华山云海的时间变化及其气象条件分析

乔舒婷，达 勇，曹慧萍

(1.华山气象站，陕西华阴 714200；2.陕西省气象服务中心，西安 710014)



华山云海的时间变化及其气象条件分析

乔舒婷1，达 勇1，曹慧萍2

(1.华山气象站，陕西华阴 714200；2.陕西省气象服务中心，西安 710014)

根据华山气象站1981—2010年30 a高山气象观测资料，分析华山云海的时间变化特征及其与气象条件的关系。发现华山年云海日呈波动减少趋势，年平均云海日为32.97 d，最多71 d，最少8 d。云海出现频次春季最少，秋季最多；云顶高度冬季最高，秋季最低；云海的云状以层积云为主，夏季多淡积云、碎积云。一天中云海出现频次以14时最多。当日或前一日出现降水时, 云海出现的概率较大；相对湿度大、风速较小(一般小于4.5 m/s)、风向为南西南至西风和偏东风时易出现云海。

华山；云海；时间变化；气象条件

华山为我国著名的五岳之一——西岳，位于陕西省关中平原东部华阴市内，是国务院首批颁布的国家重点风景名胜区,2010年被国家旅游局评为5A级旅游景区。因山上气候多变，常形成“云华山”,给人以仙境美感[1]。华山虽游客流量大，气象要素多变，但学者对华山的景观气候分析研究甚少。而云海作为山体特有的旅游气候资源，由于数据资料所限，研究亦较少。吴有训等人[2]对黄山云海的分析中指出，连续性云海的出现与大气环流形势及物理量的时间演变有关。单权[3]在雁荡山云海时空变化的研究中指出，雁荡山云海年际、年内差异均显著，且秋季最少，春季最多。本文利用1981—2010年华山气象站30 a高山气象观测资料对华山云海进行分析,为华山旅游气候资源开发及云海的预报提供理论依据。

1 云海观测资料

利用1981—2010年华山气象站30 a的气象观测资料，分析华山云海的时间变化特征及其与气象条件如湿度、降水、风向风速等的关系。华山气象站位于北纬34°29′，东经110°05′，海拔2 064.9 m的华山西峰顶。以西峰观测场为观测点，在每日4次定时(02、08、14、20时)人工常规气象观测的同时，对云顶低于测站的云，记录其云状、面积、云顶距测站高度等。当4次观测中任一时次出现云海则记为一次云海。一天4个时次中至少一个时次出现云海，则记为一个云海日。对观测资料中云顶低于测站的微量及一成云，认为其面积过小，不构成云海。云海云顶高度均低于测站，属低云族。

2 华山云海的时间变化特征

2.1 云海日的年际变化

利用统计学方法分析华山云海日的年际变化，结果表明，华山年平均云海日为32.97 d，最多为71 d(1989年)，最少8 d(2008年)。其中20世纪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(图1)。华山云海日总体呈波动中逐年减少趋势，且年际差异显著。这一变化趋势与吴有训等人对黄山云海的年际分析结果一致[4]。华山云海日的年际变化与陕西、秦岭地区低云量减少[5-6]有密切关系。

图1 1981—2010年华山云海日的年际变化

2.2 云海出现频次及云顶高度的月变化

利用华山站4次定时观测的云海记录来分析华山云海出现频次和云海的云顶高度的月平均分布特征。华山云海1—10月出现频次与云顶高度变化趋势大致一致(如图2)，均呈先升后降两次波动，10月后变化趋势不同。云海出现频次最多为11月(6.07次)，最少为5月(1.43次)。云海云顶高度3月最高(-260.00 m)，12月次之(-264.47 m)，最低为10月(-390.36 m)。

由表2可看出，华山云海春季出现频次最少，平均为8.70次；秋季最多，为16.20次。这与华山所处的地理位置和气候有关。春季华山所处的秦岭北麓主要受西风气流控制,湿度小,降水少，当西南暖湿气流经过秦岭时，迎风面被迫抬升形成降水，秦岭北坡则形成干燥下沉气流，不易形成云海。秋季华山所在区域阴雨较多,湿度大,风速较小，云海出现频次最多。云顶高度冬季最高，为-289.96 m；秋季最低，为-364.84 m。

图2 1981—2010年华山云海频次与云顶高度的月平均分布

季节春夏秋冬出现频次/次8.7013.8016.209.33云顶高度/m-295.82-339.23-364.84-289.96

2.3 云海云状频次的月际变化

以华山站4次定时观测有云海时的云状记录统计分析云状的月平均分布特征。结果表明(表1)，云海出现时的云状多为层积云(Sc)、淡积云(Cu hum)、碎积云(Fc)、碎雨云(Fn)。

表1 1981—2010年华山云海云状出现频次的月平均分布 次

层积云最多，年平均出现43.44次，出现频率高达90.36%。出现最多的月份为11月(6.00次)，最少为5月(1.17次)。大气层结在冬季较稳定，层积云常形成于逆温层下部[4]。层积云云顶形状主要为云顶较平、波状、起伏，少有突起和破碎，有连续性好、分布广的特征，具有很强的视觉效果。

淡积云常单独出现或多与碎积云相伴出现。淡积云和碎积云主要出现在5—10月，4月起呈增加趋势，8月最多(1.37次)，9月起显著减少。这与大气对流运动随季节的变化和地形抬升作用有关。

碎雨云主要出现在9月(0.17次)。出现当天均有降水，因此主要在降水前后出现。出现次数偏少的原因是，多数情况下碎雨云在西峰索道中转站高度附近，而西峰测站被高度更高的降水层云包围，因此无法在观测场单纯观测到此云状。

碎层云(Fs)是由层云分裂而来或由雾抬升形成，山区早晚也可以直接生成[7]。由于云体破碎，多数情况下出现时仅有微量，不构成云海，所以出现极少，历史记录仅有1次。

2.4 云海出现频次的日变化

统计分析华山云海各时次的平均频次(表3)发现，4次定时观测均有云海出现，但14时出现频次最多，占总数的32.64%；08时次之，占29.38%；20时占22.31%；02时最少,为15.66%，不到14时的一半。14时出现云海较多，原因是中午地面由于辐射加热，暖空气受地形抬升作用较强，更容易达到饱和凝结。夜间由于山风的下沉作用，02时云海出现次数偏少。

表3 1981—2010年华山云海各时次平均频次及频率

3 影响华山云海的气象条件

3.1 降水

降水为云海的出现提供了充足的水汽条件。对每个云海日当日及前一日降水情况分析发现，75.05%的云海出现当日有降水，77.07%的云海出现前一日有降水，两日中任一日有降水出现云海的概率达90.30%。从表4可看出，全年两日中任一日有降水出现云海的概率最低月份为11月(77.89%)，最高为1月和6月(达100%)。这表明华山云海的出现与降水显著相关，云海出现时通常当日或前一日有降水，两日中任一日有降水出现云海的概率极大。

3.2 相对湿度

计算各月4次定时观测有云海的正点相对湿度的平均值,并与月平均相对湿度对比分析发现，有云海时的平均相对湿度均显著高于月平均相对湿度，两者呈正相关(图3)。有云海的月平均相对湿度为78.03%，最高为84.81%(6月)，最低为68.54%(1月)，大致呈现抛物线。随着相对湿度的增大，云海出现的概率增加，但当测站湿度进一步增大时(大致界限为85%)云顶高度上升，水汽达到饱和开始凝结，测站能见度降低影响云海的观测，之后测站出现雾，景观由“云华山”转为“雾华山”。

表4 1981—2010年华山云海当日或前一日有降水的概率 %

图3 1981—2010年华山各月有云海的平均相对湿度与月平均相对湿度对比

3.3 风向风速

将各月4次定时观测有云海时的正点两分钟平均风速的平均值与相应的月平均风速对比分析(图4)，有云海出现时的平均风速总体较小(均小于4.5 m/s)。7—8月云海出现时风速略大于平均值，而其他月份恰好相反。总体来说，风速较小有利于云海的维持；风速增大，湍流垂直交换作用增强，上下层进行热量、动量、水汽交换，使得云海难以形成或加速消散[4]。7—8月，由于太阳辐射增强，云海的出现一定程度上阻挡了上下层热量交换并反射太阳辐射，导致云海上方空气增温明显，对流作用增加，风速偏大。由图5可看出，华山云海出现时风向主要为南西南至西风(占36%)、东东北至东东南(占22%)及静风(占12%)，其中南西南风向频率最高，为18%(图5)。华山气象站海拔2 064.9 m，气压近似800 hPa。因此，700～850 hPa的南西南至西风及偏东风对于云海的出现具有明显的指示意义。

图4 1981—2010年华山各月有云海时平均风速与月平均风速对比

图5 1981—2010年华山云海出现时风向及其频率(%)分布

4 应用展望

到目前为止，对于云海尚未有系统、成熟的预报技术方法。高山站也仅对云海作时间、距测站高度、云状、云量等观测记录，而云海是一种重要的旅游气候资源，开展云海预报来指导景观旅游，会带来较大的经济效益。后期可在以上统计分析的基础上结合天气形势(如700～850 hPa的逆温层[4]、受地面高压控制[7]等)以及垂直速度、大气稳定度、水汽通量等物理量特征分析，研究预报方法，发布云海预报，开展云海景观气象服务工作。

5 结论与讨论

利用华山气象站1981—2010年30 a高山气象观测资料，分析华山云海的时间变化及其与气象条件的关系，得出以下结论。

(1)华山云海年际变化呈现波动减少的趋势，年平均云海日为32.97 d，最多为71 d(1989年)，最少为8 d(2008年)。

(2)云海出现频次春季最少，秋季最多；云顶高度冬季最高，秋季最低；云海云状常年以层积云为主，夏季淡积云、碎积云增加。一天中云海出现频次以14时最多。

(3)华山云海的出现与降水情况显著相关，通常云海出现的当日或前一日有降水，两日中任一日发生降水出现云海的概率极大。

(4)云海大多出现在相对湿度较大的条件下，但当测站湿度进一步增大时(大致界限为85%)云顶高度上升，水汽达到饱和并凝结，测站出现雾，景观由“云华山”转为“雾华山”。

(5)云海出现时的平均风速总体较小(一般小于4.5 m/s)，风向以南西南至西风和偏东风为主。

[1] 韩蓓蓓,陈兴全,李东,等.华山旅游气候舒适度时空变化分析[J].气象与环境科学，2014，37(2)：80-84.

[2] 吴有训，王克强，杨宝贵，等.黄山连续性云海过程的天气学分析[J].气象，2005，31(4)：73-76.

[3] 单权，冯国标，梁晓妮.雁荡山云海的时空变化特征及其与气象因子的关系[J].浙江气象，2014(2)：34-37.

[4] 吴有训，杨保桂，王克强，等.黄山云海的天气气候分析[J].气象科学， 2005，25(1)：97-104.

[5] 董文乾，张社岐.1957—2008年陕西云量分布与变化趋势分析[J].陕西气象，2012(2)：13-17.

[6] 杜川利，余兴，李星敏，等.过去60年中国秦岭地区云量变化及原因分析[J].高原气象，2012,31(2)：446-455.

[7] 吴伟清，黄培光，朱达洪.准确观测记录云状时应注意的问题[J].广东气象，2010，32(5)：65-66.

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乔舒婷，达勇，曹慧萍.华山云海的时间变化及其气象条件分析[J].陕西气象,2016(6)：27-30.

1006-4354(2016)06-0027-04

2015-12-30

乔舒婷(1991—)，女，汉族，陕西渭南人，学士，助理工程师，从事气象综合业务。

陕西省气象局科技创新基金计划项目(2015M-49)

P468.027

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