華山云海的時(shí)間變化及其氣象條件分析

喬舒婷，達(dá) 勇，曹慧萍

(1.華山氣象站，陜西華陰 714200；2.陜西省氣象服務(wù)中心，西安 710014)

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華山云海的時(shí)間變化及其氣象條件分析

喬舒婷1，達(dá) 勇1，曹慧萍2

(1.華山氣象站，陜西華陰 714200；2.陜西省氣象服務(wù)中心，西安 710014)

根據(jù)華山氣象站1981—2010年30 a高山氣象觀測(cè)資料，分析華山云海的時(shí)間變化特征及其與氣象條件的關(guān)系。發(fā)現(xiàn)華山年云海日呈波動(dòng)減少趨勢(shì)，年平均云海日為32.97 d，最多71 d，最少8 d。云海出現(xiàn)頻次春季最少，秋季最多；云頂高度冬季最高，秋季最低；云海的云狀以層積云為主，夏季多淡積云、碎積云。一天中云海出現(xiàn)頻次以14時(shí)最多。當(dāng)日或前一日出現(xiàn)降水時(shí), 云海出現(xiàn)的概率較大；相對(duì)濕度大、風(fēng)速較小(一般小于4.5 m/s)、風(fēng)向?yàn)槟衔髂现廖黠L(fēng)和偏東風(fēng)時(shí)易出現(xiàn)云海。

華山；云海；時(shí)間變化；氣象條件

華山為我國(guó)著名的五岳之一——西岳，位于陜西省關(guān)中平原東部華陰市內(nèi)，是國(guó)務(wù)院首批頒布的國(guó)家重點(diǎn)風(fēng)景名勝區(qū),2010年被國(guó)家旅游局評(píng)為5A級(jí)旅游景區(qū)。因山上氣候多變，常形成“云華山”,給人以仙境美感[1]。華山雖游客流量大，氣象要素多變，但學(xué)者對(duì)華山的景觀氣候分析研究甚少。而云海作為山體特有的旅游氣候資源，由于數(shù)據(jù)資料所限，研究亦較少。吳有訓(xùn)等人[2]對(duì)黃山云海的分析中指出，連續(xù)性云海的出現(xiàn)與大氣環(huán)流形勢(shì)及物理量的時(shí)間演變有關(guān)。單權(quán)[3]在雁蕩山云海時(shí)空變化的研究中指出，雁蕩山云海年際、年內(nèi)差異均顯著，且秋季最少，春季最多。本文利用1981—2010年華山氣象站30 a高山氣象觀測(cè)資料對(duì)華山云海進(jìn)行分析,為華山旅游氣候資源開(kāi)發(fā)及云海的預(yù)報(bào)提供理論依據(jù)。

1 云海觀測(cè)資料

利用1981—2010年華山氣象站30 a的氣象觀測(cè)資料，分析華山云海的時(shí)間變化特征及其與氣象條件如濕度、降水、風(fēng)向風(fēng)速等的關(guān)系。華山氣象站位于北緯34°29′，東經(jīng)110°05′，海拔2 064.9 m的華山西峰頂。以西峰觀測(cè)場(chǎng)為觀測(cè)點(diǎn)，在每日4次定時(shí)(02、08、14、20時(shí))人工常規(guī)氣象觀測(cè)的同時(shí)，對(duì)云頂?shù)陀跍y(cè)站的云，記錄其云狀、面積、云頂距測(cè)站高度等。當(dāng)4次觀測(cè)中任一時(shí)次出現(xiàn)云海則記為一次云海。一天4個(gè)時(shí)次中至少一個(gè)時(shí)次出現(xiàn)云海，則記為一個(gè)云海日。對(duì)觀測(cè)資料中云頂?shù)陀跍y(cè)站的微量及一成云，認(rèn)為其面積過(guò)小，不構(gòu)成云海。云海云頂高度均低于測(cè)站，屬低云族。

2 華山云海的時(shí)間變化特征

2.1 云海日的年際變化

利用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法分析華山云海日的年際變化，結(jié)果表明，華山年平均云海日為32.97 d，最多為71 d(1989年)，最少8 d(2008年)。其中20世紀(jì)80年代到90年代中期(1980—1985年、1987—1990年、1993—1994年和1996年)偏多，其他年份偏少(圖1)。華山云海日總體呈波動(dòng)中逐年減少趨勢(shì)，且年際差異顯著。這一變化趨勢(shì)與吳有訓(xùn)等人對(duì)黃山云海的年際分析結(jié)果一致[4]。華山云海日的年際變化與陜西、秦嶺地區(qū)低云量減少[5-6]有密切關(guān)系。

圖1 1981—2010年華山云海日的年際變化

2.2 云海出現(xiàn)頻次及云頂高度的月變化

利用華山站4次定時(shí)觀測(cè)的云海記錄來(lái)分析華山云海出現(xiàn)頻次和云海的云頂高度的月平均分布特征。華山云海1—10月出現(xiàn)頻次與云頂高度變化趨勢(shì)大致一致(如圖2)，均呈先升后降兩次波動(dòng)，10月后變化趨勢(shì)不同。云海出現(xiàn)頻次最多為11月(6.07次)，最少為5月(1.43次)。云海云頂高度3月最高(-260.00 m)，12月次之(-264.47 m)，最低為10月(-390.36 m)。

由表2可看出，華山云海春季出現(xiàn)頻次最少，平均為8.70次；秋季最多，為16.20次。這與華山所處的地理位置和氣候有關(guān)。春季華山所處的秦嶺北麓主要受西風(fēng)氣流控制,濕度小,降水少，當(dāng)西南暖濕氣流經(jīng)過(guò)秦嶺時(shí)，迎風(fēng)面被迫抬升形成降水，秦嶺北坡則形成干燥下沉氣流，不易形成云海。秋季華山所在區(qū)域陰雨較多,濕度大,風(fēng)速較小，云海出現(xiàn)頻次最多。云頂高度冬季最高，為-289.96 m；秋季最低，為-364.84 m。

圖2 1981—2010年華山云海頻次與云頂高度的月平均分布

季節(jié)春夏秋冬出現(xiàn)頻次/次8.7013.8016.209.33云頂高度/m-295.82-339.23-364.84-289.96

2.3 云海云狀頻次的月際變化

以華山站4次定時(shí)觀測(cè)有云海時(shí)的云狀記錄統(tǒng)計(jì)分析云狀的月平均分布特征。結(jié)果表明(表1)，云海出現(xiàn)時(shí)的云狀多為層積云(Sc)、淡積云(Cu hum)、碎積云(Fc)、碎雨云(Fn)。

表1 1981—2010年華山云海云狀出現(xiàn)頻次的月平均分布 次

層積云最多，年平均出現(xiàn)43.44次，出現(xiàn)頻率高達(dá)90.36%。出現(xiàn)最多的月份為11月(6.00次)，最少為5月(1.17次)。大氣層結(jié)在冬季較穩(wěn)定，層積云常形成于逆溫層下部[4]。層積云云頂形狀主要為云頂較平、波狀、起伏，少有突起和破碎，有連續(xù)性好、分布廣的特征，具有很強(qiáng)的視覺(jué)效果。

淡積云常單獨(dú)出現(xiàn)或多與碎積云相伴出現(xiàn)。淡積云和碎積云主要出現(xiàn)在5—10月，4月起呈增加趨勢(shì)，8月最多(1.37次)，9月起顯著減少。這與大氣對(duì)流運(yùn)動(dòng)隨季節(jié)的變化和地形抬升作用有關(guān)。

碎雨云主要出現(xiàn)在9月(0.17次)。出現(xiàn)當(dāng)天均有降水，因此主要在降水前后出現(xiàn)。出現(xiàn)次數(shù)偏少的原因是，多數(shù)情況下碎雨云在西峰索道中轉(zhuǎn)站高度附近，而西峰測(cè)站被高度更高的降水層云包圍，因此無(wú)法在觀測(cè)場(chǎng)單純觀測(cè)到此云狀。

碎層云(Fs)是由層云分裂而來(lái)或由霧抬升形成，山區(qū)早晚也可以直接生成[7]。由于云體破碎，多數(shù)情況下出現(xiàn)時(shí)僅有微量，不構(gòu)成云海，所以出現(xiàn)極少，歷史記錄僅有1次。

2.4 云海出現(xiàn)頻次的日變化

統(tǒng)計(jì)分析華山云海各時(shí)次的平均頻次(表3)發(fā)現(xiàn)，4次定時(shí)觀測(cè)均有云海出現(xiàn)，但14時(shí)出現(xiàn)頻次最多，占總數(shù)的32.64%；08時(shí)次之，占29.38%；20時(shí)占22.31%；02時(shí)最少,為15.66%，不到14時(shí)的一半。14時(shí)出現(xiàn)云海較多，原因是中午地面由于輻射加熱，暖空氣受地形抬升作用較強(qiáng)，更容易達(dá)到飽和凝結(jié)。夜間由于山風(fēng)的下沉作用，02時(shí)云海出現(xiàn)次數(shù)偏少。

表3 1981—2010年華山云海各時(shí)次平均頻次及頻率

3 影響華山云海的氣象條件

3.1 降水

降水為云海的出現(xiàn)提供了充足的水汽條件。對(duì)每個(gè)云海日當(dāng)日及前一日降水情況分析發(fā)現(xiàn)，75.05%的云海出現(xiàn)當(dāng)日有降水，77.07%的云海出現(xiàn)前一日有降水，兩日中任一日有降水出現(xiàn)云海的概率達(dá)90.30%。從表4可看出，全年兩日中任一日有降水出現(xiàn)云海的概率最低月份為11月(77.89%)，最高為1月和6月(達(dá)100%)。這表明華山云海的出現(xiàn)與降水顯著相關(guān)，云海出現(xiàn)時(shí)通常當(dāng)日或前一日有降水，兩日中任一日有降水出現(xiàn)云海的概率極大。

3.2 相對(duì)濕度

計(jì)算各月4次定時(shí)觀測(cè)有云海的正點(diǎn)相對(duì)濕度的平均值,并與月平均相對(duì)濕度對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，有云海時(shí)的平均相對(duì)濕度均顯著高于月平均相對(duì)濕度，兩者呈正相關(guān)(圖3)。有云海的月平均相對(duì)濕度為78.03%，最高為84.81%(6月)，最低為68.54%(1月)，大致呈現(xiàn)拋物線。隨著相對(duì)濕度的增大，云海出現(xiàn)的概率增加，但當(dāng)測(cè)站濕度進(jìn)一步增大時(shí)(大致界限為85%)云頂高度上升，水汽達(dá)到飽和開(kāi)始凝結(jié)，測(cè)站能見(jiàn)度降低影響云海的觀測(cè)，之后測(cè)站出現(xiàn)霧，景觀由“云華山”轉(zhuǎn)為“霧華山”。

表4 1981—2010年華山云海當(dāng)日或前一日有降水的概率 %

圖3 1981—2010年華山各月有云海的平均相對(duì)濕度與月平均相對(duì)濕度對(duì)比

3.3 風(fēng)向風(fēng)速

將各月4次定時(shí)觀測(cè)有云海時(shí)的正點(diǎn)兩分鐘平均風(fēng)速的平均值與相應(yīng)的月平均風(fēng)速對(duì)比分析(圖4)，有云海出現(xiàn)時(shí)的平均風(fēng)速總體較小(均小于4.5 m/s)。7—8月云海出現(xiàn)時(shí)風(fēng)速略大于平均值，而其他月份恰好相反?？傮w來(lái)說(shuō)，風(fēng)速較小有利于云海的維持；風(fēng)速增大，湍流垂直交換作用增強(qiáng)，上下層進(jìn)行熱量、動(dòng)量、水汽交換，使得云海難以形成或加速消散[4]。7—8月，由于太陽(yáng)輻射增強(qiáng)，云海的出現(xiàn)一定程度上阻擋了上下層熱量交換并反射太陽(yáng)輻射，導(dǎo)致云海上方空氣增溫明顯，對(duì)流作用增加，風(fēng)速偏大。由圖5可看出，華山云海出現(xiàn)時(shí)風(fēng)向主要為南西南至西風(fēng)(占36%)、東東北至東東南(占22%)及靜風(fēng)(占12%)，其中南西南風(fēng)向頻率最高，為18%(圖5)。華山氣象站海拔2 064.9 m，氣壓近似800 hPa。因此，700～850 hPa的南西南至西風(fēng)及偏東風(fēng)對(duì)于云海的出現(xiàn)具有明顯的指示意義。

圖4 1981—2010年華山各月有云海時(shí)平均風(fēng)速與月平均風(fēng)速對(duì)比

圖5 1981—2010年華山云海出現(xiàn)時(shí)風(fēng)向及其頻率(%)分布

4 應(yīng)用展望

到目前為止，對(duì)于云海尚未有系統(tǒng)、成熟的預(yù)報(bào)技術(shù)方法。高山站也僅對(duì)云海作時(shí)間、距測(cè)站高度、云狀、云量等觀測(cè)記錄，而云海是一種重要的旅游氣候資源，開(kāi)展云海預(yù)報(bào)來(lái)指導(dǎo)景觀旅游，會(huì)帶來(lái)較大的經(jīng)濟(jì)效益。后期可在以上統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上結(jié)合天氣形勢(shì)(如700～850 hPa的逆溫層[4]、受地面高壓控制[7]等)以及垂直速度、大氣穩(wěn)定度、水汽通量等物理量特征分析，研究預(yù)報(bào)方法，發(fā)布云海預(yù)報(bào)，開(kāi)展云海景觀氣象服務(wù)工作。

5 結(jié)論與討論

利用華山氣象站1981—2010年30 a高山氣象觀測(cè)資料，分析華山云海的時(shí)間變化及其與氣象條件的關(guān)系，得出以下結(jié)論。

(1)華山云海年際變化呈現(xiàn)波動(dòng)減少的趨勢(shì)，年平均云海日為32.97 d，最多為71 d(1989年)，最少為8 d(2008年)。

(2)云海出現(xiàn)頻次春季最少，秋季最多；云頂高度冬季最高，秋季最低；云海云狀常年以層積云為主，夏季淡積云、碎積云增加。一天中云海出現(xiàn)頻次以14時(shí)最多。

(3)華山云海的出現(xiàn)與降水情況顯著相關(guān)，通常云海出現(xiàn)的當(dāng)日或前一日有降水，兩日中任一日發(fā)生降水出現(xiàn)云海的概率極大。

(4)云海大多出現(xiàn)在相對(duì)濕度較大的條件下，但當(dāng)測(cè)站濕度進(jìn)一步增大時(shí)(大致界限為85%)云頂高度上升，水汽達(dá)到飽和并凝結(jié)，測(cè)站出現(xiàn)霧，景觀由“云華山”轉(zhuǎn)為“霧華山”。

(5)云海出現(xiàn)時(shí)的平均風(fēng)速總體較小(一般小于4.5 m/s)，風(fēng)向以南西南至西風(fēng)和偏東風(fēng)為主。

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1006-4354(2016)06-0027-04

2015-12-30

喬舒婷(1991—)，女，漢族，陜西渭南人，學(xué)士，助理工程師，從事氣象綜合業(yè)務(wù)。

陜西省氣象局科技創(chuàng)新基金計(jì)劃項(xiàng)目(2015M-49)

P468.027

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