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        四明山區(qū)域氣溫的垂直變化特征分析*

        2018-01-12 08:38:54丁燁毅高益波
        浙江氣象 2017年4期
        關(guān)鍵詞:四明山海拔高度最低氣溫

        丁燁毅 高益波 胡 波 楊 棟

        (1.寧波市氣象臺,浙江 寧波 315012;2.余姚市氣象局,浙江 余姚 315400)

        0 引 言

        山地氣候的垂直變化主要取決于所處地理緯度和海拔高度[1],其體現(xiàn)了地形、地貌、植被和土壤等因素的綜合作用,但又反作用于植被生長和土壤發(fā)育[2]。目前,國內(nèi)外學(xué)者非常重視山區(qū)氣候變化,已對廣西大青山[1]、福建黃崗山[2]和武夷山[3]、吉林長白山[4]、西藏色齊拉山[5]和喜馬拉雅山[6]等地區(qū)的垂直變化進(jìn)行研究分析,取得一定的研究成果,但山地氣候因復(fù)雜地理、地形等條件具有明顯的區(qū)域小氣候特征,研究結(jié)論局域性較強(qiáng)。因此,在加快推進(jìn)四明山區(qū)域生態(tài)發(fā)展的背景下,開展該區(qū)域山地氣候觀測工作,分析氣溫隨海拔高度的變化規(guī)律,可為該區(qū)域農(nóng)業(yè)、林業(yè)、旅游和生態(tài)等合理、科學(xué)地開發(fā)和可持續(xù)發(fā)展提供數(shù)據(jù)參考和科學(xué)依據(jù)。另外,四明山區(qū)域的山地氣候包括氣溫及其相關(guān)氣象要素的垂直分布規(guī)律研究也鮮見報(bào)道。

        1 材料與方法

        1.1 研究區(qū)域

        四明山區(qū)域位于浙江省寧波市,主要包括余姚市、奉化市和鄞州區(qū)的四明山區(qū)范圍,涉及以山地為主的13個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)(街道),總面積1337.93 km2;其林地資源極其豐富,林地面積925.80 km2,森林覆蓋率高達(dá)72.1%,是寧波最重要的綠色生態(tài)屏障,有“浙東綠肺”之稱。

        四明山區(qū)域地處北亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū),冬夏季風(fēng)交替明顯;年平均氣溫在12.5~17.5 ℃,雨量充沛,為浙江雨量偏多地區(qū),尤其是臺風(fēng)暴雨受其地形影響,增雨明顯,年降水量一般為1400~1900 mm。

        1.2 數(shù)據(jù)收集

        在四明山區(qū)域不同高度處布設(shè)氣象站(表1),其觀測環(huán)境、設(shè)備安裝和儀器精度及穩(wěn)定性均符合中國氣象局標(biāo)準(zhǔn),氣溫儀器設(shè)置在距地面1.5 m處的小百葉箱內(nèi),避免太陽的直接輻射和地面的反射輻射對其造成的影響;因山區(qū)建設(shè)條件限制,未充分考慮站點(diǎn)坡向,但海拔高度是影響氣溫的最主要因素,因此該5個(gè)測站在各自高度具有一定的氣溫觀測代表性;另外,站點(diǎn)觀測儀器逐年標(biāo)定校準(zhǔn),數(shù)據(jù)可信度高;2008年1月1日—2015年12月31日,逐時(shí)自動(dòng)記錄氣溫,包括小時(shí)平均氣溫、小時(shí)最高氣溫和小時(shí)最低氣溫,各站數(shù)據(jù)完整率在97%以上。

        表1 四明山區(qū)域氣象站概況

        根據(jù)小時(shí)觀測數(shù)據(jù),求算逐日氣溫,包括日平均氣溫、日最高氣溫、日最低氣溫;季和年的平均氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫分別由季和年的日平均氣溫、日最高氣溫、日最低氣溫采用平均計(jì)算法求得。

        1.3 計(jì)算方法

        一般而言,氣溫的垂直變化與高度有著較吻合的線性關(guān)系,這個(gè)線性關(guān)系的系數(shù)就是氣溫垂直遞減率,簡稱氣溫直減率[7]。由于氣溫受緯度、下墊面、氣流等因素影響,氣溫直減率隨地點(diǎn)、季節(jié)、晝夜的不同而變化;自由大氣氣溫直減率約為0.65 ℃/100 m[7]。

        T=T0+α·ΔH,其中α為氣溫直減率,ΔH為氣溫和氣溫T0的高度差,即α=(T-T0)/ΔH。

        因氣溫垂直觀測存在多個(gè)高度的氣溫?cái)?shù)據(jù),根據(jù)上式可計(jì)算出不同高度間的氣溫直減率,本文為了準(zhǔn)確分析四明山區(qū)域氣溫垂直變化特征,建立不同高度間的T-T0和ΔH兩變量之間的一元回歸方程,方程的斜率即是氣溫直減率。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 平均氣溫

        從表2可以看出,四明山區(qū)域年平均氣溫隨海拔高度升高而降低,且下降趨勢明顯,年平均氣溫從海拔25 m的17.3 ℃下降到海拔820 m的13.1 ℃,直減率為0.51 ℃/100 m;四季平均氣溫隨海拔高度的變化趨勢與年平均氣溫相似,但垂直變化幅度存在較大差異,夏季直減率最大(0.63 ℃/100 m),春季和秋季直減率較大,冬季直減率最小(0.39 ℃/100 m);在夏季,輻射加熱作用顯著,直減率明顯偏大,在冬季,多冷空氣影響,直減率減小,形成夏季大冬季小的變化特征。

        表2四明山區(qū)域不同海拔高度的季和年平均氣溫℃

        從圖1可以看出,2008—2015年氣溫直減率呈波動(dòng)變化,最小2010年0.44 ℃,最大2011年0.54 ℃,年平均直減率為0.5 ℃,范圍在0.49±0.5 ℃。

        圖1 四明山區(qū)域平均氣溫直減率年際變化

        四明山區(qū)域平均氣溫直減率日變化呈單峰型分布(圖1),最大直減率出現(xiàn)在下午17時(shí),主要原因可能是午后隨太陽高度角減小,太陽輻射對高層空氣的增溫作用逐漸減弱,高海拔地區(qū)大氣湍流加強(qiáng),進(jìn)而高海拔地區(qū)氣溫較低海拔地區(qū)下降明顯;最小直減率出現(xiàn)在早晨5—6時(shí),直減率從5—6時(shí)0.33 ℃/100 m上升到17時(shí)0.74 ℃/100 m,隨后持續(xù)下降,氣溫直減率變化上升速率較下降速率快;與氣溫日變化相比,氣溫直減率變化屬于慢變過程,12h內(nèi)僅變化0.41 ℃。

        圖2 四明山區(qū)域平均氣溫直減率日變化

        一般來說,地面是近地層大氣主要的直接熱源,白天地面吸收大量太陽輻射,地溫高,地面輻射強(qiáng)度大,近地面空氣層受熱多,低海拔氣溫較高海拔地區(qū)高,氣溫直減率大;反之,夜晚氣溫直減率小。

        2.2 平均最高氣溫

        從表3可以看出,四明山區(qū)域平均最高氣溫隨海拔高度的變化趨勢與平均氣溫相似,但季、年平均最高氣溫直減率較平均氣溫大,平均最高氣溫直減率較平均氣溫直減率增幅在0.04~0.12 ℃/100 m,說明平均最高氣溫隨海拔高度升高變化更明顯,其中夏季增幅最大,冬季增幅最小。

        表3 四明山區(qū)域不同海拔高度的季和年平均最高氣溫 ℃

        2.3 平均最低氣溫

        從表4可以看出,四明山區(qū)域平均最低氣溫隨海拔高度的變化趨勢與平均氣溫相似,但季、年平均最低氣溫直減率較平均氣溫小,說明海拔高度對平均最低氣溫作用較平均氣溫小。

        表4 四明山區(qū)域不同海拔高度的季和年平均最低氣溫 ℃

        2.4 積 溫

        積溫是研究氣溫與作物發(fā)育速度之間關(guān)系的重要指標(biāo),可由一年內(nèi)日平均氣溫大于等于界限溫度的日平均氣溫累積求得。從圖2可以看出,日平均氣溫≥0 ℃、≥5 ℃和≥10 ℃的積溫變化趨勢相似,均隨著海拔的升高變化十分明顯,且成二次曲線性下降顯著?!?0 ℃的積溫從海拔25 m的5780 ℃下降到海拔820 m的4417 ℃,減少近1400 ℃,≥5 ℃的積溫從海拔25 m到海拔820 m減少1423 ℃,≥0 ℃的積溫從海拔25 m到海拔820 m減少1410 ℃,≥0 ℃、≥5 ℃和≥10 ℃的積溫直減率較為接近。

        3 結(jié) 語

        文中的研究基于四明山區(qū)域連續(xù)8 a氣溫觀測,得到如下結(jié)論:

        1)四明山區(qū)域年平均氣溫隨海拔高度增加呈明顯下降趨勢,直減率為0.51 ℃/100 m;夏季直減率最大,為0.63 ℃/100 m,春季和秋季直減率較大,冬季直減率最小,為0.39 ℃/100 m。

        2)四明山區(qū)域平均氣溫直減率日變化呈單峰型分布,最大直減率出現(xiàn)在下午17時(shí),最小直減率出現(xiàn)在早晨5—6時(shí),直減率變化上升速率較下降速率快。

        3)四明山區(qū)域平均最高氣溫、平均最低氣溫均隨海拔高度的變化趨勢與平均氣溫相似,但平均最高氣溫直減率較平均氣溫大,平均最低氣溫直減率較平均氣溫小。

        4)日平均氣溫≥0 ℃、≥5 ℃和≥10 ℃的積溫變化趨勢相似,均隨著海拔的升高變化十分明顯,且成二次曲線性下降顯著。

        山地氣候因其坡向、植被等因素,具有明顯局地區(qū)域性,本文研究成果存在一定的局限性,但仍可對四明山區(qū)域的持續(xù)和諧發(fā)展、森林防火和生態(tài)建設(shè)等具有十分重要的指導(dǎo)意義。

        [1] 黃承標(biāo),盧立華,溫遠(yuǎn)光,等.大青山林區(qū)不同海拔高度主要?dú)庀笠氐淖兓痆J].貴州農(nóng)業(yè)科學(xué),2011(1):90-955.

        [2] 鄭成洋,方精云.福建黃崗山東南坡氣溫的垂直變化[J].氣象學(xué)報(bào),2004(2):251-255.

        [3] 林之光,安順清,吳其劻,等.武夷山區(qū)氣溫垂直梯度的研究[J].氣象,1983(4):18-19.

        [4] 田杰,王慶偉,于大炮,等.長白山北坡氣溫的垂直變化[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2013(4):65-69.

        [5] 杜軍,高榮,馬鵬飛,等.西藏色齊拉山地區(qū)立體氣候特征初步分析[J].高原山地氣象研究,2009(1):14-18.

        [6] 劉偉剛,張東啟,柳景峰,等.喜馬拉雅山中段地區(qū)氣溫直減率變化特征[J].干旱氣象,2013(2):240-245.

        [7] 伍光和,王乃昂.自然地理學(xué)(第四版)[M].北京:高等教育出版社,2008.

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