1 研究背景：
大气状况通常被简单地划分为"有云"与"晴空"两类，然而在这两者之间，实际存在一个光学性质渐变的过渡区域——云-晴空过渡带（Cloud-Clear sky Transition Zone，CCTZ）。这一区域的物理成因复杂，可能源于云体侧向三维辐射效应、气溶胶在近云湿润环境下的吸湿增长、云处理气溶胶以及仪器难以探测的碎云或亚像元云等多种过程的共同作用。传统"非云即晴"的二元化分类忽视了这一过渡带，会给气溶胶光学厚度、温室气体浓度、海面温度等关键参数的反演带来系统性偏差，并显著放大云辐射效应和气溶胶辐射强迫估算中的不确定性，成为准确评估气候系统辐射收支的关键科学难题。
目前，CCTZ识别及其辐射效应研究仍存在明显局限：地面观测时空覆盖有限、成本高昂；星载激光雷达呈条带状采样、重访周期长；基于卫星云顶反射率的识别方法受陆地强反射背景污染，难以实现全球陆地与海洋的统一探测；同时，多数研究集中于海洋低云，缺乏对云类型差异的考量，短波辐射分量（直接辐射与散射辐射）的精细分析更是不足。
基于此，研究团队发展了一种适用于陆地与海洋的全球CCTZ识别方法，降低了地表反射干扰对近云大气信号刻画的限制；并结合云类型划分，系统量化了不同云型对过渡带特征及其短波辐射效应的调制作用。
图1全球海洋与陆地AIR及TOA反射率随距最近云距离（DFNC）的变化
2 研究结果
2.1 CCTZ的全球识别
基于AIR随距最近云距离（DFNC）的函数关系，研究团队将远场晴空（25–30 km）处AIR变化率（约0.01 km⁻¹）作为背景参考值，将AIR曲线斜率首次下降至该水平并趋于稳定的位置定义为CCTZ外边界。结果显示，全球（60°S–60°N）范围内CCTZ的统计边界位于距云约5 km处。相较于传统TOA反射率指标，AIR在陆地上的曲线更为平滑稳定，有效滤除了地表异质性噪声，验证了其在陆地上应用的优越性。按晴空样本中DFNC≤5 km的比例"统计，CCTZ在全球"无云"区域的出现频率约为25%，且存在显著的海陆与纬度差异：陆地上频率高达约34%，明显高于海洋的约21%；低纬带频率系统性地高于中纬度。这主要源于陆地云场高度破碎、晴空像素很少远离云，而海洋云系更为连续均一；陆地丰富的吸湿性气溶胶和活跃的对流云生命周期也强化了过渡态的光学与微物理特征。区域案例研究进一步显示，非洲东岸研究区内CCTZ覆盖了晴空范围的61.67%，与长波CCTZ研究中约60%的高覆盖率相互印证，支持云边缘约5 km作为过渡带典型空间尺度的普适性。
图2非洲东岸案例的DFNC、云类型、AOD、AIR、直接辐射与散射辐射空间分布
2.2 云类型调制下的CCTZ特征
研究对满足严格云掩膜检验的"无云"像素进行分类后发现：卷云（Ci）在陆地和海洋样本中占比最高，分别达48.31%和52.08%，这与其光学薄的属性及卷云边缘本身即属于过渡带有关；其次是Sc-St（陆12.10%、海10.22%）与多层云Ci-Ac-As，而积云（Cu）占比最低（陆地仅1.73%）。从AIR–DFNC关系看，各云型均呈现随DFNC增大而衰减的总体趋势，主衰减过程在0–5 km内完成，且在约2.5 km以内部分云型存在先增强的特征，这与云三维侧向散射效应的典型范围一致。依据衰减形态，云型可分为两类：Ci、Cb、Ns及Ci-Ac-As表现为先增后降，而Sc-St、As-Ac、Cu则呈波动式下降。对于衰减曲线平滑、样本充足的云型（如Ci、Cb），可在4–5 km处识别出清晰的拐点；而波动型云型则无法给出单一稳定的过渡带边界，凸显了这类云的物理复杂性，也表明简单的过渡带参数化不足以表征所有大气状况。
图3海陆云型频率分布与分云型的AIR–DFNC曲线
2.3 CCTZ的短波辐射效应
研究光谱范围中，发现CCTZ内总辐射随DFNC增加而上升，主要由散射辐射（DIF）驱动——DIF在近云约2.5 km处达到峰值后衰减，5 km以外辐射场趋于稳定。与"纯晴空"相比，CCTZ内DIF平均增强约16.3%（约147 W·m⁻⟡ 对 117 W·m⁻⟡），而直接辐射（DIR）仅减弱约0.8%，表明CCTZ不仅是辐射在分量间的重新分配，更是净辐射增强的来源。分云型来看，短波辐射响应可归为三种机制：先增后减型（Sc-St、Ci：DIR在约2.5 km处达峰，DIF在约1.5 km处达峰，与薄云高透光性和侧向散射的空间变化有关）、波动型（As-Ac、Cu、Cb：复杂三维结构和微物理非均匀性导致DIR剧烈波动）、稳定型（Ns、Ci-Ac-As：冰晶强前向散射与高层云水平均一性使DIR先波动后平稳上升）。海陆对比案例显示，海洋Cu的CCTZ使DIF增加13.9%、DIR减少4.8%，陆地Ci的CCTZ使DIF增加10.2%、DIR减少4.7%，说明CCTZ辐射效应强烈依赖于邻近云型与下垫面性质。
图4海洋积云与陆地卷云CCTZ短波效应示意图
3 研究结论
本研究主要结论如下：1、CCTZ具有全球一致但受云型调制的空间尺度：统计边界位于距云约5 km处，其在"无云"区域的出现频率陆地（约34%）显著高于海洋（约21%）。
2、卷云主导过渡带样本，不同云型的AIR衰减形态可分为先增后降与波动下降两类，对波动型云型无法用单一阈值刻画边界，揭示了过渡带表征的复杂性。
3、CCTZ显著调制地表短波辐射：相比纯晴空，全球平均散射辐射增强约16.3%，直接辐射减弱约0.8%，且呈三种云型依赖的响应机制。
传统云或无云二元分类简化了大气实际连续状态，给辐射模拟带来显著不确定性。未来需结合垂直廓线观测与三维辐射传输模式，发展更精细的过渡带参数化方案，以减少气候系统中的辐射收支估算不确定性。
发文信息：
Yu, X., Lang, Q., Wang, L., Zhang, M., Jin, S., Gu, X., et al. (2026). Identification of the global cloud-clear sky transition zone and its shortwave radiation effects. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 131, e2025JD045352. https://doi.org/10.1029/2025JD045352
