福清市云量與福州探空層溫度露點差關系研究

摘 要：利用2001—2011年福清測站人工觀測的云量和福州探空層的溫度露點差，采用統(tǒng)計方法，分析云量和各探空層溫度露點差關系。結(jié)果表明：隨著云量增加，探空層溫度露點差呈減少趨勢，溫度露點差平均值925 hPa從9.7 ℃（20：00）降到2.5 ℃（08：00），500 hPa從25.1 ℃（08：00）降到13.8 ℃（08：00）；低云量則是925 hPa從8.6 ℃（20：00）降到1.8 ℃（08：00），500 hPa從22.4 ℃（08：00）降到13.0 ℃（08：00）。在信度5%情況下，總云量和低云量與溫度露點差均能通過相關系數(shù)顯著性檢驗。

關鍵詞：云量；探空層；溫度露點差；福清市

中圖分類號：P412 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）09–0-03

云量是氣象景觀選址、天文觀測站選址、市民觀星、觀云海和日出日落觀賞的重要考慮因子，云量數(shù)據(jù)的來源有人工觀測、固定相機（全天空成像儀）、衛(wèi)星云圖反演和數(shù)值試驗方案計算等途徑[1-3]。其中，人工觀測數(shù)據(jù)最為可靠[4-5]。但從2014年起取消了云量和云高的人工觀測，這給云量和云高預報和驗證帶來一定困難。然而，觀星、日出日落的觀賞等旅游氣象景觀多與云霧生消有關，而云霧生消與空氣中水汽飽和度關系密切，空氣中水汽飽和度（相對濕度）與溫度露點差關系密切，而空氣中水汽飽和度決定了天空中云量的多寡，即水汽飽和度越大，云量越多；水汽飽和度越小，云量越少。因此，分析垂直層（925、850、700和500 hPa）溫度露點差就可以知道天空云量的多寡。對此，利用福州探空層溫度露點差、福清總云量和低云量資料分析其關系，并將相關閾值應用于觀星氣象條件等級的預報服務，為云量預報和驗證提供思路。

1 資料與方法

探空資料高度層中925、850、700和500 hPa的平均海拔高度分別為850、1 500、3 000和5 500 m，這可以作為觀星和日出日落觀賞選擇點山高的參考高度。福清縣的南湖山高度816 m，接近925 hPa層平均海拔高度。由于福建全省探空站只有3個，而福州探空站離福清最近，因此選用福州探空資料。

云量和探空資料分別為2001—2011年福清縣地面人工觀測的云量（總云量和低云量）和福州探空的925、850、700和500 hPa溫度露點差資料。其中，云量采用地面觀測簡表中每日20：00—翌日20：00的資料，探空資料從每日08：00和20：00的MICAPS格式中提取，每日云量與每日08：00和20：00的探空資料分別組成數(shù)據(jù)系列，若其中有任何一項數(shù)據(jù)缺測，則剔除這一天的數(shù)據(jù)。

天空狀況按《天氣預報基本術語》（GB/T 35663—2017）分為晴、少云、多云和陰，對應的總云量分別為0～2成、3～5成、6～8成和9～10成。先統(tǒng)計逐成總云量和低云量與各層溫度露點差平均值的關系，然后采用國標分法統(tǒng)計天空總云量與各探空層溫度露點差平均值的關系，由于國標只給出一個范圍，為精確統(tǒng)計需要，此處嚴格區(qū)分了總云量（TC），即0≤TC≤2成（晴天）；2成＜TC≤5成（少云）；5成＜C≤8成（多云）；8＜TC≤10成（陰天）。

探空層溫度露點差平均值采用加權平均計算，相關系數(shù)的計算和檢驗按下式進行[6]。

γxy=（1）

式（1）中，Kxy=xi yi-x y，σx=，σy=，x為x樣本平均值，y為樣本平均值。在給定檢驗水平α可得到相關系數(shù)γxy臨界值γα，當γxy＞γα時，認為兩者存在相關性，反之，不存在相關性。

2 福清云量與探空層溫度露點差的變化關系分析

2.1 逐成總云量探空層溫度露點差的變化關系

各成總云量（TC）與08：00和20：00的925、850、700和500 hPa等層次的平均溫度露點差的關系如圖1，可見總云量與各探空層溫度露點差存在反趨勢，即云量增加，溫度露點差減小。其中，925 hPa遞減率最不明顯，為-0.427 9；700 hPa遞減率最明顯，達-1.630 9。

低層（925 hPa）平均值比高層（500 hPa）平均值小，越往高層平均值越大，說明越高水汽含量越少。08：00的925 hPa從7.7 ℃降到2.5 ℃，850 hPa從15.9 ℃降到2.8 ℃，700 hPa從23.1 ℃降到5.7 ℃，500 hPa從25.1 ℃降到13.8 ℃；20：00的925 hPa從9.4℃降到2.6 ℃；850 hPa從12.4 ℃降到2.9 ℃，700 hPa從23.3 ℃降到5.6 ℃，500 hPa從24.7 ℃降到14.0 ℃。

從表1可知，TC＞9成占比達39.3%以上，為最多；其次為TC≤1成，占比在10.5%以上；最少是1成＜TC≤2成，約4.2%。逐成總云量與各層出現(xiàn)次數(shù)呈起伏趨勢。

2.2 逐成低云量探空層溫度露點差的變化關系

逐成低云量（LC）與各層平均溫度露點差關系與逐成總云量情況基本相似（表2），但溫度露點差平均值更小，08：00的925 hPa從7.1 ℃降到1.8 ℃，500 hPa從22.4 ℃降到13.0 ℃。

逐成低云量與各層所占百分比與逐成總云量情況有所不同（表3），LC≤1成占21.6%左右，為最多；其次為LC＞9成，占比在18.9%以上；最少是7成＜LC≤8成，為5.4%左右。逐成總云量與各層出現(xiàn)次數(shù)也呈起伏趨勢。

2.3 國標分法的天空總云量與探空層溫度露點差關系

國標的總云量分法所呈現(xiàn)的層次感和溫度露點差的遞減趨勢更明顯，08：00的925 hPa由7.2 ℃減少到2.7 ℃；500 hPa由24.2 ℃減少到13.9 ℃，垂直上由7.2 ℃增加到24.2 ℃；20：00的925 hPa由8.7 ℃減少到2.8 ℃；500 hPa由23.9 ℃減少到14.1 ℃，垂直上由8.7 ℃增加到23.9 ℃（表4）。

國標的總云量分法與各層出現(xiàn)的次數(shù)所占百分比看，陰天占比最多，達46.6%以上；其次為多云，占比在19.8%左右；最少是晴天，約14.7%。隨著總云量增多，其所占百分比也增多（表5）。

3 相關系數(shù)顯著性檢驗

信度（a）為5%時，相關系數(shù)（Ra）為0.06，樣本數(shù)（N）為4 001個。據(jù)表6所示，總云量和低云量與各層溫度露點差的兩個時次都通過相關系數(shù)顯著性檢驗，且總云量和低云量與各層溫度露點差均呈負相關關系。

4 結(jié)束語

（1）福州探空層的溫度露點差平均值從低層到高層呈增大趨勢。

（2）福清總云量和低云量與福州探空層的溫度露點差有明顯的相反趨勢關系。在信度5%時，總云量和低云量與溫度露點差均能通過相關系數(shù)顯著性檢驗。

（3）福清附近少云天氣平均天數(shù)占比約為1/3。

參考文獻

[1] 周文君，牛生杰，許瀟鋒.全天空成像儀云量計算方法的改進[J].大氣科學學報，2014，37（3）：289-296.

[2] 溫強，陶法，劉達新，等.ASC200型地基雙波段全天空云量自動觀測儀云量比對分析[J].氣象科技，2022，50（2）：161-170.

[3] 李帥，陳勇航，侯小剛，等.FY-2F云量產(chǎn)品在新疆區(qū)域的評估及檢驗[J].干旱區(qū)研究.2021，38（4）：1031-1039.

[4] 王可麗，江灝，陳世強.青藏高原地區(qū)的總云量地面觀測、衛(wèi)星反演和同化資料的對比分析[J].高原氣象，2001，20 （3）：252-257.

[5] 鄭曉輝，徐國強，魏榮慶.GRAPES新云量計算方案的引進和影響試驗[J].氣象，2013，39（1）：57-66.

[6] 高林，高左雷.FORTRAN實用算法匯編[M].北京：學苑出版社，1994.

收稿日期：2024-06-19

基金項目：福州市氣象局科研課題“南湖山觀星氣象條件等級分析及客觀預報方法研究”（202204）。

作者簡介：吳揚春（1986—），男，江西會昌人，助理工程師，研究方向為綜合氣象業(yè)務。