俗話說:七月八月看巧云。陰歷的七八月,天高云淡,空中常掛滿了千姿百態(tài)的云朵。有些細(xì)心的人發(fā)現(xiàn),比起從前,現(xiàn)在的云好像增多了。果然如此嗎?
天上云量如何測算衛(wèi)星云圖和地面觀測相結(jié)合
云不僅僅是可以用來欣賞的,還是我們“識天”的好工具。自古以來,勞動人民在生產(chǎn)、生活的實踐中,積累了很多“出門看天氣”的寶貴經(jīng)驗。所謂“看天”,其實主要是看云。
我國關(guān)于云與天氣變化的記載,可以追溯到殷商時期。在河南挖掘出的甲骨文中就有“冬云自南,雨”的卜辭。此外,老百姓通過長時間觀察云和天氣,留下了很多相關(guān)諺語,例如“低云不走,大雨淋頭”、“朝霞不出門,晚霞行千里”等。
云是懸浮在大氣中的小水滴、過冷水滴、冰晶或它們的混合物組成的可見聚合體,有時候也包含一些較大的雨滴、冰粒和雪晶。云塊占據(jù)天空的面積就是云量,計算單位為“成”,云是一種重要的天氣現(xiàn)象,云在天氣和氣候及全球變化中起到十分重要的作用。它在氣候系統(tǒng)中最主要的作用之一就是調(diào)節(jié)地氣系統(tǒng)的輻射能量平衡。同時,云的外形特征和云量大小,可以清楚地反映出當(dāng)前的大氣環(huán)流和天氣狀況,因此云是重要的氣象觀測要素之一。
隨著科技的發(fā)展,氣象上的很多觀測項目已經(jīng)改為自動化或半自動化。而當(dāng)前云的觀測既有氣象衛(wèi)星提供的衛(wèi)星云圖,也有由地面氣象觀測員定時進(jìn)行的人工觀測。這是因為,衛(wèi)星云圖可以清楚地反映出較大范圍內(nèi)云的分布和演變,而地面氣象站云的觀測報告則是各地天空中的云和天氣狀況的詳細(xì)記載,兩者相輔相成。
地面氣象站觀測云時,一般選擇在能看到全部天空及地平線的開闊地點或平臺。當(dāng)天空部分為障礙物(如山、房屋等)遮蔽時,云量應(yīng)從未被遮蔽的天空部分中估計,如果一部分天空為降水所遮蔽,這部分天空應(yīng)作為被產(chǎn)生降水的云所遮蔽來看待。此外,如果觀測時陽光較強,還需戴上黑色(或暗色)眼鏡遮擋。
我們通常將整個天空劃分為10等份,云量是指天空被云遮蔽的份數(shù),記整數(shù),共有0-10個等級。當(dāng)全天無云時,云量為“0”;天空完全為云所遮蔽,記“10”,云遮蓋天空一半時,云量為“5”(就是50%),以此類推。云量還分為總云量和低云量兩種,總云量指觀測天空被所有云遮蔽的總成數(shù),低云量則指天空被低云族的云所遮蔽的成數(shù)。當(dāng)雪、霧、輕霧使天空的云量無法辨明或不能完全辨明時,總、低云量記10;可完全辨明時,按正常情況記錄。因霾、浮塵、沙塵暴、揚沙等視程障礙現(xiàn)象使天空云量全部或部分不能辨明時,總、低云量記“-”,若能完全辨明時,則按正常情況記錄。
我們經(jīng)常使用的天氣預(yù)報中提到的晴、少云、多云和陰,就是根據(jù)云量的多少劃分的。天空無云,或者總云量少于1成,則為“晴天”,總云量1-3成為“少云”;3-7成為“多云”,當(dāng)云量在8成以上時則是“陰天”。
我國云量南多北少夏季常“濃云密布”
在全球范圍內(nèi),天空中平均總云量約為67%,不過它的分布是非常不均勻的。全球總云量隨緯度和海陸的變化有較大差異。一般來說,云量在海洋地區(qū)高于陸地地區(qū)。由赤道至兩極附近,云量的分布有三個峰值帶,一個位于赤道附近,另外兩個分別位于南北緯60°附近,云量可達(dá)到90%。赤道地區(qū)云量之所以多,是因為該地區(qū)接收到的太陽輻射能量最多,水汽充分,垂直氣流發(fā)展旺盛。在南北回歸線附近,云量又出現(xiàn)低值區(qū),因為這個區(qū)域處在環(huán)流的下流區(qū),來自赤道地區(qū)的上升氣流在此下沉,抑制了云的生成。非洲北部、中東、印度西北部、北美洲南部以及中美洲部分地區(qū)、澳大利亞、南美洲以及非洲的南部地區(qū)云量都比較少,只有30%左右。中東和撒哈拉地區(qū)是世界上云量最少的地區(qū)。天空中云量甚至低于10%。
相比全球,我國年平均總云量略微偏少,為61%。由于我國地域緯度跨越較大,云量在南北的分布差異較大,從南到北呈帶狀分布而減少,緯度越高,云量越少。總云量空間分布與我國氣候環(huán)境相關(guān),北部地區(qū)氣候干旱、少雨、云量少;南部水汽供應(yīng)充足及受季風(fēng)影響,云量多。同一緯度下,東部云量多于西部。
我國多云區(qū)域主要在西南地區(qū)東部、東北東部、新疆西北部。西南的云貴川地區(qū)、華南、江南等地云量非常多,超過65%,以貴州的湄潭為中心,年平均總云量最多可達(dá)到87%。這些地方云量多主要與西南季風(fēng)、水汽供應(yīng)充足和高原的動力作用有關(guān)。云量偏少的區(qū)域位于北方干旱區(qū)域,包括新疆北部、內(nèi)蒙古東部、東北西部、華北北部、青藏高原等。其中北京、呼和浩特、拉薩等也屬于少云的城市。青藏高原地域由于受夏季高原地形影響,空間分布比較復(fù)雜,總云量在35-65%之間。青藏高原東部云量多,西部云量少。西藏南部的江孜地區(qū)是高原總云量最少區(qū)域。
我國總云量分布與季風(fēng)氣候特征密切相關(guān),呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)變化特征。一般來說,夏季是我國夏季風(fēng)最強盛時期,暖濕氣流供應(yīng)充足,同時溫度高,蒸發(fā)量大,從而形成了云量最多的時期,尤其5、6、7這三個月的平均總云量可達(dá)6-7成。而冬季影響我國的氣流主要是西北干冷空氣,同時溫度低,蒸發(fā)量少,云朵難以形成,是一年中云量明顯偏少的一段時間,12月平均總云量甚至不足4成。
近十年我國總云量明顯上升多云天致太陽能資源減少
統(tǒng)計表明,1961-2015年,我國平均總云量年代際變化特征明顯,20世紀(jì)90年代中期以前呈減少趨勢,而之后呈現(xiàn)反轉(zhuǎn)趨勢,總云量在波動中上升。尤其是最近十多年以來,我國年平均白天的總云量呈明顯上升趨勢。2015年全國平均總云量比常年偏多了0.27成。
全國各地云量的變化不盡相同,通過部分專家的研究發(fā)現(xiàn),近幾十年來,青藏高原、西南地區(qū)、西北地區(qū)等總云量的年際變化呈下降趨勢,而華南和華中、北方部分地區(qū)、新疆北部等地總云量有增加的趨勢。
大自然變化的奧秘是十分復(fù)雜的。關(guān)于近十年我國云量整體增加的原因,人們并不能得出肯定的結(jié)論,只是有人做過一些推測。比如有人認(rèn)為是氣溶膠含量增加引起的,也有人認(rèn)為是氣候變暖引發(fā)的效應(yīng)。
云量的變化直接影響日照。2000年以來,我國日照時數(shù)明顯減少,大多數(shù)年份低于常年平均值,這可能與云量增多有關(guān)。日照的長短與人類生活、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)密切相關(guān),如果日照時數(shù)減少,可能影響人類的日常生活,例如,縮短人類皮膚的有效日曬時間,造成人類皮膚的免疫力下降、佝僂病和骨軟化癥的誘發(fā)機因增多,對人類健康產(chǎn)生影響。日照時數(shù)減少還可能對小麥、玉米、棉花、水稻等主要農(nóng)作物的生長造成不利影響,甚至還可能影響作物的種植適宜區(qū)域。
此外,云量增加會減少地面所接受到的太陽能輻射量。2004年以來,我國云量超8成的日數(shù)漸增多,導(dǎo)致地面接收的太陽能輻射量漸減少。例如,2015年云量超過8成的比常年偏高7.2%,而太陽能資源為1476.1千瓦時/平方米,較平均值偏少24.8千瓦時/平方米。
有研究報告表明,2016年12月20日與12月某天氣較良好日相比,北京、石家莊、鄭州、西安、合肥等9地陰雨等天氣導(dǎo)致空中云量明顯增加,從而造成光伏發(fā)電量大幅下降,發(fā)電量降低幅度達(dá)54.9%-95.2%,其中西安、合肥降幅均超過90%。
天上云量如何測算衛(wèi)星云圖和地面觀測相結(jié)合
云不僅僅是可以用來欣賞的,還是我們“識天”的好工具。自古以來,勞動人民在生產(chǎn)、生活的實踐中,積累了很多“出門看天氣”的寶貴經(jīng)驗。所謂“看天”,其實主要是看云。
我國關(guān)于云與天氣變化的記載,可以追溯到殷商時期。在河南挖掘出的甲骨文中就有“冬云自南,雨”的卜辭。此外,老百姓通過長時間觀察云和天氣,留下了很多相關(guān)諺語,例如“低云不走,大雨淋頭”、“朝霞不出門,晚霞行千里”等。
云是懸浮在大氣中的小水滴、過冷水滴、冰晶或它們的混合物組成的可見聚合體,有時候也包含一些較大的雨滴、冰粒和雪晶。云塊占據(jù)天空的面積就是云量,計算單位為“成”,云是一種重要的天氣現(xiàn)象,云在天氣和氣候及全球變化中起到十分重要的作用。它在氣候系統(tǒng)中最主要的作用之一就是調(diào)節(jié)地氣系統(tǒng)的輻射能量平衡。同時,云的外形特征和云量大小,可以清楚地反映出當(dāng)前的大氣環(huán)流和天氣狀況,因此云是重要的氣象觀測要素之一。
隨著科技的發(fā)展,氣象上的很多觀測項目已經(jīng)改為自動化或半自動化。而當(dāng)前云的觀測既有氣象衛(wèi)星提供的衛(wèi)星云圖,也有由地面氣象觀測員定時進(jìn)行的人工觀測。這是因為,衛(wèi)星云圖可以清楚地反映出較大范圍內(nèi)云的分布和演變,而地面氣象站云的觀測報告則是各地天空中的云和天氣狀況的詳細(xì)記載,兩者相輔相成。
地面氣象站觀測云時,一般選擇在能看到全部天空及地平線的開闊地點或平臺。當(dāng)天空部分為障礙物(如山、房屋等)遮蔽時,云量應(yīng)從未被遮蔽的天空部分中估計,如果一部分天空為降水所遮蔽,這部分天空應(yīng)作為被產(chǎn)生降水的云所遮蔽來看待。此外,如果觀測時陽光較強,還需戴上黑色(或暗色)眼鏡遮擋。
我們通常將整個天空劃分為10等份,云量是指天空被云遮蔽的份數(shù),記整數(shù),共有0-10個等級。當(dāng)全天無云時,云量為“0”;天空完全為云所遮蔽,記“10”,云遮蓋天空一半時,云量為“5”(就是50%),以此類推。云量還分為總云量和低云量兩種,總云量指觀測天空被所有云遮蔽的總成數(shù),低云量則指天空被低云族的云所遮蔽的成數(shù)。當(dāng)雪、霧、輕霧使天空的云量無法辨明或不能完全辨明時,總、低云量記10;可完全辨明時,按正常情況記錄。因霾、浮塵、沙塵暴、揚沙等視程障礙現(xiàn)象使天空云量全部或部分不能辨明時,總、低云量記“-”,若能完全辨明時,則按正常情況記錄。
我們經(jīng)常使用的天氣預(yù)報中提到的晴、少云、多云和陰,就是根據(jù)云量的多少劃分的。天空無云,或者總云量少于1成,則為“晴天”,總云量1-3成為“少云”;3-7成為“多云”,當(dāng)云量在8成以上時則是“陰天”。
我國云量南多北少夏季常“濃云密布”
在全球范圍內(nèi),天空中平均總云量約為67%,不過它的分布是非常不均勻的。全球總云量隨緯度和海陸的變化有較大差異。一般來說,云量在海洋地區(qū)高于陸地地區(qū)。由赤道至兩極附近,云量的分布有三個峰值帶,一個位于赤道附近,另外兩個分別位于南北緯60°附近,云量可達(dá)到90%。赤道地區(qū)云量之所以多,是因為該地區(qū)接收到的太陽輻射能量最多,水汽充分,垂直氣流發(fā)展旺盛。在南北回歸線附近,云量又出現(xiàn)低值區(qū),因為這個區(qū)域處在環(huán)流的下流區(qū),來自赤道地區(qū)的上升氣流在此下沉,抑制了云的生成。非洲北部、中東、印度西北部、北美洲南部以及中美洲部分地區(qū)、澳大利亞、南美洲以及非洲的南部地區(qū)云量都比較少,只有30%左右。中東和撒哈拉地區(qū)是世界上云量最少的地區(qū)。天空中云量甚至低于10%。
相比全球,我國年平均總云量略微偏少,為61%。由于我國地域緯度跨越較大,云量在南北的分布差異較大,從南到北呈帶狀分布而減少,緯度越高,云量越少。總云量空間分布與我國氣候環(huán)境相關(guān),北部地區(qū)氣候干旱、少雨、云量少;南部水汽供應(yīng)充足及受季風(fēng)影響,云量多。同一緯度下,東部云量多于西部。
我國多云區(qū)域主要在西南地區(qū)東部、東北東部、新疆西北部。西南的云貴川地區(qū)、華南、江南等地云量非常多,超過65%,以貴州的湄潭為中心,年平均總云量最多可達(dá)到87%。這些地方云量多主要與西南季風(fēng)、水汽供應(yīng)充足和高原的動力作用有關(guān)。云量偏少的區(qū)域位于北方干旱區(qū)域,包括新疆北部、內(nèi)蒙古東部、東北西部、華北北部、青藏高原等。其中北京、呼和浩特、拉薩等也屬于少云的城市。青藏高原地域由于受夏季高原地形影響,空間分布比較復(fù)雜,總云量在35-65%之間。青藏高原東部云量多,西部云量少。西藏南部的江孜地區(qū)是高原總云量最少區(qū)域。
我國總云量分布與季風(fēng)氣候特征密切相關(guān),呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)變化特征。一般來說,夏季是我國夏季風(fēng)最強盛時期,暖濕氣流供應(yīng)充足,同時溫度高,蒸發(fā)量大,從而形成了云量最多的時期,尤其5、6、7這三個月的平均總云量可達(dá)6-7成。而冬季影響我國的氣流主要是西北干冷空氣,同時溫度低,蒸發(fā)量少,云朵難以形成,是一年中云量明顯偏少的一段時間,12月平均總云量甚至不足4成。
近十年我國總云量明顯上升多云天致太陽能資源減少
統(tǒng)計表明,1961-2015年,我國平均總云量年代際變化特征明顯,20世紀(jì)90年代中期以前呈減少趨勢,而之后呈現(xiàn)反轉(zhuǎn)趨勢,總云量在波動中上升。尤其是最近十多年以來,我國年平均白天的總云量呈明顯上升趨勢。2015年全國平均總云量比常年偏多了0.27成。
全國各地云量的變化不盡相同,通過部分專家的研究發(fā)現(xiàn),近幾十年來,青藏高原、西南地區(qū)、西北地區(qū)等總云量的年際變化呈下降趨勢,而華南和華中、北方部分地區(qū)、新疆北部等地總云量有增加的趨勢。
大自然變化的奧秘是十分復(fù)雜的。關(guān)于近十年我國云量整體增加的原因,人們并不能得出肯定的結(jié)論,只是有人做過一些推測。比如有人認(rèn)為是氣溶膠含量增加引起的,也有人認(rèn)為是氣候變暖引發(fā)的效應(yīng)。
云量的變化直接影響日照。2000年以來,我國日照時數(shù)明顯減少,大多數(shù)年份低于常年平均值,這可能與云量增多有關(guān)。日照的長短與人類生活、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)密切相關(guān),如果日照時數(shù)減少,可能影響人類的日常生活,例如,縮短人類皮膚的有效日曬時間,造成人類皮膚的免疫力下降、佝僂病和骨軟化癥的誘發(fā)機因增多,對人類健康產(chǎn)生影響。日照時數(shù)減少還可能對小麥、玉米、棉花、水稻等主要農(nóng)作物的生長造成不利影響,甚至還可能影響作物的種植適宜區(qū)域。
此外,云量增加會減少地面所接受到的太陽能輻射量。2004年以來,我國云量超8成的日數(shù)漸增多,導(dǎo)致地面接收的太陽能輻射量漸減少。例如,2015年云量超過8成的比常年偏高7.2%,而太陽能資源為1476.1千瓦時/平方米,較平均值偏少24.8千瓦時/平方米。
有研究報告表明,2016年12月20日與12月某天氣較良好日相比,北京、石家莊、鄭州、西安、合肥等9地陰雨等天氣導(dǎo)致空中云量明顯增加,從而造成光伏發(fā)電量大幅下降,發(fā)電量降低幅度達(dá)54.9%-95.2%,其中西安、合肥降幅均超過90%。