| 30°N | 18.3 | 19.4 | 20.1 | 19.7 | 18.6 | 17.8 | 18.1 | 19.2 | 20 | 19.8 | 18.7 | 17.9 |
| 35°N | 17.1 | 18.3 | 19 | 18.6 | 17.4 | 16.6 | 16.9 | 18.1 | 18.9 | 18.7 | 17.6 | 16.7 |
| 40°N | 15.7 | 17.1 | 17.8 | 17.3 | 16.1 | 15.1 | 15.5 | 16.8 | 17.7 | 17.4 | 16.2 | 15.3 |
| 45°N | 14.2 | 15.6 | 16.4 | 15.9 | 14.5 | 13.5 | 13.9 | 15.3 | 16.3 | 16.1 | 14.7 | 13.7 |
| 50°N | 12.4 | 14.1 | 14.9 | 14.4 | 12.8 | 11.6 | 12.1 | 13.7 | 14.8 | 14.5 | 13.1 | 11.9 |
| 55°N | 10.5 | 12.4 | 13.3 | 12.7 | 10.9 | 9.5 | 10 | 11.9 | 13.2 | 12.9 | 11.2 | 9.8 |
| 60°N | 8.2 | 10.5 | 11.6 | 10.9 | 8.7 | 6.8 | 7.6 | 10 | 11.5 | 11.1 | 9.1 | 7.4 |
火烧云颜色查询
用途：字面意思。一般来说没什么必要查这个东西，因为又不知道实际的气溶胶消光系数分布，而且只能提供定性的结论，不如用颜色形容词来描述。这里假设气溶胶消光系数（550nm）随高度指数衰减，
是地面的气溶胶消光系数（550nm），
是气溶胶分布高度衰减常数。绿色的虚线是等效地面高度。
AOD=0.01
AOD=0.05
AOD=0.1
AOD=0.2
AOD=0.5
AOD=1.0
常见问题 FAQ
下完一场暴雨以后，空气一定会变好吗？
（首先这里说的空气好不好指的是AOD）其实是不一定的。典型的反例就是2022年7月21日上海的晚霞，就算日落前暴雨下了几十分钟，大气照样极其污。
想要让大气变干净，需要让干净的气团代替本地的空气，或者让足够明显的降雨洗刷足够面积的大气，而且被洗干净的空气要足够多且不会被吹走或者重新污染才行。
举例：在夏季局地的热对流降水过后，本地大气的气溶胶光学厚度不会下降很多，这是因为降雨区域覆盖面积太小了。从雷暴中吹出的下沉气流来自高空，虽然地面附近的气溶胶消光系数确实低，但这些干净的空气体积也不大，可能只能让雷雨云附近地区地面附近几百米高度内的大气能见度提升很多。这种改进对火烧云形成过程中光线路径上的气溶胶消光的改善毫无帮助，对于本地气溶胶光学厚度提升帮助也很有限。本来洁净的空气就不多，雷暴消散后干净的空气很容易被环境风吹走，大气会再次污浊。
想要本地气溶胶光学厚度显著下降，我们需要让干净的空气替代污浊的空气，比如来一次寒潮让来自北极高空的洁净气团控制本地，或者来一场台风让来自热带海洋的大气接管本地。当然也可以直接通过下雨去除空气里的污染物，不过这需要一次覆盖面积较大的降水过程，比如飑线或者系统性的降雨（中尺度或者大尺度天气系统），让足够大面积的足够厚度的大气都被洗干净。
日落之前看不到西侧天空透光是不是就没有火烧云呢？
其实是不一定的，而且在相当不少见的情况下都是日落前西侧天空不透光但却有不错的火烧云，直接导致有些没耐心的朋友就错过了。
这里有两个原因：一个是几何因素的限制，一个是本地气溶胶的视觉效果导致的。
几何上来说，当观测者和云边界的水平距离超过了
的时候就看不到云边界，但这要这个水平距离不超过
则依然能看到火烧云。
另外，由于本地的气溶胶消光，我们没法看见高度角很低的天空，只能看到在一定的高度角以下部分的天空被一层灰霾笼罩。这层灰霾可能会挡住云边界透过来的光线。但这并不意味着看不到火烧云：形成火烧云的光线路径完全可以不穿过低空霾区，照样能形成火烧云，没问题的。
日落之前看到西侧天空云边界透光是不是就一定有火烧云呢？
也是不一定的，这种情况常见于层状的中低云上。出现这种情况说明忽略气溶胶的话，火烧云的云况条件还可以。但是因为不能忽略气溶胶，所以可能就不行了。
日落之前的太阳高度角相对较高，太阳光线不需要穿过很厚的低空大气就能透过来，但形成火烧云的时候，太阳角度低，阳光穿过的底层大气厚度就很大了，可能会没有火烧云。这种情况一般出现在大气（对于形成火烧云而言）较为污浊的天气下，可能日落前半小时发现阳光透过来了，结果霾太重了，随着太阳角度的下降，阳光亮度迅速减弱，以至于日落时根本没有足够的阳光形成火烧云。但如果大气不污浊的话，或者云底比较高的话，建议赶紧冲。
火烧云在日出前/日落后多长时间出现？
这和纬度、季节、云况以及观测者所处位置有关系，具体可以查看章节1.2中的公式。上海这边大多数火烧云出现在本地日出前或者日落后半个小时内，很少超过半个小时。一般来说，云底（对于层状云）或者云顶（对于对流云）高度越高，日出（日落）火烧云的出现时间可以越早（越晚）。极端情况下，视线内的高角度层状云火烧云可以持续26分钟（日出日落线速度为20km/min，云底高度为15km），对流云火烧云可以持续24分钟（日出日落线速度为20km/min，云顶高度为18km）。如果考虑低角度火烧云和通透大气中散射光的话（我不认为是火烧云的主要组成部分），经常也可以持续40-50分钟。
如果你所在的地区纬度较高的话，那么火烧云持续时间确实可以很长，比如东北地区夏季的时候火烧云持续个45分钟都是没问题的。极端一点，在北极点附近几个小时都是可以的。
火烧云最常出现在夏季？是不是秋冬季就会很少了？
从2022年的统计结果上看是这样的。不是说秋季冬季毫无机会，而是夏季太多了，上海这里2022年夏季有1/3左右的日出日落是或多或少带点火烧云的，比例非常高。我个人对此的解释是：夏季形成火烧云的绝对主力是积雨云等对流云，以及积雨云转化而来的高云。这些云足够高，而且覆盖面积比层状云小得多，不容易把阳光完全挡住，可以更好地形成火烧云。
海边更容易出现火烧云吗？
海边是相对于内陆而言的。如果海边和内陆是滴水湖和市区的区别的话，那只要没有遮挡都是一样的。如果你说的海边是指沿海地区和内陆省份的话，那没统计过，不知道。
火烧云持续时间和峰值有没有什么从物理意义上的描述？
个人经验上认为，当550nm阳光强度为原入射强度的几分之一到几十分之一的时候，可以形成明亮的火烧云（火烧云颜色不一定鲜艳但绝对很亮）；几十分之一到几百分之一的时候则会形成比较暗的火烧云（闷烧）；当阳光强度低于入射强度的1/1000时，形成的火烧云观赏价值过低；当550nm的阳光消光到强度不足入射强度的1/5000时，可以认为阳光过于暗弱，完全看不到有火烧云（这个经验可能不靠谱，毕竟我从来没测量过火烧云上光线的实际亮度，都是根据数值预报结果和实地观测的感觉反推的）。
火烧云的峰值时间可以定义为是火烧云颜色在视觉上最鲜艳的时刻。“颜色最鲜艳”不仅仅要求火烧云的光线明亮，而且也要求火烧云光线颜色饱和度高，综合考虑光线亮度和饱和度就可以计算出来。手动来的话可以查表，但如果想要面对实际大气的复杂情况的话，就需要机器辅助计算了。
你这里面的矢量图都是怎么画的？
PPT。
怎么样朝霞/晚霞颜色才能烧的红？
观察总结下来主要是两种情况：（1）大气很通透的情况下阳光穿过低层大气形成的火烧云；（2）大气中层含有轻微气溶胶消光的情况下形成的火烧云。前者比较好理解，就是想要瑞利散射发挥比较大的作用，阳光得穿过高密度大气。这种情况多发生在大气通透的情况下，中低云火烧云的全过程，以及中高云朝霞/晚霞的开始/收尾阶段。当云边界比较远的时候，火烧云颜色全程都会比较红，这一点就会很明显。而后者则对气溶胶消光的垂直分布有一个比较精妙的要求，即大气中层需要存在一层532nm气溶胶消光系数最大值在0.01
-0.02这个量级附近的空气层，以至于产生了轻微的气溶胶消光，使得浅色的阳光颜色变红。轻微的气溶胶消光就像火烧云颜色的调味料，而且调出来的效果也不见得就差。同时因为这种气溶胶消光难以直接察觉，不会明显影响天空澄澈的程度或者地面能见度。但是如果这一层空气的气溶胶消光系数最大值明显超过了0.05，则很可能意味着调味料加太多了，就把火烧云消没了。
为什么有的时候朝霞晚霞火烧云烧的感觉闷闷的，而有的时候烧的很透？
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