贛州地區(qū)云量變化特征及其與降水的關(guān)系

朱凌金，郭鑫宇，曾梵高

1.贛州市贛縣區(qū)氣象局，江西贛縣 341100；2.江西省贛州市氣象局，江西贛州341000

贛州位于江西省南部，東有武夷山脈，南有九連山脈、大余嶺，西有諸廣山脈，北有天湖山、大鳥山和靈華山，具有周高中低、南高北低的地理特點(diǎn)。贛南地處中亞熱帶南緣，屬亞熱帶丘陵山區(qū)濕潤季風(fēng)氣候區(qū)。贛州氣候溫和，光照適宜，四季分明，春秋短而夏冬長，熱量豐富，雨量充沛，酷暑和嚴(yán)寒時(shí)間短，無霜期長，春、夏降水相對集中，冬、夏季風(fēng)盛行。但在全球氣候變暖的大背景下，各種極端氣候事件和氣象災(zāi)害及其衍生災(zāi)害呈多發(fā)、頻發(fā)態(tài)勢。贛州是江西省氣象災(zāi)害發(fā)生最頻繁的地區(qū)之一，不僅災(zāi)害種類多、影響范圍大、所造成的損失也呈逐年上升的趨勢。

云是一種的重要天氣現(xiàn)象，是影響氣候系統(tǒng)的重要因素；云在地氣系統(tǒng)中對調(diào)節(jié)輻射能量平衡起決定性作用[1]。云和輻射是影響氣候系統(tǒng)的重要因素，而云又是氣候系統(tǒng)中最不確定的因素。據(jù)報(bào)道，在全球范圍內(nèi)，云量變化存在顯著差異。美國、前蘇聯(lián)、加拿大北部及歐洲大部分地區(qū)自20世紀(jì)50年代以來云量增加，這與降水增加、溫度日較差減少相一致；但在中國、意大利和歐洲中部地區(qū)云量卻有所減少。

近年來，我國學(xué)者對云的氣候變化特征開展了深入研究，Kaiser[2]根據(jù)中國云量和氣溫觀測資料，發(fā)現(xiàn)自20世紀(jì)50年代以來白天和夜間云量都呈減少趨勢。曾昭美等[3]根據(jù)近40年中國云量對比日照時(shí)數(shù)資料，發(fā)現(xiàn)云量在下降的同時(shí)，日照時(shí)數(shù)也在持續(xù)下降。陳楠等[4]指出，寧夏的總云量和低云量都在減少，其中低云量減少顯著。劉洪利等[5]利用國際衛(wèi)星云氣候計(jì)劃（ISCCP）的D2資料和地面觀測站的云量資料，對比分析發(fā)現(xiàn)我國華北和南海北部的總云量在減少，四川盆地、長江三角洲等地區(qū)低云量異常減少，而天山、帕米爾高原、柴達(dá)木盆地及橫斷山脈等地區(qū)的低云量則在增加。吳偉等[6]研究發(fā)現(xiàn)我國35°N以北地區(qū)東部總云量、低云量呈明顯減少趨勢，而西北區(qū)西部略有增加；低云量與降水量呈較顯著的正相關(guān)，是降水的主要影響因素。

在全球變暖背景下，云量變化在中國各地區(qū)存在明顯差異，初步揭示了云量的演變特征及其與氣溶膠的關(guān)系，以及氣溶膠對溫、降水的影響。贛州地處南嶺山脈以北、武夷山脈之西、羅霄山脈之東，是熱帶氣候向亞熱帶氣候過渡的地帶，具有獨(dú)特的氣候特點(diǎn)。而目前對贛州地區(qū)云量氣候變化特征的研究較少，利用贛州17個(gè)縣氣象站的云量資料，對贛州地區(qū)云量的季節(jié)、年際變化及其與降水量的關(guān)系進(jìn)行分析，為更好地利用空中水資源，高效開展人工增雨業(yè)務(wù)服務(wù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

贛州市位于江西省南部，地理范 圍 為（24°29′ ~27°09′ N，113°54′ ~116°38′ E）（圖1）。贛州境內(nèi)以丘陵為主，年平均氣溫在18.4℃~19.8℃之間，年降水量1 580 mm左右，年日照時(shí)數(shù)為1 620 h左右。無霜期長，四季分明，氣候溫和，熱量豐富，降水充沛，但伏秋季易旱，暴雨、干旱、低溫雨雪冰凍、大風(fēng)和冰雹等氣象災(zāi)害時(shí)有發(fā)生，屬典型亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候。

圖1 研究區(qū)氣象站分布

2 資料與方法

云量資料來自贛州市17個(gè)縣氣象站1961—2011年逐日總云量、低云量觀測資料。

利用贛州市17個(gè)縣氣象站歷年逐日總云量、低云量觀測資料的平均值，對贛州總云量和低云量的年際變化和季節(jié)變化特征進(jìn)行分析，采用一元回歸方法分析總云量、低云量隨時(shí)間變化的氣候傾向率；采用相關(guān)分析方法，對贛州地區(qū)的總云量、低云量分別與年降水量和不同季節(jié)降水量進(jìn)行相關(guān)分析。

所用日云量為08:00、14:00、20:00共3次觀測的平均值，平均云量為17個(gè)縣氣象站的平均，并劃分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，將季節(jié)內(nèi)相加再取平均作為季平均。

3 結(jié)果與分析

3.1 云量的年際變化

圖2是贛州云量的年際變化趨勢，從圖2可以看出，總云量的年際變化較小，大部分年份都在平均值附近徘徊，且振幅不大。低云量的年際變化較大，且有明顯的增加趨勢，其增加趨勢率為0.26成/10年（R2=0.7155，P＜0.001），年平均低云量約占年平均總云量的73%。

圖2 1961—2011年贛州地區(qū)年平均總云量、低云量變化

3.2 云量的季節(jié)變化

贛州地區(qū)不同季節(jié)總云量、低云量分布有明顯的差異（表1）。季平均總云量春季最多，夏季次之，秋季最少；季平均低云量則是春季最多，冬季次之，秋季最少。

表1 贛州地區(qū)四季、年平均云量

各季季平均云量年際變化也有較大的差異，除春季總云量的年際變化較小外，夏季、秋季和冬季總云量的年際變化都較大，但各季總云量的趨勢變化不明顯。從圖3可知，各季低云量的年際變化差異較大，但隨時(shí)間變化均呈增加趨勢，春、夏、秋、冬季的增加趨勢率分別為0.27成/10年（R2=0.5846，P＜0.001）、0.23成/10年（R2=0.6226，P＜0.001）、0.18成/10年（R2=0.3459，P＜0.05）、0.34成/10年（R2=0.4999，P＜0.001）。可見冬季低云量隨時(shí)間增加速度最快，尤其是20世紀(jì)80年代后最為明顯。

圖3 1961—2011年贛州地區(qū)四季總云量、低云量變化

3.3 云量與降水量的相關(guān)分析

3.3.1 總云量相關(guān)分析表明：年平均總云量與年總降水量存在顯著的正相關(guān)，年平均總云量增加1成，年總降水量將增加53.3 mm（R2=0.7052，P＜0.001)。四季總云量與降水量均呈正的相關(guān)關(guān)系，各季總云量對降水量影響最顯著的是春季，春季總云量增加一成，季總降水量將增加86 mm（R2=0.6377，P＜0.001)；而夏季、秋季、冬季總云量增加10%時(shí)，其降水量分別 增 加39 mm（R2=0.3679，P＜0.01)、24 mm（R2=0.6075，P＜0.001)、20 mm（R2=0.5518，P＜0.001)。

3.3.2 低云量相關(guān)分析表明，低云量與降水量也有明顯的正相關(guān)，但相關(guān)的顯著性不如總云量（表2）。年平均低云量增加10%，年總降水量將增加232 mm（R=0.4518，P＜0.001)。 四季低云量與降水量也呈正相關(guān)，各季中低云量與降水量相關(guān)最顯著的是秋季，其次是冬季、夏季和春季。春、夏、秋、冬季低云量增加10%時(shí)，季降水量則分別增加29 mm（R=0.3144，P＜0.05)、32 mm（R2=0.3365，P＜0.05)、22 mm（R2=0.5472，P＜0.001)、16 mm（R2=0.5367，P＜0.001)。

表2 贛州地區(qū)總、低云量與降水量的相關(guān)系數(shù)

4 結(jié)論與討論

通過對贛州地區(qū)總云量、低云量年際與季節(jié)變化特征及其降水量與云量相關(guān)特征的分析，可以得出如下幾點(diǎn)結(jié)論。

（1）贛州地區(qū)總云量沒有明顯的變化趨勢；低云量年際變化較大，但與國內(nèi)其他地區(qū)低云變化趨勢不同[7-10]，贛州低云量呈明顯的增加趨勢，其增加趨勢率為0.26成/10年。

（2）贛州地區(qū)四季云量以春季云量最多，秋季云量最少；各季總云量的變化趨勢不明顯，但各季低云量隨時(shí)間均呈明顯的增加趨勢。尤其是冬季低云量隨時(shí)間增加速度最快，增加速率為0.34成/10年。

（3）贛州地區(qū)年平均總云量與年總降水量存在顯著的正相關(guān)，年平均總云量增加10%，年總降水量將增加53.3 mm；四季總云量與降水量也呈正相關(guān)關(guān)系，各季總云量對降水量影響最顯著的是春季。

（4）贛州地區(qū)低云量與降水量也呈明顯的正相關(guān)關(guān)系，但相關(guān)顯著性不如總云量，年平均低云量增加10%，年總降水量將增加232 mm；四季低云量與降水量為正相關(guān)關(guān)系，各季低云量對降水量影響最顯著的則是秋季。

國內(nèi)學(xué)者研究表明[11-12]，作為云的重要參數(shù)之一，云量參數(shù)的任何變化都可能對全球氣候產(chǎn)生重大影響。它在地球氣候系統(tǒng)的輻射能量收支和水分循環(huán)過程中具有重要的作用，直接影響著地氣系統(tǒng)的輻射平衡、熱量平衡和溫濕分布，并對地氣系統(tǒng)的能量交換和水循環(huán)交換起調(diào)控作用。同時(shí)，云也是氣候系統(tǒng)的內(nèi)部參數(shù)，參與多種正、負(fù)反饋過程，致使云和氣候的關(guān)系變得異常復(fù)雜。云的宏觀和微觀物理特性在空間和時(shí)間上的差異很大，研究云的微物理特征，不僅有助于對全球氣候變化的研究，而且對認(rèn)識(shí)人類活動(dòng)對環(huán)境造成的影響也十分重要。此處采用的資料只考慮了總云量和低云量，沒有考慮高云量和中云量的變化特征。因此, 今后還需要結(jié)合其他云量資料進(jìn)一步分析贛州地區(qū)云的變化特征和趨勢。另外，關(guān)于云量與降水量相互影響的機(jī)理以及云量變化的原因等問題還有待進(jìn)一步研究。