云
云层覆盖对北极有一级影响表面辐射云微物理和辐射特性因此是一个充满活力的研究领域。虽然从建模和特殊观测项目(例如，SHEBA和能源部)中学到了很多东西大气辐射监测计划)，一个持续的问题是普遍缺乏准确的数据，甚至北极的云量。Curry等人(1996)对这个问题进行了全面的回顾。
在北极上空，人们可以观察到许多相同的“通用”低空(例如，层云，层积云)、中层(如高积云)及高层(云卷)在中纬度看到的类型。在夏季中层顶(大约85公里)可能形成夜光云。它们是由微量水蒸气上涌而成的微小冰晶组成。尽管北极纬度高，但对流云覆盖在欧亚大陆和阿拉斯加的陆地地区在夏季是常见的。对流云在冬季也经常出现在挪威海上空，当从北方到达挪威海岸附近相当温暖、无冰的水域时，寒冷就会爆发不稳定空气。
然而，在北极，云的分类是有问题的。Curry等人(1996)确定了四个“不寻常的”边界层云的类型在北冰洋上空，前两种都属于北极低层光学薄层的一般范畴:(1)广泛的多层夏季边界层云;(2)过渡季节的混合型(冰-水)边界层云;(3)冬季稳定边界层中的低空冰晶云和“晴空”冰晶降水(后者常被称为“钻石尘”);(4)冬季冰晶“羽状物”从开放的引线中散发出来(Schnell et al.， 1989)。在谢巴期间对北极西部的测量(Intrieri和Shupe, 2004年)表明，“真正的”晴空钻石尘在11月至5月中旬期间出现的时间约为13%。然而，钻石尘的出现经常被观测者夸大(145%的时间)，主要是在极地黑暗时期。激光雷达的剖面显示，在几乎所有这些错误报道中，冰晶实际上都是从云层中沉淀下来的。
总的来说，云量在冬季最少，在夏季最多。这种季节性很好地表现在北冰洋中部这主要是由低空层的季节性驱动的。相比之下，北冰洋的大西洋部分在所有的月份里都相当多云。然而，即使是月平均云量也很难量化，可能只有5-10%。正如Curry等人(1996)所述，这种令人不满意的状况有几个原因。虽然云分数(被云覆盖的天穹部分)是天气天气报告的标准变量，但观测的空间覆盖范围参差不齐，测量本身也有些主观。北冰洋中部最全面的地面数据集仍然来自俄罗斯的NP项目。此外，在长时间的极地夜云观测是困难的，特别是在无月的天空下。Hahn等人(1995)对冬季有月和无月条件下观测到的北冰洋云量的分析表明，总云量低估了约5%。
有许多卫星衍生的网格数据集。例如，通过国际卫星云气候学项目(ISCCP)提供了由网格化卫星估算的覆盖全球的云参数(云量、云顶高度、光学厚度等)(Rossow和Schiffer, 1991)。自1982年起，栅格化的极地特定云产品作为AVHRR极地探路者工作的一部分提供(Maslanik等人，1997年)。两个数据集的云探测都是基于可见光和红外波长图像的组合。例如，极地地区的ISCCP-C1(日)和C2(月)数据集是基于通道1 (0.58 ~ 0.68 ×， 1 × xm = 10 ~ 6 m)和通道4 (10.3 ~ 11.3 × xm)的AVHRR数据。“北极极地探路者”(APP-x)的工作包括云的特性以及每天的地表辐射通量和其他变量(Key和Intrieri, 2000年;Key等人，2001)。
高纬度地区的卫星回收存在一些基本问题。在可见波长上，云和雪/冰表面本质上是相同的
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- 图2.22基于1995年COADS数据的北冰洋中部云量年平均周期(总云和低云，%)(作者)。
反射，使云辨别非常困难。红外测量受到云层和地表之间的温差通常很小的限制。因为低温逆温在美国，云顶可能比表面更温暖。
Schweiger和Key(1992)指出，Warren等人(1988)从地面站和ISCCP-C2数据报告的北极总云量的年度周期之间存在很大差异，尽管除了北冰洋中部外，基本的空间格局总体上是一致的。Wilson等人(1993)认为，冬季的一些差异可能是由于大气中经常出现冰晶(钻石尘)，这可能被ISCCP算法识别为低层卷云。ISCCP-C产品已被ISCCP-D系列所取代，其中包括改进，以减轻在极性表面上发现的问题。然而，Schweiger等人(1999)表明，与NP观测相比，ISCCP-D1产品仍然存在显著问题，高估了冬季和夏季的云量。此外，云量的年周期与地面台站的观测结果相反。
图2.22显示了根据海洋大气综合数据集(COADS)到1995年的地表观测，北冰洋中部云量(百分比覆盖)的平均年周期。该区域的COADS记录来自NP程序和船舶报告的观测结果的组合。没有调整月光和无月条件或冰晶云纳入。结果给出了所有类型的云所覆盖的天球的百分比(总云量)和仅低云量。在冬季的几个月里，通常有大约60%的总云量，大约45-50%的低云量。夏季相应值约为80%和70%。因此，每年的周期主要是由低水平的(层云)．注意北冰洋中部云量在5月至6月间突然增加，而在10月至11月间突然下降。图2.22的结果与其他研究的结果大致一致。
关于北极夏季地层的研究已经有相当多的工作。Herman和Goody(1976)将夏季层的形成想象为一个气团的改变过程，在这个过程中，来自大陆的相对温暖和潮湿的空气在最初不饱和的气团中移动到海冰上，并由于辐射和扩散冷却到较冷的表面和长波发射到太空而凝结。一旦云变得足够厚，以至于云顶辐射冷却变大，就会产生湍流动能，垂直混合发生，由于绝热冷却而产生更多的凝结。Curry et al.(1988)的后续研究支持了这一基本观点。春季云量的增加发生在大面积表面融化开始之前(Barry et al.， 1987)，这意味着浮冰表面的蒸发并不重要。观察到的持久性的层云从有效耗散过程(例如，降水、辐射加热、对流加热、天气活动)的缓慢程度来看。Curry等人(1996)已经提出了几种机制来解释所观察到的多层结构。
正如Beesley和Moritz(1999)所指出的，北冰洋中部的水汽通量在5月至6月间辐合有一个相当急剧的上升(Walsh et al.， 1994;Serreze等人，1995a;Cullather et al.， 2000)。这种增加比北极地层数量在春季急剧上升早了大约一个月，因此对Herman和Goody(1976)的解释提出了质疑。根据辐射-湍流柱模型的结果，Beesley和Moritz(1999)认为，大气冰的形成依赖于温度，在低层的季节性中起着更主要的作用。简而言之，当温度低于冰点时，冰的饱和蒸汽压比液态水的饱和蒸汽压要低，因此冰颗粒的增长是以液体冷凝为代价的。冰晶的浓度比CCN小。因此，给定质量的冻结凝析液分布在数量较少的较大核中，当环境对冰过饱和时，这些核迅速增长到可沉淀的尺寸，不利于层的发展。正如Beesley和Moritz(1999)所讨论的，这可以被视为寒冷季节层的“先发制人的消散”，因为这一过程可以防止干净空气的湿度相对于液态水达到饱和。这一观点得到了对冬季冰晶降水的大量观测的支持。 During summer, when temperatures are higher, the ice-crystal scavenging processes are less effective and stratus is more likely to form and persist.
图2.23提供了相应的coads推导的北冰洋大西洋区云量的年平均周期，该区域位于北纬60°至65°之间，东经40°至40°之间。注意，与中央相比
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月
图2.23基于1995年COADS数据的北冰洋大西洋段年平均云量周期(总云和低云，%)(作者)。
总的云量和低云量都缺乏季节性，分别徘徊在85%和75%左右。这表明该地区所有月份都有频繁的天气活动(见第4章)，而且强度相当高大气湿度和温度。
当然，卫星数据的优势在于常规的全北极覆盖。图2.24提供了基于APP-x数据集的四个月中云量(%)的平均场，认为比ISCCP-D有所改善。这些字段是1982年到1999年的平均值。综上所述:(1)北极大部分地区一年四季都有相当广泛的云层覆盖;(2)在格陵兰岛中部发现的数量较少，因为冰盖延伸到对流层水汽之上;(3)根据地面COADS观测，大西洋扇区的云量在所有月份都特别广泛。
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