丹霞山云海气象特征分析及其预报初探

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　　摘 要：本文利用气象常规资料，对FY-2E云分类资料进行辨识处理，得到丹霞山云海资料，再对丹霞山云海的时空特征及其与气象因子关系进行分析，发现丹霞山云海日数年变化成上升趋势，云海主要出现在冬季和春季，其次是秋季，夏季最少;1—5月和11—12月的云海平均日数最多，6—9月的云海平均日数较少。通过对降水、相对湿度、风速、平均气温日较差4个要素的统计分析发现，在有降水出现、相对湿度较大、风速较小，平均气温日较差高于0℃的条件下，丹霞山可观赏性云海出现的概率较大。另外，本文还对丹霞山云海预报进行初步探究得出云海概率预报方程，但由于受资料辨识误差所限，还需要在后期的云海预报服务中通过不断的订正来提高准确率。
　　关键词：FY-2E;云分类;云海;丹霞山
　　中图分类号：S161
　　文献标识码：A
　　DOI：10.19754/j.nyyjs.20190815057
　　引言
　　丹霞山风景名胜区位于韶关市仁化县境内，景区面积292km2，是广东省面积最大、以丹霞地貌景观为主的世界地质公园和世界自然遗产地，其旅游资源具有很大的价值。丹霞山作为广东省内为数不多的国家5A级风景名胜区，游客量逐年稳步增长，达300万人次/年以上，对旅游气象服务的需求越来越大。
　　由于受观测资料所限，国内外对云海的研究并不多。Shan Q等[1]对雁荡山云海的时空变化及其与气象要素的关系进行了研究工作，单权等[2]利用地面观测气象要素资料分析了雁荡山云海时空变化特征以及云海与气象因子的关系，吴有训[3]等利用黄山气象站地面气象观测资料分析了黄山云海天气气候，童永强[4]就百山祖云海的形成以及气候变化作出了简单的分析，他们的研究工作均使用了景区内观测站的云资料，结果一致表明，云海与降水、风等气象因子关系密切。
　　云海作为一种山体景观特有的旅游气候资源，是丹霞山诸多景观中的一绝，由于最近的仁化国家观测站并不在丹霞山范围内，受云观测资料所限，目前并没有丹霞山云海与气象因素方面的研究分析工作，本文利用气象常规资料和卫星资料，对丹霞山云海的时空特征及其与气象因子关系进行分析，为丹霞山气候资源的合理开发利用提供决策依据，为探索丹霞山景区特色气象服务方面的工作提供借鉴，为地方政府加快以丹霞山为龙头的全域旅游发展工作添加助力。
　　1 资料及来源
　　1.1 卫星FY-2E云分类资料
　　乔舒婷、吴有训[5，6]等人在云海方面的研究中提到，云海出现时的云状以层积云出现的频次最多，胡禹贤[7]等在《风云二号卫星云分类产品与信息数字化云分类对比》中提到，通过风云二号卫星遥感数据的云检测方法能较好的判别层积云，而杨牧田等[8]在《利用黄山地区地基观测对FY-2E云分类的检验和验证》中也提到，在FY-2E云分类有云的5种卫星产品中，风云卫星对层积云/高级云的识别能力最强。因此，本文采用中国气象局气象数据中心提供的2012—2016年卫星FY-2E逐小时全圆盘标称云分类资料。
　　FY-2E的云分类数据将层积云和高积云归为一类，而丹霞山景区海拔最高的地方仅达408m，存在有低云完全高于丹霞山山顶的情况。因此，根据云和雾仅距地高度不同这一特点，本文采用了仁化国家观测站的雾资料，根据丹霞山旅游景区的特性，设定有雾时，FY-2E云分类资料中的层积云或高积云1类全作层积云的处理规则，对FY-2E云分类资料中的层积云、高积云进行辨识处理，得到丹霞山低云面积百分比资料。
　　本文将卫星资料判识出来的丹霞山低云面积百分比大于0%的日子定义为云海日，由于云海面积高于或等于50%时，云海的观赏性最好，故本文将低云面积百分比高于或等于50%的日子定义为可观赏性云海日。
　　1.2 常规气象资料
　　丹霞山景区内周边最近的国家气象观测站为仁化国家气象观测站。本文采用了2012—2016年丹霞山风景管理区自动站和仁化国家气象观测站的常规气象资料。
　　2 丹霞山云海的時空变化特征
　　2.1 云海日的年变化
　　采用线性趋势分析、多项式拟合方法分析丹霞山云海日的年变化，结果表明，丹霞山年均云海日数为17d，最多年份50d（2016年），最少年份6d（2013年）。2012—2016年，丹霞山云海日数成上升趋势，上升速率为8.2d/a，2012—2015年期间的变化趋势较为平缓，2016年较2015年多了40d，上升趋势最为明显。
　　根据中国气象局综合观测司2016年2月下发的《地面气象观测业务技术规定》（2016版）文件[9]规定，自2016年3月1日开始，仁化国家气象观测站实现了对雾的自动观测判识。观测技术的提高，使得2016年云海观测记录更为完整，因此在2012—2016年期间，2016年丹霞山云海日数较上1a上升速度最为明显。
　　2.2 云海日的季节变化
　　从丹霞山云海各季云海平均日数分布表可知，丹霞山云海主要出现在冬季和春季，其次是秋季，夏季最少。冬季（12月—次年2月）的云海平均日数为7.6d，可观赏性云海平均日数为6.2d;春季（3—5月）的云海平均日数分别为7.0d，可观赏性云海平均日数为6.6d;秋季（9—11月）的云海平均日为1.8d，可观赏性云海平均日数为1.4d;夏季（6—8月）的云海平均日数为0.6d，可观赏性云海平均日数为0.6d。
　　可观赏性云海日占所有云海日的87.06%，可观赏性云海日数则春季最多，冬季次之，秋季和夏季紧随其后。4个季节中，春季可观赏性云海日数占云海平均日数的94.29%，冬季为81.58%，秋季为77.78%，夏季为100%。春夏季出现大面积云海的概率较高，冬季和秋季相对较低。
　　2.3 云海日的月变化
　　从丹霞山各月云海平均日数分布图可见，1—5月和11—12月的云海平均日数最多，6—9月的云海平均日数较少。云海平均日最多的月份可达到3.4d（3月），最少的月份只有0.0d（7月）。可观赏性云海占云海平均日数百分比最高的是4月、6月、8月和9月，占比高达100%，最低的是10月，占比为67%。1a中可观赏性云海占云海平均日数百分比高于70.00%的共有10个月。 　　3 丹霞山可观赏性云海与气象因子的关系
　　由云海日的变化分析可知，丹霞山可观赏性云海日占所有云海日的87.06%，云海面积高于或等于50%时，其观赏性最好。为了进一步探究气象要素与云海形成的关系，以便于做出云海预报，本文挑选了与云海有关的降水、相对湿度、风速、平均气温日较差4个要素，分析了可观赏性云海出现时这些要素的特征。
　　3.1 降水
　　降水因子是云海出现的一个较好指征[2]，降水可以为云海的出现提供充足的水汽条件。分析丹霞山出现可观赏性云海的当日及前1d降水情况，可观赏性云海形成前1天会出现降水的平均几率为71.62%，形成当天会出现降水的平均几率为75.68%，2d中至少有1d出现降水的平均几率为86.49%。
　　从丹霞山可观赏性云海出现当天及前1天有降水的几率表可见，云海形成当天出现降水几率大体上均大于前1天出现降水概率，2d中至少有1d出现降水的最小几率为25.00%，2d中至少有1d出现降水几率高于70.00%的共有10个月份，其中几率为100.00%的有6个月份，表明在绝大多数情况下，可观赏性云海形成的当天或前1天都会出现降水，这是丹霞山可观赏性云海预报的一个可靠且便捷的依据。
　　3.2 相对湿度
　　相对湿度是云海形成的重要指标之一[2]。丹霞山可观赏性云海出现当天平均相对湿度为88.68%，从丹霞山可观赏性云海出现时的相对湿度表可见，丹霞山可观赏性云海出现时平均相对湿度在84.17%以上，相对湿度最低值则为66.00%，一般来说，平均相对湿度在80%以上时，丹霞山可观赏性云海较易形成。
　　風速的大小会影响云海的形成及消散速度，统计可观赏性云海出现时的平均风速可见，可观赏性云海出现时的平均风速值为1.35m/s，月平均值在1.55m/s以下。这表明，丹霞山可观赏性云海一般都是在风速不太大的情况下形成的，风速加大时会导致湍流加强，上下层气团互相交换能量，云海就不易形成。
　　3.4 平均气温日较差
　　云海往往形成在夏天雨后或是冷空气来临之际，而冷空气来临前，通常有不同程度的升温[10]。本文通过分析丹霞山出现可观赏性云海的当日及前1天平均气温日较差高于0℃的情况得出，可观赏性云海形成前1天平均气温日较差高于0℃的平均几率为66.22%，形成当天平均气温日较差高于0℃的平均几率为71.62%，2d中至少有2d平均气温日较差高于0℃的平均几率为89.19%。
　　从丹霞山可观赏性云海出现当天及前1d平均气温日较差高于0℃几率表可见，可观赏性云海形成当天及前1天，2d中至少有1d平均气温日较差高于0℃的最小几率为62.50%，2d中至少有1d平均气温日较差高于0℃几率高于70.00%的共有10个月份，其中几率为100.00%的有7个月份，表明在绝大多数情况下，可观赏性云海形成的当天或前1天平均气温日较差高于0℃，这可作为丹霞山可观赏性云海预报的一个可靠依据。
　　4 丹霞山可观赏性云海预报
　　通过对降水、相对湿度、风速、平均气温日较差4个要素的统计分析发现，在有降水出现、相对湿度较大、风速较小，平均气温日较差高于0℃的条件下，丹霞山可观赏性云海出现的概率较大。本文对降水、相对湿度、风速、平均气温日较差等要素进行0/1值处理，根据这些要素与可观赏性云海的相关系数是否通过显著性检验来选定预报因子，建立丹霞山云海预报方程。
　　当天有降雨的情况与可观赏性云海的相关系数值为0.077，前1d有降雨的情况雨可观赏性云海的相关系数值为0.060，当天气温日较差高于0的情况与可观赏性云海的相关系数值为0.072，前1d气温日较差高于0的情况与可观赏性云海的相关系数值为0.049，相对湿度高于80%的情况与可观赏性云海的相关系数值为0.093，以上相关系数值均通过了α=0.05的显著性检验。风速与可观赏性云海的相关系数值为0.022，未通过显著性检验。
　　国外大量的研究表明[11-15]，概率天气预报的经济价值明显高于传统的分类预报，且概率形势的预报更适合于现代经济生产决策的日益客观化、定量化和精细化需要。因此，本文选定当天有雨、前1d有雨、当前气温日较差高于0、前1d气温日较差高于0和相对湿度高于80%等5个要素作为预报因子，使用REEP方法建立可观赏性云海的事件概率回归方程如下：
　　Y=-0.021+0.0213A+0.009B+ 0.031C+0.020D+0.026E
　　预报方程中A、B、C、D、E值为1或0。其中预报有雨则A为1，否则A为0;预报前1d有雨则B为1，否则B为0;预报当天气温日较差≥0则C为1，否则C为0;预报前1d气温气温日较差≥0则D为1，否则D为0;预报当天相对湿度≥80%则E为1，否则为0。云海预报方程通过α=0.05的显著性检验。
　　5 结论
　　丹霞山云海日数年变化成上升趋势，云海主要出现在冬季和春季，其次是秋季，夏季最少;1—5月和11—12月的云海平均日数最多，6—9月的云海平均日数较少。
　　丹霞山可观赏性云海形成前1天会出现降水的平均几率为71.62%，形成当天会出现降水的平均几率为75.68%，2d中至少有1d出现降水的平均几率为86.49%。丹霞山可观赏性云海出现当天平均相对湿度为88.68%，丹霞山可观赏性云海出现时平均相对湿度在84.17%以上。丹霞山可观赏性云海出现时的平均风速值为1.35m/s。丹霞山可观赏性云海形成前1d平均气温日较差高于0℃的平均几率为66.22%，形成当天平均气温日较差高于0℃的平均几率为71.62%，2d中至少有1d平均气温日较差高于0℃的平均几率为89.19%。通过对降水、相对湿度、风速、平均气温日较差4个要素的统计分析发现，在有降水出现、相对湿度较大、风速较小，平均气温日较差高于0℃的条件下，丹霞山可观赏性云海出现的概率较大。 　　本文选定相关系数通过α=0.05显著性检验的当天有雨、前1d有雨、当前气温日较差高于0、前1d气温日较差高于0和相对湿度高于80%等5个要素作为预报因子，使用REEP方法建立可观赏性云海的事件概率回归方程，该方程通过α=0.05的显著性检验，故可应用于丹霞山云海预报服务。
　　由于丹霞山云海数据不是直接的观测资料，而是通过FY-2E云分类数据及雾数据资料订正而来，数据存在一定的误差性，这种误差需要在后期的云海预报服务中，通过不断的订正来降低误差导致的准确率。
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　　作者简介：
　　付炳秀（1990-），女，学士，助理工程师。研究方向：天气预报工作和地面气象观测。
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