華山云海的時間變化及其氣象條件分析

喬舒婷，達 勇，曹慧萍

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

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華山云海的時間變化及其氣象條件分析

喬舒婷1，達 勇1，曹慧萍2

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

根據(jù)華山氣象站1981—2010年30 a高山氣象觀測資料，分析華山云海的時間變化特征及其與氣象條件的關系。發(fā)現(xiàn)華山年云海日呈波動減少趨勢，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時最多。當日或前一日出現(xiàn)降水時, 云海出現(xiàn)的概率較大；相對濕度大、風速較小(一般小于4.5 m/s)、風向為南西南至西風和偏東風時易出現(xiàn)云海。

華山；云海；時間變化；氣象條件

華山為我國著名的五岳之一——西岳，位于陜西省關中平原東部華陰市內，是國務院首批頒布的國家重點風景名勝區(qū),2010年被國家旅游局評為5A級旅游景區(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，但學者對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。吳有訓等人[2]對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)流形勢及物理量的時間演變有關。單權[3]在雁蕩山云海時空變化的研究中指出，雁蕩山云海年際、年內差異均顯著，且秋季最少，春季最多。本文利用1981—2010年華山氣象站30 a高山氣象觀測資料對華山云海進行分析,為華山旅游氣候資源開發(fā)及云海的預報提供理論依據(jù)。

1 云海觀測資料

利用1981—2010年華山氣象站30 a的氣象觀測資料，分析華山云海的時間變化特征及其與氣象條件如濕度、降水、風向風速等的關系。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。以西峰觀測場為觀測點，在每日4次定時(02、08、14、20時)人工常規(guī)氣象觀測的同時，對云頂?shù)陀跍y站的云，記錄其云狀、面積、云頂距測站高度等。當4次觀測中任一時次出現(xiàn)云海則記為一次云海。一天4個時次中至少一個時次出現(xiàn)云海，則記為一個云海日。對觀測資料中云頂?shù)陀跍y站的微量及一成云，認為其面積過小，不構成云海。云海云頂高度均低于測站，屬低云族。

2 華山云海的時間變化特征

2.1 云海日的年際變化

利用統(tǒng)計學方法分析華山云海日的年際變化，結果表明，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中逐年減少趨勢，且年際差異顯著。這一變化趨勢與吳有訓等人對黃山云海的年際分析結果一致[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次定時觀測的云海記錄來分析華山云海出現(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大致一致(如圖2)，均呈先升后降兩次波動，10月后變化趨勢不同。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。春季華山所處的秦嶺北麓主要受西風氣流控制,濕度小,降水少，當西南暖濕氣流經(jīng)過秦嶺時，迎風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次定時觀測有云海時的云狀記錄統(tǒng)計分析云狀的月平均分布特征。結果表明(表1)，云海出現(xiàn)時的云狀多為層積云(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，具有很強的視覺效果。

淡積云常單獨出現(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，8月最多(1.37次)，9月起顯著減少。這與大氣對流運動隨季節(jié)的變化和地形抬升作用有關。

碎雨云主要出現(xiàn)在9月(0.17次)。出現(xiàn)當天均有降水，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站高度附近，而西峰測站被高度更高的降水層云包圍，因此無法在觀測場單純觀測到此云狀。

碎層云(Fs)是由層云分裂而來或由霧抬升形成，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)時僅有微量，不構成云海，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)計分析華山云海各時次的平均頻次(表3)發(fā)現(xiàn)，4次定時觀測均有云海出現(xiàn)，但14時出現(xiàn)頻次最多，占總數(shù)的32.64%；08時次之，占29.38%；20時占22.31%；02時最少,為15.66%，不到14時的一半。14時出現(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，更容易達到飽和凝結。夜間由于山風的下沉作用，02時云海出現(xiàn)次數(shù)偏少。

表3 1981—2010年華山云海各時次平均頻次及頻率

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。對每個云海日當日及前一日降水情況分析發(fā)現(xiàn)，75.05%的云海出現(xiàn)當日有降水，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100%)。這表明華山云海的出現(xiàn)與降水顯著相關，云海出現(xiàn)時通常當日或前一日有降水，兩日中任一日有降水出現(xiàn)云海的概率極大。

3.2 相對濕度

計算各月4次定時觀測有云海的正點相對濕度的平均值,并與月平均相對濕度對比分析發(fā)現(xiàn)，有云海時的平均相對濕度均顯著高于月平均相對濕度，兩者呈正相關(圖3)。有云海的月平均相對濕度為78.03%，最高為84.81%(6月)，最低為68.54%(1月)，大致呈現(xiàn)拋物線。隨著相對濕度的增大，云海出現(xiàn)的概率增加，但當測站濕度進一步增大時(大致界限為85%)云頂高度上升，水汽達到飽和開始凝結，測站能見度降低影響云海的觀測，之后測站出現(xiàn)霧，景觀由“云華山”轉為“霧華山”。

表4 1981—2010年華山云海當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濕度與月平均相對濕度對比

3.3 風向風速

將各月4次定時觀測有云海時的正點兩分鐘平均風速的平均值與相應的月平均風速對比分析(圖4)，有云海出現(xiàn)時的平均風速總體較小(均小于4.5 m/s)。7—8月云海出現(xiàn)時風速略大于平均值，而其他月份恰好相反。總體來說，風速較小有利于云海的維持；風速增大，湍流垂直交換作用增強，上下層進行熱量、動量、水汽交換，使得云海難以形成或加速消散[4]。7—8月，由于太陽輻射增強，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輻射，導致云海上方空氣增溫明顯，對流作用增加，風速偏大。由圖5可看出，華山云海出現(xiàn)時風向主要為南西南至西風(占36%)、東東北至東東南(占22%)及靜風(占12%)，其中南西南風向頻率最高，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的南西南至西風及偏東風對于云海的出現(xiàn)具有明顯的指示意義。

圖4 1981—2010年華山各月有云海時平均風速與月平均風速對比

圖5 1981—2010年華山云海出現(xiàn)時風向及其頻率(%)分布

4 應用展望

到目前為止，對于云海尚未有系統(tǒng)、成熟的預報技術方法。高山站也僅對云海作時間、距測站高度、云狀、云量等觀測記錄，而云海是一種重要的旅游氣候資源，開展云海預報來指導景觀旅游，會帶來較大的經(jīng)濟效益。后期可在以上統(tǒng)計分析的基礎上結合天氣形勢(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，研究預報方法，發(fā)布云海預報，開展云海景觀氣象服務工作。

5 結論與討論

利用華山氣象站1981—2010年30 a高山氣象觀測資料，分析華山云海的時間變化及其與氣象條件的關系，得出以下結論。

(1)華山云海年際變化呈現(xiàn)波動減少的趨勢，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時最多。

(3)華山云海的出現(xiàn)與降水情況顯著相關，通常云海出現(xiàn)的當日或前一日有降水，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)在相對濕度較大的條件下，但當測站濕度進一步增大時(大致界限為85%)云頂高度上升，水汽達到飽和并凝結，測站出現(xiàn)霧，景觀由“云華山”轉為“霧華山”。

(5)云海出現(xiàn)時的平均風速總體較小(一般小于4.5 m/s)，風向以南西南至西風和偏東風為主。

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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，學士，助理工程師，從事氣象綜合業(yè)務。

陜西省氣象局科技創(chuàng)新基金計劃項目(2015M-49)

P468.027

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