1961～2012年魯西南云量變化特征及與其他氣候因子的關(guān)系

竇 坤， 丁媛媛， 張 婷， 孫翠鳳

(山東省菏澤市氣象局，山東菏澤 274000)

?

1961～2012年魯西南云量變化特征及與其他氣候因子的關(guān)系

竇 坤， 丁媛媛， 張 婷， 孫翠鳳

(山東省菏澤市氣象局，山東菏澤 274000)

利用1961～2012年魯西南9個(gè)地面氣象觀測(cè)站云量及降水、氣溫、日照時(shí)數(shù)、相對(duì)濕度資料，分析近52年來(lái)魯西南總、低云量的變化特征及其與相關(guān)氣候因子的關(guān)系。結(jié)果表明，近52年魯西南平均總云量以0.089成/10a的速度遞增，平均低云量以0.110成/10a的速度遞減。平均總云量在秋冬季節(jié)與氣溫的正相關(guān)性比較明顯，云量增加1成，秋季和冬季平均氣溫分別升高0.48、0.83 ℃；平均低云量在各個(gè)季節(jié)與氣溫均呈負(fù)相關(guān)，春季負(fù)相關(guān)非常顯著，云量增加1成，平均氣溫降低1.49 ℃；云量與平均降水量正相關(guān)性顯著，年平均總云量增加1成，年降水量增加146.1 mm，春季、夏季、秋季和冬季降水量分別增加48.4、107.1、55.4、12.2 mm；年平均總云量、低云量分別與≥0.1、≥1.0、≥10、≥25 mm降水日數(shù)呈顯著正相關(guān)；總云量對(duì)日照的影響最為直接，對(duì)秋季日照的影響較大，云量增加1成，秋季總?cè)照諘r(shí)數(shù)減少154.3 h，春季減少54.5 h，夏季減少134.2 h，冬季減少60.6 h；總云量與夏季、秋季相對(duì)濕度呈顯著正相關(guān)，云量增加1成，夏季和秋季平均相對(duì)濕度分別增加3.3%和4.1%。

云量；變化特征；氣候因子；相關(guān)分析；魯西南

云在地氣系統(tǒng)中具有重要地位，其形成與特性是地表與大氣各種動(dòng)力、熱力過(guò)程共同作用的結(jié)果[1-3]。隨著對(duì)全球氣候變化研究的不斷深入，云與地氣系統(tǒng)的相互作用愈來(lái)愈受到關(guān)注，許多學(xué)者從不同角度對(duì)云量變化及云水資源開(kāi)發(fā)利用等進(jìn)行了大量的研究[4-11]。魯西南地處山東省西南部黃河沖積平原，是重要的糧棉基地。空中水汽及降水是種植業(yè)的可利用水資源，研究云的變化特征及與其他氣候因子的關(guān)系，對(duì)當(dāng)?shù)亟邓绊懠拔磥?lái)空中云水資源的利用有較為重要的現(xiàn)實(shí)意義。筆者利用1961～2012年魯西南9個(gè)地面氣象觀測(cè)站云量、氣溫、降水、日照時(shí)數(shù)和相對(duì)濕度資料，對(duì)近52年來(lái)魯西南云量變化特征及其與其他氣候因子的關(guān)系進(jìn)行了分析。

1 資料與方法

選取1961～2012年魯西南9個(gè)地面氣象觀測(cè)站(鄄城、鄆城、菏澤、東明、定陶、巨野、曹縣、成武、單縣)資料，包括逐日云量、降水、氣溫、日照時(shí)數(shù)、相對(duì)濕度等。由于定陶建站時(shí)間為1963年，故該站資料時(shí)段選取1963～2012年。按3～5月為春季、6～8月為夏季、9～11月為秋季、12月～翌年2月為冬季，生成逐季序列。對(duì)各氣候要素值計(jì)算氣候傾向率[12]，并對(duì)其進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 云量變化特征2.1.1

年際變化。由圖1可見(jiàn)，近52年魯西南年平均總云量為5.6成，氣候傾向率為0.089成/10a，通過(guò)了α=0.01的顯著性檢驗(yàn)；平均低云量為1.5成，氣候傾向率為-0.110成/10a，通過(guò)了α=0.001的顯著性檢驗(yàn)。

2.1.2 季節(jié)變化。全年當(dāng)中平均總云量和平均低云量最多的季節(jié)均為夏季，分別為6.5和2.3成；最少的季節(jié)均為冬季，分別為4.9和1.0成。各季節(jié)的平均總云量除春季呈減少趨勢(shì)(0.061成/10a)外(未通過(guò)α=0.10的顯著性檢驗(yàn))，其他各季均呈增加趨勢(shì)，冬季增加趨勢(shì)最大， 為0.204成/10a，通過(guò)了α=0.05的顯著性檢驗(yàn)；夏季增幅為0.178成/10a，通過(guò)了α=0.001的顯著性檢驗(yàn)；秋季增幅為0.061成/10a，未通過(guò)α=0.10的顯著性檢驗(yàn)。各季節(jié)平均低云量隨時(shí)間均呈明顯的線性減少趨勢(shì)，其中冬季減少趨勢(shì)最大，為0.152成/10a，通過(guò)了α=0.01的顯著性檢驗(yàn);其次是秋季，減幅為0.124成/10a，通過(guò)了α=0.01的顯著性檢驗(yàn);春季減幅為0.115成/10a，通過(guò)了α=0.05的顯著性檢驗(yàn);夏季減少趨勢(shì)最小,為0.064成/10a，通過(guò)了α=0.10的顯著性檢驗(yàn)。

2.1.3 月變化特征。由圖2可見(jiàn)，近52年魯西南總云量和低云量均具有明顯的月際變化特征。總云量和低云量隨月份均呈明顯的二次函數(shù)變化，分別通過(guò)了α=0.001、α=0.01的顯著性檢驗(yàn)。平均總云量和平均低云量的最多時(shí)段均出現(xiàn)在7月，次多時(shí)段均出現(xiàn)在8月；平均總云量最少時(shí)段出現(xiàn)在12月，次少時(shí)段出現(xiàn)在11月；平均低云量最少時(shí)段出現(xiàn)在1月，次少時(shí)段出現(xiàn)在2月。

從表1可看出，近52年魯西南平均總云量除3、4月呈減少趨勢(shì)外，其他月份均呈增加趨勢(shì)，8月增加趨勢(shì)最為顯著，遞增速度為0.307成/10a，1和6月的增加趨勢(shì)也是顯著的；各月平均低云量均呈減少趨勢(shì)，以4月減少趨勢(shì)最為顯著，遞減速度為0.206成/10a。

表1 1961～2012年魯西南月平均云量變化趨勢(shì) 成/10a

注：*、**、***分別表示通過(guò)0.05、0.01、0.001的顯著性檢驗(yàn)。

2.2 云量對(duì)其他氣候因子的影響2.2.1

云量對(duì)氣溫的影響。研究發(fā)現(xiàn)，魯西南年平均總云量對(duì)平均氣溫變化呈不明顯的正影響。各季節(jié)除夏季為不明顯的負(fù)影響外，其他季節(jié)均為正影響，且在秋季和冬季正影響比較明顯，平均總云量增加1成，秋季和冬季平均氣溫分別升高0.48 ℃(通過(guò)了α=0.10的顯著性檢驗(yàn))和0.83 ℃(通過(guò)了α=0.05的顯著性檢驗(yàn))。年平均低云量對(duì)平均氣溫變化呈明顯的負(fù)影響，年平均低云量增加1成，平均氣溫降低0.82 ℃(通過(guò)了α=0.001的顯著性檢驗(yàn))，各個(gè)季節(jié)均為負(fù)影響，僅春季負(fù)影響非常明顯，春季平均低云量增加1成，平均氣溫降低1.49 ℃(通過(guò)了α=0.001的顯著性檢驗(yàn))。

以往有研究認(rèn)為，云對(duì)夜間溫度的變化可能不是一個(gè)重要因子[13]，而人類活動(dòng)排放溫室氣體及氣溶膠顆粒所產(chǎn)生的影響恐怕會(huì)更為重要[8,14]。也有研究認(rèn)為[15]，白天云量增加使得地面得到的熱量顯著減少，這從根本上決定夜間其對(duì)大氣加熱的能力顯著下降，而夜間云的溫室效應(yīng)帶來(lái)的正相關(guān)影響相對(duì)較小。可見(jiàn)，云與氣溫之間的物理機(jī)制比較復(fù)雜，仍需進(jìn)一步深入研究。

2.2.2 云量對(duì)降水的影響。云是致雨的必要條件。分析表明，魯西南云量與降水量有明顯的相關(guān)關(guān)系。年平均總云量增加1成，年降水量增加146.1 mm(通過(guò)了α=0.01的顯著性檢驗(yàn))；年平均低云量增加1成，年降水量增加209.5 mm(通過(guò)了α=0.01的顯著性檢驗(yàn))。云量對(duì)降水量影響最大的為夏季，平均總云量增加1成，降水量增加107.1 mm(通過(guò)了α=0.001的顯著性檢驗(yàn))。有研究表明，夏季受東亞季風(fēng)的影響，水汽通量較大，產(chǎn)生云的氣團(tuán)均是暖濕氣團(tuán)，云層水汽含量也較豐富，容易致雨[16-17]。其次為秋季和春季，平均總云量增加1成，降水量分別增加55.4 mm(通過(guò)了α=0.001的顯著性檢驗(yàn))和48.4 mm(通過(guò)了α=0.001的顯著性檢驗(yàn))；云量對(duì)冬季的降水影響最小，平均云量增加1成，降水量增加12.2 mm(通過(guò)了α=0.001的顯著性檢驗(yàn))。

雨日的變化間接反映了太陽(yáng)直接輻射，它影響當(dāng)?shù)貒?guó)民經(jīng)濟(jì)，特別是影響農(nóng)作物的選取、布局與產(chǎn)量[18]。分析表明，年平均總云量、低云量分別與年各級(jí)別降水日數(shù)呈顯著正相關(guān)(表2)。

表2 1961～2012年各級(jí)降水日數(shù)與平均云量相關(guān)系數(shù)

注：*、**、***分別表示通過(guò)0.05、0.01、0.001的顯著性檢驗(yàn)。

2.2.3 云量對(duì)日照時(shí)數(shù)的影響。云量對(duì)日照時(shí)數(shù)的影響最為直接，魯西南年平均總云量對(duì)日照時(shí)數(shù)變化呈明顯的負(fù)影響，平均總云量增加1成，總?cè)照諘r(shí)數(shù)減少440.0 h(通過(guò)了α=0.001的顯著性檢驗(yàn))。分析云量對(duì)各季日照時(shí)數(shù)的影響發(fā)現(xiàn)，秋季影響最大，平均總云量增加1成，秋季日照時(shí)數(shù)減少154.3 h(通過(guò)了α=0.001的顯著性檢驗(yàn))；其次為夏季和冬季，平均總云量增加1成，夏季和冬季的日照時(shí)數(shù)分別減少134.2 h(通過(guò)了α=0.001的顯著性檢驗(yàn))和60.6 h(通過(guò)了α=0.05的顯著性檢驗(yàn))；云量對(duì)春季日照時(shí)數(shù)的影響最小，平均總云量增加1成，日照時(shí)數(shù)減少54.5 h(通過(guò)了α=0.05的顯著性檢驗(yàn))。

2.2.4 云量對(duì)相對(duì)濕度的影響。分析表明，魯西南年相對(duì)濕度受云量影響較為明顯，總云量增加1成，年平均相對(duì)濕度增加2.8%(通過(guò)了α=0.01的顯著性檢驗(yàn))；夏季、秋季相對(duì)濕度受云量影響較為明顯，平均總云量增加1成，夏季、秋季相對(duì)濕度分別增加3.3%(通過(guò)了α=0.05的顯著性檢驗(yàn))和4.1%(通過(guò)了α=0.01的顯著性檢驗(yàn))；春季和冬季相對(duì)濕度受云量影響不明顯。

3 結(jié)論與討論

(1)近52年魯西南平均總云量隨時(shí)間呈逐年顯著增加趨勢(shì)，平均低云量隨時(shí)間呈逐年顯著減少趨勢(shì)。平均總云量除春季隨時(shí)間呈弱顯著減少趨勢(shì)外，其他各季節(jié)均隨時(shí)間呈增加趨勢(shì)，冬季增加趨勢(shì)最大；平均低云量各季隨時(shí)間均呈顯著減少趨勢(shì)，冬季減少趨勢(shì)最大。總云量和低云量隨月份均呈明顯的二次函數(shù)變化。平均總云量和平均低云量最多的季節(jié)為夏季，最少的季節(jié)為冬季。7月是平均總云量和平均低云量最多月份，12月是平均總云量最少月份，1月是平均低云量最少月份。

(2)平均總云量與秋冬季節(jié)的平均氣溫正相關(guān)顯著，與春季氣溫正相關(guān)不顯著，與夏季氣溫則呈負(fù)相關(guān)。平均低云量在各個(gè)季節(jié)與平均氣溫均為負(fù)相關(guān)，春季負(fù)相關(guān)非常顯著。

(3)云量與年平均降水量正相關(guān)性顯著，夏季云量變化對(duì)降水量影響較大，冬季云量對(duì)降水量影響較小。云量與≥0.1、≥1.0、≥10、≥25 mm降水日數(shù)正相關(guān)性顯著。云量是影響日照時(shí)數(shù)的重要因子[19]，云量對(duì)秋季日照時(shí)數(shù)影響最大，對(duì)春季日照時(shí)數(shù)影響較小。云量與相對(duì)濕度之間有顯著的正相關(guān)性，夏季和秋季相對(duì)濕度受云量影響比較明顯。

(4)云量的變化存在潛在及間接影響。如云量變化可能引起日照時(shí)數(shù)變化等其他一系列生態(tài)因子的變化，在一定程度上影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育，甚至對(duì)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)布局和種植業(yè)的持續(xù)有效發(fā)展造成較大影響。

[1] RAMANATHAN V，CESS R D，HARRISON E F,et al.Cloud-radiative forcing and climate:Results from radiation budget experiment[J].Science,1989,246:57-63.

[2] SUN B,GROISMAN P Y.Cloudiness variations over the former Soviet Union[J].International journal of climaology,2000,20:1097-1111.

[3] 汪宏七,趙高祥.云和輻射-(Ⅰ)云氣候?qū)W和云的輻射作用[J].大氣科學(xué),1994(S1):910-932.

[4] 丁守國(guó),趙春生,石廣玉,等.近20年全球總云量變化趨勢(shì)分析[J].應(yīng)用氣象學(xué)報(bào),2005,16(5):670-677.

[5] 郭元喜,龔道溢,汪文珊,等.中國(guó)東部夏季云量與日氣溫統(tǒng)計(jì)關(guān)系[J].地理科學(xué),2013,33(1):104-109.

[6] 陳楠,趙光平,陳曉光.近40年寧夏云量和氣溫年際變化的相關(guān)分析[J].高原氣象,2006,25(6):1176-1183.

[7] 曹雪梅,孫智輝,雷延鵬,等.近50年陜西黃土高原云量和氣溫年際變化[J].氣象科技,2010,38(3):311-315.

[8] 曾昭美,嚴(yán)中偉,章名立.近40年我國(guó)云、日照、溫度及日較差的統(tǒng)計(jì)[J].科學(xué)通報(bào),1993,38(5):440-443.

[9] 陳少勇,董安祥,陳添宇,等.祁連山低云量對(duì)氣候變暖的響應(yīng)[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2007,21(2):142-145.

[10] 姚小英,蒲金涌,尤志剛,等.近60a天水市云量變化特征及與其它氣候因子的關(guān)系[J].干旱氣象,2010,28(4):391-395.

[11] 劉海啟,王迎春.我國(guó)西北旱區(qū)農(nóng)牧業(yè)綜合開(kāi)發(fā)潛力分析及水資源支撐能力研究[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃,2015,36(3):1-9.

[12] 魏鳳英.現(xiàn)代氣候統(tǒng)計(jì)診斷與預(yù)測(cè)技術(shù)[M].2版.北京:氣象出版社,2007：18-19,37-38,63-64.

[13] 翟盤(pán)茂,任福民.中國(guó)近四十年最高最低溫度變化[J].氣象學(xué)報(bào),1997,55(4):418-429.

[14] 趙宗慈.近39年中國(guó)的氣溫變化與城市化影響[J].氣象,1990,17(4):14-17.

[15] 李躍清.近40年青藏高原東側(cè)地區(qū)云、日照、溫度及日較差的分析[J].高原氣象,2002, 21(3):327-332.

[16] 張強(qiáng),張存杰,白虎志,等.西北地區(qū)氣候變化新動(dòng)態(tài)及對(duì)干旱環(huán)境的影響[J].干旱氣象,2010,28(1):2-6.

[17] 寧惠芳,林婧婧,陳佩璇.甘肅省氣候暖干化與農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害的聯(lián)系[J].干旱氣象,2010,28(2):199-201.

[18] 孫翠鳳,竇坤,吳雷柱,等.魯西南近50年降水量和雨日雨強(qiáng)變化趨勢(shì)[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃,2014,35(2):29-34.

[19] 孫翠鳳,竇坤,徐國(guó)棟,等.近46a山東菏澤日照變化特征及影響因子[J].干旱氣象,2013,31(4):744-749.

Variation of Cloud Amount and Its Influence on Climatic Factors in Southwest of Shandong from 1961 to 2012

DOU Kun, DING Yuan-yuan, ZHANG Ting et al

(Heze Meteorological Bureau of Shandong Province, Heze, Shandong 274000)

Using the nine ground meteorological observatory of cloud and precipitation, temperature, sunshine hours, relative humidity data, the variation characteristics of total and low cloud cover and its relationship with climate factors associated in the southwest of Shandong Province from 1961 to 2012 were analyzed. The results showed that: The average total cloud cover increased by 8.9%/10a, but the average low cloud cover decreased by 11%/10a decline in recent 52 years, the average total cloud cover in autumn and winter are the obvious positive correlation with temperature, when cloud cover increased by 10%, the autumn average temperature increased by 0.48 ℃, and increased by 0.83 ℃ in winter; The average low cloud cover is negatively related to the temperature are in each season, when cloud cover increased by 10%, the average temperature decreased by 1.49 ℃. The average cloud cover and precipitation is significantly related, The annual precipitation increased by 146.1 mm when annual mean cloud amount increased by 10%. When seasonal mean cloud amount increased 10%,the precipitation increased by 48.4, 107.1, 55.4 and 12.2 mm in spring, summer, autumn and winter. The average annual total cloud cover and low cloud cover respectively with ≥0.1, ≥1.0 ≥10, ≥25 mm precipitation days was significantly positive correlation. The sunshine hours was seriously influenced by cloud amount, when cloud amount increased by 10%, the sunshine hours decreased by 54.5 h in spring, 134.2 h in summer, 154.3 h in autumn and 60.6 h in winter. The total cloud cover and summer and autumn was significantly positively related to relative humidity, when cloud amount increased by 10%, The relative humidity increased by 3.3% in summer, 4.1% in autumn.

Cloud amount; Variation features; Climatic factors; Correlation analysis; The southwest of Shandong

山東省氣象局青年科研基金項(xiàng)目(2014SDQN20)。

竇坤(1980- )，男，山東菏澤人，工程師，從事氣象服務(wù)管理和氣候變化研究。

2015-11-12

S 16

A

0517-6611(2015)35-267-03