萬年縣夏季裸露土壤地表最高溫度特征淺析

胡 磊,高 波

(1.江西省氣象局,江西 南昌330046; 2.萬年縣氣象局,江西 上饒335500)

1 引言

地表溫度是地表能量平衡中的一個重要參數(shù)，它與近地面氣溫的差異極大的影響著地-氣之間的能量交換，理論上是生態(tài)環(huán)境、地球表層物理過程的重要參數(shù)，它在氣象、水文、交通、植被生態(tài)及環(huán)境監(jiān)測等方面都有著重要的應用價值， 它的空間分布關系對人民健康、旅游環(huán)境、特別是農林業(yè)生產有著重要的意義， 因此關于地表溫度的研究一直備受科學家的關注。 同時，隨著氣象事業(yè)的數(shù)字化、現(xiàn)代化，人們對氣象預報產品的認可度和需求面開始逐漸延伸。 現(xiàn)有天氣預報只是局限于預測未來空氣最高、最低溫度的現(xiàn)狀， 已經(jīng)遠遠不能滿足人們豐富多彩的現(xiàn)代生活。 比如夏季地表最高溫度需求就十分迫切。炎炎夏日，無論是城市還是鄉(xiāng)村，地面溫度往往比預報中的氣溫高出很多， 嚴重的影響了人們的日常生活，但是目前卻沒有此項預報。

地表溫度的研究日益重要， 特別是開展夏季裸露土壤地表最高溫度預報的研究， 可以進一步增強氣象預報服務能力，豐富公共氣象服務產品，更加擴大氣象事業(yè)對社會的影響力， 解除了人們對夏季最高氣溫預報不準或者不敢發(fā)布的誤解。 同時，發(fā)布夏季裸露土壤地表最高溫度， 也有利于城市資源合理調度和規(guī)劃建設及保障， 工農業(yè)生產的合理安排和正常保障， 為百姓合理安排日常外出活動和戶外勞作提供更多氣象參考依據(jù)。

近年來， 國內氣象科學工作者也相應強化了有關極端高溫方面的研究。 2004年姜會飛,廖樹華[1]等人在《地面溫度與氣溫關系的統(tǒng)計分析》中提出日平均地溫與氣溫有很好的相關性， 地溫氣溫模擬模型為正相關方程，相關系數(shù)高達0.99。 2009年范玉芬、張瑞萍[2]等人在《嘉興市夏季水泥地面溫度特征分析與預報》中連續(xù)3 a 對水泥、柏油等地面進行觀測，找出夏季水泥地面溫度變化特性, 分析影響水泥地面最高溫度的氣象因子, 并建立可行有效的預報方法。2005年張敏、張榮霞[3]等在《聊城地面溫度與氣溫的相關分析》 中指出在特殊的天氣條件和遇到特殊的下墊面時,地面溫度與氣溫的關系有可能出現(xiàn)種種復雜情況。

2 資料來源及說明

本文采用江西萬年縣地面氣象站1981-2010年30 a 夏季（6月1日-8月31日，以下同）逐日觀測場裸露地表最高溫度、日最高氣溫、02時氣溫、08時氣溫、14時氣溫、14時0 cm 地溫、20-08時降水、08-20時降水、20-20時降水、日照、02時風速、08時風速、14時風速、20時風速、日平均風速、14時地表氣溫、14時相對濕度、日平均相對濕度、日最低氣溫、08時總云量、08時低云量、14時總云量、14時低云量、20時總云量和20時低云量等25 個氣象因子。 通過線性分析研究萬年裸露地表夏季最高氣溫的變化特征。

3 特征分析

3.1 日極值情況

1981-2010年， 萬年縣地表溫度最高值出現(xiàn)在1991年7月26日，為73.1 ℃；最低值出現(xiàn)在1995年6月7日， 為22.2 ℃。 最高氣溫最高值出現(xiàn)在1988年7月18日，為41.2 ℃；最低值出現(xiàn)在2001年6月3日，為20 ℃。 二者日較差最大值出現(xiàn)在1994年8月7日， 當時地表最高溫度為70.8 ℃， 最高氣溫為36.2 ℃， 二者相差34.6 ℃。 二者日較差最小值為0℃， 發(fā)生在1982年6月14日， 當時二者溫度均為26.6 ℃。 但這30 a 夏季中也有17 d 最高氣溫大于地表最高溫度，其中以1996年6月20日差值最大，前者比后者高1.5 ℃。

分析萬年夏季地表日最高溫度距平， 可以發(fā)現(xiàn)（圖1）：6月均為負距平，7月均為正距平， 尤其是7月中下旬，8月前期為正距平，后期逐漸轉為負距平。整體表現(xiàn)為地表最高溫度7月最高，6月最低，8月居中。

圖1 1981-2010年夏季地表日最高平均溫度距平分析

3.2 月平均溫度變化特征

萬年縣夏季地表最高溫度月平均值總體上7月為最高，其次是8月，6月最低，與日最高溫度變化一致。以2006年8月61.6 ℃為最高，1988年7月61.4℃次之，以1995年6月35.7 ℃為最低。

對萬年縣1981-2010年6月地表最高溫度平均值進行線性擬合，得到趨勢方程：y=-0.2875x+441.02（R2=0.0054）（式中x 為時間、y 為地表最高溫度），即近30 a 萬年縣6月地表最高溫度整體呈下降趨勢，下降速率為0.29 ℃/10 a。 依次分析7、8月地表最高溫度變化趨勢， 趨勢方程分別為y=0.4867x+523.72（R2=0.0086）；y=-0.4229x+530.55（R2=0.0091），發(fā)現(xiàn)8月地表最高溫度也整體呈下降趨勢， 下降速率為0.423 ℃/10 a,下降趨勢明顯高于6月份，7月地表最高溫度整體呈上升趨勢，上升速率為0.487 ℃/10 a。

分析萬年縣夏季地表最高溫度與最高氣溫的相關關系，可以發(fā)現(xiàn)二者變化趨勢的一致性較強，且地表最高溫度的日均值明顯大于最高氣溫的日均值。最高氣溫與地面最高溫度線性相關系數(shù)為0.89，與14時氣溫的相關系數(shù)為0.72， 最高氣溫更加符合地表最高溫度的變化特征。1981-2010年夏季最高氣溫平均值為32.9 ℃，地表最高溫度平均值為49.8 ℃，二者相差16.9 ℃，后者是前者的1.51倍。

4 地表最高溫度的影響因素分析

對裸露地表最高溫度、日最高氣溫、02時氣溫、08時氣溫、14時氣溫、14時0 cm 地 溫、20-08時降水、08-20時降水、20-20時降水、日照、02時風速、08時風速、14時風速、20時風速、日平均風速、14時地表氣溫、14時相對濕度、日平均相對濕度、日最低氣溫、08時總云量、08時低云量、14時總云量、14時低云量、20時總云量和20時低云量等25 個氣象因子進行多元線性回歸分析， 剔除掉影響因素很小的因子，最終得到夏季裸露地表最高溫度預報方程：

其中X1為最高氣溫，X2為14時相對濕度，X3為08時總云量，X4為02時氣溫，X5為20時低云量，X6為14時低云量， X7為08時低云量，X8為02時風速，X9為20時至20時降水。

從單個因子出發(fā)來說， 地表日最高溫度的變化與日最高氣溫變化規(guī)律最為接近。 從日最高氣溫和地面最高溫度的出現(xiàn)時間來看， 一般地面日最高溫度出現(xiàn)時間要早于日最高氣溫出現(xiàn)的時間。 原因在于地表在接受太陽輻射后升溫較快， 如無其他因素影響，地面先一步達到日極值，后經(jīng)過地面反射輻射與太陽直射輻射同時加溫空氣， 隨后出現(xiàn)日最高氣溫，這個滯后時效一般在1-2 h。

另外降水在地表最高溫度的影響因子中有著舉足輕重的作用。 降水現(xiàn)象能夠使得日最高氣溫與地表日最高氣溫無限接近， 甚至是日最高氣溫高于地表日最高氣溫。 本文所用地面最高溫度資料是以泥土為下墊面的，它受降水影響時溫度變化較快[4]，這也是導致日最高氣溫和地表最高溫度接近的主要原因。 此外，日最高氣溫比地表最高溫度高的幾率非常低，本文采用的大量數(shù)據(jù)中僅有17 次，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)這17 d 中降水扮演了主要角色。

再者云量對地面最高溫度的影響也比較明顯，云量的多少決定了地面最高溫度極值和地表最高溫度的出現(xiàn)時間。

最后日照是地面最高溫度變化的主要原因，地表吸收太陽短波輻射增溫，在無其他外因影響下，地表日最高溫度將在下午1-2 點左右出現(xiàn)。

5 結論

本文采用江西萬年縣地面氣象站1981-2010年30 a 夏季逐日觀測場裸露地表最高溫度、日最高氣溫等25 個氣象因子進行地表最高溫度的分析，揭示了地表最高溫度的氣候特征， 并對地表最高溫度的影響因素進行細致剖析，研究發(fā)現(xiàn)：

（1）地表最高溫度與日最高氣溫有著明顯的同步變化趨勢，一般情況下，地表最高溫度出現(xiàn)時間比日最高氣溫出現(xiàn)的時間要早1-2 h。

（2）地表最高溫度平均值7月最高，6月最低，8月居中。

（3）30 a 來，6、8月地表最高溫度整體呈下降趨勢， 下降速率分別為0.288 ℃/10 a 和0.423 ℃/10 a；而7月地表最高溫度整體呈上升趨勢， 上升速率為0.487 ℃/10 a。 結論從側面反映了當?shù)叵募緶囟茸兓尸F(xiàn)出7月逐漸升高，6、8月逐漸降低的 “山尖”形式。

（4）地表最高溫度受日最高氣溫的影響最大，受降水、云量和日照的影響也比較明顯，其中降水會直接影響地表最高氣溫的大小和出現(xiàn)時間， 受相對濕度、風等的影響相對較小。

（5）本文建立了地表最高溫度預報方程，對提高地表最高溫度預報能力有一定的借鑒作用。

[1]姜會飛,廖樹華. 地面溫度與氣溫關系的統(tǒng)計分析[J].中國農業(yè)氣象，2004（3）.

[2]范玉芬,張瑞萍. 嘉興市夏季水泥地面溫度特征分析與預報[J].氣象科技，2009（6）.

[3]張敏,張榮霞. 聊城地面溫度與氣溫的相關分析[J].山東氣象，2005（4）.

[4]董平，王鳳嬌，魏敏.夏季不同下墊面最高溫度變化規(guī)律及影響因子[J].安徽農學通報,2009,15（13）.