井岡山云海氣象特征及其冬半年云海預報模型創建

□帥 川 周山華 晏子郁 彭 勃 李小冬

對云海而言，其在山岳類型風景當中，是一個很重要而且非常值得研究觀賞的一種自然景觀，由于其五彩繽紛的顏色和斑斕變化的奇觀，吸引著無數游客的目光。如果想看到壯麗的云海景象，最好到高山上，于冬、春時節去觀賞。尤其是冷空氣過后，雨過天晴之時，最容易看到云海。而對于井岡山來說，觀賞云海的最佳地點為黃洋界景區。此處山體環繞，而且這里的靜風較多，大氣層的凝結程度相對來說比較穩定，因此會經常出現云海氣候特征，而且一旦出現則是美不勝收，讓人流連忘返。

一、井岡山降水、濕度、氣溫情況分析

(一)降水分析。井岡山多年年平均降水量為1916.1mm，平均降水天數為208天。較多的雨水，不僅讓井岡山地區的水草十分豐茂，而且森林比較茂密，這也為云海景觀的形成奠定了十分重要的基礎。

(二)濕度分析。井岡山地區濕度較大，井岡山多年年平均相對濕度在86%。而相對濕度如果越大，氣流遇到山地地形就逐漸上升，氣溫也就不斷降低，這將有利于水汽的凝結。和井岡山的降雨情況進行對照，會發現井岡山在夏季6月到8月的相對濕度、降雨量，二者呈現出正相關的關系。

(三)氣溫分析。近年來井岡山地區的氣溫有逐步升高的趨勢。井岡山地區在冬季時候的一般平均氣溫為7.2℃左右，其中在1月份的時候天氣最冷，此時的月平均氣溫僅僅只有6℃。另外，井岡山在冬季時候的降水量也呈現上升跡象。井岡山常年降雨量十分充沛，年平均的氣溫約為14.2℃。在井岡山茨坪地區，也就是觀測站附近，由于這里的海拔高度較高、加上其四面環山的地形，因此氣候上有著冬長、夏短、秋早、春晚的特點。

(四)霧日數、日照分析。井岡山的霧日也較多，2014～2019年的平均霧日達118.55天。特別是春季以及冬季，平均每月的霧日達9天左右，最少的霧日則出現于氣溫較高的七月和八月，這兩個月的平均霧日僅為1.99天。井岡山的冬季，也就是在四月到十一月份期間，霧日和平均氣溫呈反相關。因為井岡山在這段時間里，出現較多霧日，因此全年的日照時數只有1381.2小時。

二、井岡山云海預報模型創建

(一)資料數據來源。本研究所使用的數據資料包括2015年以來井岡山地區從地面到高空的相關天氣資料，其中地面氣象數據來源井岡山國家氣象觀測站，其海拔高度為843.0米，可以觀測能見度、氣溫、降水、風向、風速、日照等多個氣象指標；高空資料數據來源NCEP/NCAR再分析資料，并通過數學統計中常用的雙線插值法對所獲取的數據進行研究分析，為云海天氣預報模型的建立打下基礎。

(二)研究方法。利用2015～2020年井岡山茨坪氣象觀測站各項數據資料，分析井岡山地區冬季在云海出現的時候，各個要素的相關分布情況以及演變特征，選取能夠充分反映井岡山地區云海天氣變化特點的具體指標，作為云海天氣的預報因子，對這些預報因子的每一個特征進行具體分析，從而確定其相關的閾值以及指標。在對井岡山云海天氣氣象預報模型創建時所指的冬季，并不是人們一般意義上所理解的冬季，而是指該地區的每年10月到次年的3月。以指標套疊法，對井岡山的水汽、層結、風力等系列條件進行詳細的數據分析，從這里面選取相應的預報指標，從而確定好各個預報因子的Xi閾值，然后把所有相關的預報指標根據指標疊套法的計算方法進行疊加。如果這些因子在鎖定的閾值區間內，那么該因子就取值就為1，否則其取值則記作0。據此類推，當有m個因子在閾值的區間時，則將其記錄B=m，其公式為：

B=B1+B2+B3+…+Bn-1+Bm

(1)

(三)井岡山地區云海天氣概況。

1.井岡山云海的年際變化。經統計，2015～2020年井岡山年平均的云海天數為3.3天，存在很大的年際差異明顯，最多為6天(2018年)，最少為1天(2015年)。而2015～2020年井岡山年平均大于等于50%的云海天數為3天。2018年到2019年以來，井岡山地區的云海發生次數存在明顯減少的跡象，這是因為2015年到2020年期間，井岡山地區的冬季平均氣溫呈現出明顯上升的趨勢。

2.井岡山云海的季節變化。對于井岡山的云海氣候而言，還存在非常明顯的季節變化特征：1月到2月份云海氣候平均出現的天數為3.2次，到了3月出現云海氣候的次數開始逐漸減少，到了7月份出現云海的氣候天數降到最少，只有在2012年的7月份出現過一次，之后云海天氣的出現次數逐步增加。到了11月份左右出現云海氣候的天數為平均三次。對于井岡山地區而言，其云海天氣主要集中在氣溫較低的冬季，也就是下半年的時間里。而且井岡山地區的云海天氣和月平均氣溫這二者之間顯示出負相關，而且其相關系數為-0.812(P=0.001)。

3.井岡山云海的日際變化。在各個月份里，09時出現云海天氣的次數最多，這主要是因為在井岡山地區，秋冬季節的早上往往會有較濃的輻射霧，一旦太陽升起，地面溫度升高，霧氣慢慢上升成為層云。正因如此，在井岡山地區云海天氣的預報因子選取方面，需要全面考慮該地區的水汽條件、層結條件、風速條件以及各個要素的空間分布情況。

(四)預報因子的選取。本次在進行創建井岡山地區的云海預報模型時，一共選擇了15個預報因素作為參考指標，即：預報云海日當天早上九點左右的井岡山氣象觀測站分別在700hPa、850hPa、925hPa的相對濕度、氣溫、風速，以及850hPa—700hPa、925hPa—850hPa、925—700hPa的相對濕度差、相對溫度差。

通過統計2015年到2020年井岡山地區冬半年每個月的備選預報指標，在發生云海氣候、不發生云海氣候時的平均值、標準差，同時通過繪制箱線圖進行分析，結果發現樣本在所選的15個指標當中，有一定的差異：預報日09時850hPa的相對濕度，925hPa—700hPa相對濕度差，850hPa的氣溫，850hPa—700hPa、925hPa—850hPa溫度差，925hPa、850hPa的風速等，這些指標能夠很好地反映井岡山地區云海氣候的具體相關特征，從而將其確定為9時的云海氣候預報因子。進行研究統計后，發現井岡山地區在9時的風速如果大于12m·s-1，則出現云海天氣的概率極低；但是當井岡山地區的相對濕度數值大于99%時，80%的天氣為大霧天氣，因此本文建立云海天氣預報模型的消空指標，選取9時井岡山地區的風速指標、相對濕度指標。由于井岡山地區在不同的月份，形成云海天氣的各種氣象條件或者或少存在一定的差異，因此為了方便獲取各月云海氣象預報因子的區間閾值，對井岡山云海出現時候的各個預報因子的分布特征進行分析，從而獲取各云海氣象預報因子的區間閾值。

(五)指標疊套法云海預報。本文利用指標疊套法分別創建井岡山地區1月、2月、3月、10月、11月、12月的云海天氣預報模型。以1月份為例，首先對從氣象站所獲取的相關樣本進行消空處理，消空的條件為：井岡山氣象觀測站的相對濕度要大于98%，風速要大于12m·s-1。然后對消空以后的相關具體樣本進行一個個判斷，看這其中的預報因子是不是在相應的區間之內，假如是在這個區間內，那么就將云海天氣的預報因子記為1，如果不在這個區間之內，就將云海天氣的預報因子記為0，然后將這些數值進行相加，從而得到累加值，如果數值越大則表明井岡山地區具有極大可能會出現云海氣候，如果累加值大于或者等于12，便可以認定井岡山地區非常有可能出現云海天氣。根據這個統計方法，即：指標套疊法，對2019年冬季半年于早上九點時候的云海天氣預報信息進行正確率、誤報率、空報率檢驗。結果發現：在這段時間內一共出現了4次云海，而天氣預報報對了3次，漏報了1次，總體云海天氣預報的正確率為75%，漏報概率為25%。通過這種方法在2005年到2019年1月、2月、3月、12月的云海天氣預報準確度比較高，其中根據檢測結果，井岡山氣象觀測站對云海天氣的預報1月份TS評分最高為42%。

三、結論與討論

2005年到2019年之間，井岡山地區每年出現云海天氣的平均天數為3.3天，而且不同的年份由于氣溫、降水、氣壓、霧日條件的不同，存在很大的差異。同時，井岡山地區的云海氣候存在非常明顯的季節變化特征,而且云海出現最多的季節主要在下半年的冬季，這是因為冬季的氣溫降低。還有，井岡山地區每月出現云海氣候的天數和月平均氣溫呈現出負相關的關系。每天出現云海氣候也存在明顯變化，根據本文研究的4個時段，早上9點出現云海氣候的頻率為最高。

云海發生之前一般多表現為井岡山茨坪觀測站的平均相對濕度相對較大,而且在850hPa以上的區域有變干特征,黃洋界景區附近風速較小，從近地面到850hPa處整個氣層逆溫、逆濕現象明顯。

本文通過指標疊套法對井岡山地區冬半年的每個月云海氣象預報進行歷史性的觀測,其總體的正確率是75%,而TS綜合評分是31%。漏報概率為25%，空報概率為52%，TS的評分是36%。其中根據檢測結果，井岡山氣象觀測站對云海天氣的預報1月份TS評分最高為42%。