黃河上游瑪曲地區(qū)1971—2010年云量的變化特征

吉哲君，王麗娜，李國軍，寧和平

（甘肅省甘南藏族自治州氣象局，甘肅 合作 747000）

黃河上游瑪曲地區(qū)1971—2010年云量的變化特征

吉哲君，王麗娜，李國軍，寧和平

（甘肅省甘南藏族自治州氣象局，甘肅 合作 747000）

利用瑪曲國家基本氣象觀測站1971—2010年的總云量、低云量等觀測數(shù)據(jù)，用線性趨勢分析、小波分析等方法對瑪曲地區(qū)近40 a總云量、低云量的月、季、年際、年代際變化和周期性變化特征進行分析。研究表明，近40 a來，平均總云量距平在-0.1%～0.1%之間，保持了很好的穩(wěn)定性，平均低云量以4.0%/10 a的速率遞增；春、夏、秋季低云量呈現(xiàn)出不同程度的增多趨勢，夏季增加趨勢非常明顯達7.3%/10 a。平均總云量周期變化不明顯，平均低云量有明顯的6～7 a的周期?，斍貐^(qū)在總云量保持穩(wěn)定的情況下低云量不斷增多，夏季低云量的增多趨勢非常明顯，且積雨云的增多是主要特征，是對瑪曲草原氣候變化的一種響應機制，反映出在氣候變暖的大背景下，瑪曲草原對流性天氣活動頻繁。

瑪曲地區(qū)；云量；變化趨勢；氣候變化；響應

云是調(diào)節(jié)輻射平衡和水汽循環(huán)的重要因子，其形成與特性是地表與大氣各種動力、熱力過程共同作用的結果，在地氣系統(tǒng)中有重要地位[1]。云的生成和變化，不僅受全球氣候變化的影響，同時也與其他氣候因子的變化息息相關。因此，了解云的分布與變化，將有助于對氣候變化的認識更深入。云量，是指云遮蔽天空視野的成數(shù)，云量觀測包括總云量、低云量。總云量是指觀測時天空被所有的云遮蔽的總成數(shù)，低云量是指天空被低云族的云所遮蔽的成數(shù)。

近20 a來隨著氣候變化及衛(wèi)星遙感技術研究的開展，許多學者從不同角度對云量變化進行了大量的研究。丁守國等[2]利用ISCCP月平均云氣候資料集的總云量資料，采用趨勢分析法得到近20 a來全球總云量的變化趨勢，并分析了云量變化的可能原因；陳楠等[3]分析了近40 a寧夏年平均氣溫波動與云量的關系，表明不同區(qū)域和不同季節(jié)總云量和低云量與氣溫降水量的相關系數(shù)有明顯差異；陳少勇等[4-5]分析了40 a來祁連山區(qū)低云量與氣溫變化及大氣環(huán)流的關系，指出云量變化與氣溫變化存在一定的對應關系，并對影響云量的因子進行了分析；趙紅巖等[6]對甘肅省1961—1995年平均總云量資料進行了分析研究，發(fā)現(xiàn)年平均總云量變化趨勢是在波動中逐漸減少，云量變化具有7 a周期。平均總云量變化在空間上具有很好的一致性；姚小英等[7]對天水市近60 a來云量變化特征進行了研究，并分析了與其他氣候因子的關系；趙勇等[8]利用天山地區(qū)24站云量的逐日資料，分析天山地區(qū)云量的時空變化特征及其與降水的關系；陶林科等[9]利用寧夏全區(qū)25個氣象站觀測到的層狀云，結合天氣形勢、降水實況進行了綜合分析。云量的研究正在逐步深入。

瑪曲縣位于甘肅省甘南藏族自治州西南部，地處青藏高原東端，甘、青、川三省結合部，九曲黃河之首曲，東北與本省碌曲縣相連，東南與四川省阿壩藏族羌族自治州的若爾蓋縣、阿壩縣為鄰，西南、西北與青海省久治縣、甘德縣、瑪沁縣毗鄰，北接青海省河南蒙古族自治縣?，斍h是甘南藏族自治州主要牧區(qū)之一，也是黃河上游重要的水源補給區(qū)[10]。云的致雨及變化規(guī)律不但對當?shù)亟邓绊戄^大，也關系其它氣候因子的變化及對未來空中云水資源的利用，有比較重大的現(xiàn)實意義[11]。本文通過對瑪曲地區(qū)近40 a云量的變化特征分析，以期為黃河上游重要水源補給區(qū)氣候變化和瑪曲地區(qū)空中云水資源利用提供參考。

1 研究資料與方法

本文利用瑪曲縣國家基本氣象觀測站1971—2010年逐日總云量、低云量、氣溫、降水、蒸發(fā)量、雷暴資料，選取總、低云量為研究對象，建立了40 a平均總、低云量資料序列，并以3—5月為春季，6—8月為夏季，9—11月為秋季，當年12月和次年1—2月為冬季，求其月、季節(jié)平均值和年距平值，分析其在不同月、季節(jié)、年和年代的變化特征，并采用最小二乘估計對近40 a瑪曲平均總、低云量變化趨勢進行線性傾向分析，然后用Morlet小波[12]分析不同時段的變化周期，最后采用相關系數(shù)法分析了夏季低云量的變化與其他氣候因子的關系。

2 分析與結果

2.1 瑪曲地區(qū)云量的年變化特征

瑪曲地區(qū)平均總云量和低云量具有明顯的年變化特征?？?、低云量隨月份均呈比較明顯的二次函數(shù)變化（圖1），總云量年變化的擬合二次方程為：C= 3.222 7+1.484 1X-0.125X2（C：月平均總云量；X：月份；R2=0.917；P<0.001）；低云量年變化的擬合二次方程為：C1=-1.675 0+1.936 9X-0.146 3X2（C1：月平均低云量；X：月份；R2=0.914；P<0.001）。6月為平均總云量和低云量最多月，12月為最少月，5月為總云量次多月，7月為低云量次多月。

圖1 瑪曲各月平均總、低云量的變化趨勢

圖2 1971—2010年瑪曲云量的季節(jié)變化

總、低云量在各個季節(jié)差異較大（圖2），冬季總云量較少，低云量占總云量的49.9%，夏季以低云量為主，占總云量的68.7%，春、秋季高云與低云的量級分布基本相當，低云量分別占總云量的45%和53.8%。1951—2010年逐年各季節(jié)平均總云量和年平均總云量的變化基本一致，比較穩(wěn)定。除冬季外，1971—2010年其他各季節(jié)的低云量都隨時間呈增加之勢，其中夏季低云量隨時間線性增加趨勢最大，為0.73成/10 a（R2=0.713；P<0.001），其次為秋季和春季，線性增加趨勢分別為0.49成/10 a（R2=0.494；P<0.001）和0.38成/10 a（R2=0.417；P<0.001）。

2.2 瑪曲地區(qū)云量的年際變化特征

瑪曲地區(qū)1971—2010年平均總云量和平均低云量的距平變化分析結果顯示（圖3），1971年以來，年平均總云量變化不大，平均為61%，穩(wěn)定性較好，而年平均低云量變化較大，呈明顯的線性增加趨勢，其氣候傾向率為0.4%/10 a（R=0.813；P<0.001）。低云量平均占總云量的50.3%。

近40 a來，平均總云量穩(wěn)定性較好（圖3a），其主要特征為：總云量在平均值上下波動較小，其中1971—1976年和1988—1996年以正距平為主，1977—1987年和1997—2004年以負距平為主。平均低云量在1971—1985年以負距平為主，之后為連續(xù)的正距平，1978—1988年和2002—2009年這兩個階段增多趨勢最為顯著（圖3b）。

圖3 1971—2010年平均總云量（a）、低云量（b）的距平變化趨勢

2.3 瑪曲地區(qū)云量的年代際變化

瑪曲地區(qū)年平均總、低云量的年代際變化分析結果（表1）顯示，1971年來，平均總云量距平均在-0.1%～0.1%之間，保持了很好的穩(wěn)定性。而平均低云量在1971—1980年為負距平，1981年之后均為正距平。20世紀70年代平均低云量最少，較多年平均值偏低0.816%，80年代較多年平均值偏高0.12%，比70年代上升0.936%，增幅非常明顯，90年代比80年代略有上升，升幅為0.09%，2001—2010年達到最多，比20世紀90年代上升0.27%，較常年平均偏高0.48%，增幅較明顯，到2009年達最高值。

表1 1971—2010年瑪曲地區(qū)各年代平均總、低云量距平

2.4 瑪曲地區(qū)云量變化的時間序列周期

應用小波分析法對1971—2010年瑪曲年平均總云量，年平均低云量分別進行分析，年平均總云量的周期表現(xiàn)不明顯，而年平均低云量呈現(xiàn)出一定的周期變化（圖4）。從圖4可見，在5～10 a尺度上，平均低云量周期震蕩明顯，表現(xiàn)出了多個高低值交替震蕩，其周期的變化主要特征表現(xiàn)在1975—1985年和1999—2008年，6～7 a周期非常明顯。

圖4 1971—2010年瑪曲年平均低云量的Morlet小波分析

2.5 云量變化的原因及影響因子分析

2.5.1 環(huán)流年際變化對瑪曲云量的影響

張強[13]通過對環(huán)流的年際變化研究，指出20世紀80、90年代冬季西風環(huán)流和南風強于60、70年代，夏季出現(xiàn)南風異常。王寶鑒等[14]通過對西北地區(qū)水汽的變化研究，指出低層南風的增強有利于南海及孟加拉灣的水汽向北輸送，有利于西北地區(qū)致雨。因此，瑪曲地區(qū)低云量的持續(xù)逐年增多，可以看作是對環(huán)流年際變化的一種響應。

2.5.2 瑪曲地區(qū)夏季低云量的變化與其他氣候因子的關系

為深入分析瑪曲地區(qū)低云量變化的主要影響因子，應用相關分析法計算了瑪曲地區(qū)夏季平均低云量與夏季平均氣溫、夏季降水日數(shù)、夏季蒸發(fā)量和夏季雷暴日數(shù)的相關系數(shù)（表2），從表中可以看出，瑪曲地區(qū)夏季平均低云量與夏季平均氣溫、降水日數(shù)、蒸發(fā)量和雷暴日數(shù)呈現(xiàn)出明顯的正相關?？梢婋S著氣候變暖，瑪曲地區(qū)地表溫度的逐年升高[15]，蒸發(fā)量的逐年增多[16]，特別是夏季蒸發(fā)量的增大對瑪曲地區(qū)上空形成對流性積雨云提供了好的水汽條件，導致瑪曲出現(xiàn)雷暴等對流性天氣的頻率增加?，斍貐^(qū)低云量的逐年增多，特別是夏秋季增多趨勢更為明顯，其實也是對氣候變暖的一種響應。

表2 瑪曲夏季低云量與氣候因子的相關系數(shù)

3 結論

（1）甘南瑪曲地區(qū)平均總云量和平均低云量年內(nèi)呈明顯的二次函數(shù)變化特征，6月為平均總云量和低云量最多月，12月為最少月。

（2）近40 a來，瑪曲地區(qū)平均總云量穩(wěn)定性較好，平均低云量以4.0%/10 a的速率遞增，除冬季外，各季節(jié)低云量呈現(xiàn)出不同程度的增多趨勢，尤其是夏季增加趨勢非常明顯，達7.3%/10 a，其次是秋季和春季，分別以0.49成/10 a和0.38成/10 a的速率增加。

（3）年代際變化分析結果表明，瑪曲地區(qū)平均總云量距平均在-0.1%～0.1%之間，保持了很好的穩(wěn)定性。而平均低云量在1971—1980年為負距平，1981年之后均為正距平。其中20世紀80年代低云量的增多趨勢最為明顯。

（4）年平均總云量的周期表現(xiàn)不明顯，平均低云量在1975—1985年和1999—2008年，表現(xiàn)出明顯的6～7 a的周期。

（5）瑪曲地區(qū)低云量的持續(xù)逐年增多，既有環(huán)流年際變化的因素，也與氣候變暖的背景有很大關系?，斍貐^(qū)在總云量保持穩(wěn)定的情況下低云量不斷增多，是瑪曲草原對氣候變化的一種響應，特別是夏季低云量的增多趨勢非常明顯，大部分是積雨云的增多，說明瑪曲草原在氣候變暖的大背景下，下墊面的蒸散能力增強[17]，對流性天氣的出現(xiàn)頻率呈逐漸增加趨勢。

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Analysis on Changes of Cloud Coverage in the Maqu Area of the Upper Reaches of Yellow River in the Recent 40 Years

JI Zhejun，Wang Lina，LI Guojun，NING Heping
（Gannan Meteorological Bureau，Hezuo 747000，China）

Using the data of total cloud coverage and low cloud coverage from the national basic meteorological stations in Maqu during 1971-2010,with a linear trend analysis and wavelet analysis methods,characteristics of monthly,quarterly,annual,inter-decadal and peridical change of the total cloud coverage and low cloud in recent 40 years were analyzed.The studies have shown that over the past 40 years,the average total cloud amount anomaly is between-0.1%～0.1%, maintaining a good stability,the average low cloud coverage increases at the rate of 4.0%/10 a;low cloud coverage in spring,summer and autumn show varying degrees of increase trends,obviously up to 7.3%/10 a in the summer;the periodic changes of mean total cloud coverage are not obvious;the average cycle of low cloud coverage is clear which is 6～7 a;in the Maqu region the total cloud amount remains stable increasing while the low cloud coverage increases,particularly during the summer with the main feature,the cumulonimbus clouds,indicating a response mechanism of climate change which reflected the convective weather occurs frequently in the context of climate warming in the Maqu grassland.

Maqu area of Gannan；cloud cover;trend；climate change；respond

P426.53

B

1002-0799（2014）05-0029-05

10.3969/j.issn.1002-0799.2014.05.005

2014-03-11；

2014-04-17

甘南藏族自治州氣象局2014年科技創(chuàng)新驅(qū)動項目“甘南州溫度精細化預報”資助。

吉哲君（1984-），男（藏族），工程師，主要從事中短期天氣氣候預測工作。E-mail：jizhejun5755@163.com

吉哲君，王麗娜，李國軍，等.黃河上游瑪曲地區(qū)1971—2010年云量的變化特征[J].沙漠與綠洲氣象，2014,8（5）：29-33.