何生錄，王發(fā)科，張亞珍，梅 朵，鄧海峰

(1.青海省格爾木市氣象局，青海 格爾木 816099；2.青海省防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青海 西寧 810001；3.青海省諾木洪氣象站，青海 都蘭 816102)

1 引言

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對公共氣象服務(wù)、氣象防災(zāi)減災(zāi)需求的增加，氣象現(xiàn)代化業(yè)務(wù)體系正逐步完善，更多面向服務(wù)需求的氣象要素被列入氣象觀測行列。2014年起，植被表面溫度納入格爾木國家基準(zhǔn)氣候站常規(guī)地面氣象觀測要素，增加了氣象資料的信息量。草面溫度(簡稱草溫)觀測是探測近地層植被表面溫度，較地面0 cm溫度(簡稱地溫)、氣溫更能代表近地表層溫度的自然狀況。草溫通過鉑電阻溫度傳感器測量，傳感器安裝在距地6 cm高度的草面上，并與地面大致平行，觀測區(qū)域位于裸地地溫觀測區(qū)西側(cè)，草地面積約1 m2，當(dāng)觀測區(qū)植被高度超過10 cm時(shí)，應(yīng)及時(shí)修剪草層高度[1]。

開展草溫研究，對強(qiáng)化氣象保障現(xiàn)代農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)環(huán)境保護(hù)等方面意義重大。周曉香等[2]分析了江西省草溫的分布狀況，結(jié)果表明草溫日較差與緯度、季節(jié)、自然地理?xiàng)l件、天氣等因素有關(guān)；李秦等[3]研究分析新疆草溫的特征，發(fā)現(xiàn)新疆草溫的分布受緯度、拔海高度的影響比較明顯，呈現(xiàn)東部高西部低，南部高北部低，盆地高山區(qū)低的特點(diǎn)；程愛珍等[4]分析了天氣現(xiàn)象變化(輻射、云、降水、風(fēng) )與草溫變化的密切關(guān)系；鄧天宏等[5]分析了鄭州等4個(gè)站不同季節(jié)(冬夏)、不同天氣條件(晴天、陰雨和降雪)下，草溫、0 cm地溫和氣溫的全天變化關(guān)系；馬汝忠[6]對湟源地區(qū)草面溫度的變化特征、草面溫度與氣溫、地面溫度的關(guān)系等進(jìn)行了分析。在諸多研究中，有關(guān)格爾木地區(qū)草面溫度的變化特征及與氣象要素關(guān)系的研究尚未見到，本文針對于此展開分析研究，以期為科學(xué)利用草面溫度數(shù)據(jù)、加強(qiáng)精細(xì)化氣象服務(wù)、保障農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)等方面提供科技支撐。

2 數(shù)據(jù)來源和研究方法

選用格爾木、小灶火2015-2020年逐日逐小時(shí)草溫、氣溫、0 cm地溫等氣象資料，采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法分析草溫的變化特征及其與氣象影響因子間的相關(guān)性。因2019年起小灶火國家基本氣象站停止低云量的觀測，故在分析草溫與云量間的關(guān)系時(shí)，采用2015-2018年白天08、14、20時(shí)低云量資料為研究對象。季節(jié)劃分為：3～5月為春季，6～8月為夏季，9～11月為秋季，12～次年2月為冬季。數(shù)據(jù)來自于青海省氣象信息中心。

3 草溫變化特征

3.1 草溫的年、月、日變化

從表1可知，格爾木地區(qū)年平均草溫為6.6 ℃，2020年出現(xiàn)草溫最高值為7.1 ℃，2018年出現(xiàn)草溫最低值為6.0 ℃。從空間變化來看，格爾木、小灶火年平均草溫分別為6.8 ℃、6.5 ℃，格爾木在2016年出現(xiàn)草溫最高值為7.2 ℃，小灶火在2020年出現(xiàn)草溫最高值為7.1 ℃，2站最低草溫均出現(xiàn)在2018年，為6.1 ℃；可見，格爾木地區(qū)草溫東部高于西部。

表1 格爾木地區(qū)草面溫度歷年平均值 (單位：℃)

圖1(a)格爾木地區(qū)草溫月變化呈現(xiàn)單峰型，月平均最低草溫為-10.3 ℃，出現(xiàn)在12月，月平均最高為22.2 ℃，出現(xiàn)在7月。采用變溫(當(dāng)前月草溫變溫 = 當(dāng)前月草溫平均值‐上月草溫平均值)描述草溫的月變化幅度[7]，總體來看，月平均絕對變溫為5.4 ℃，2～7月草面溫度在逐月升高，其中3月和4月升幅較大，變溫分別為8.6 ℃、7.8 ℃，6月和7月升幅較小，變溫分別為3.9 ℃、2.6 ℃；8月至次年1月草溫在逐月降低，其中10月和11月降幅較大，變溫分別為-9.7 ℃、-8.1 ℃，8月降幅較小，變溫為-1.3 ℃。

圖1(b)格爾木地區(qū)草溫日變化呈現(xiàn)出一谷一峰的變化特征，日平均最高草溫為27.1 ℃，出現(xiàn)在14時(shí)，日平均最低草溫為-4.6 ℃，出現(xiàn)在6～7時(shí)，這表明草溫日變化的主要影響因素是太陽輻射。草溫的日平均絕對變溫為2.6 ℃，日最大變溫為8.5 ℃，出現(xiàn)在10時(shí)，7～14時(shí)草溫在逐時(shí)升高，尤其是9～11時(shí)升幅最大，日出后總輻射的迅速增加及太陽直射草溫傳感器，造成了草溫的迅速升高；15時(shí)至次日06時(shí)草溫在逐時(shí)下降，18～20時(shí)降幅最大，00時(shí)至06時(shí)降幅最為緩慢，日落后總輻射為零，但草面在向大氣輸出長波散失熱量的同時(shí)，能夠接收部分地面的長波輻射而吸收熱量，但散失的熱量多于吸收的熱量，因此草溫總體上還是呈下降趨勢，只是變化較為平緩。

圖1 格爾木地區(qū)草面溫度月變化曲線(a)和日變化曲線(b)

3.2 草溫的日較差及年較差

通常情況下在1日內(nèi)草溫會(huì)出現(xiàn)1個(gè)最高值和1個(gè)最低值。草溫日較差的大小和測站所處的緯度、季節(jié)、自然地理?xiàng)l件以及天氣情況等因素有關(guān)。統(tǒng)計(jì)得出，格爾木、小灶火及格爾木地區(qū)草溫年平均日較差分別為40.9 ℃、36.5 ℃和38.7 ℃，格爾木地區(qū)草溫極大日較差達(dá)60.2 ℃，出現(xiàn)在2020年3月24日，極小日較差為2.0 ℃，出現(xiàn)在2016年12月2日。從格爾木地區(qū)草溫日較差的季節(jié)分布來看，春季草溫日較差最大，平均值為42.0 ℃，夏季最小，平均值為35.1 ℃；進(jìn)一步對比草溫逐日日較差發(fā)現(xiàn)，草溫日較差極大值一般出現(xiàn)在初春和仲春，極小值出現(xiàn)在仲夏和盛夏 ；從地理?xiàng)l件看 ，處于柴達(dá)木中部的格爾木草溫日較差大于地處柴達(dá)木盆地偏西部的小灶火。

草溫的年較差是指一年中最熱月平均溫度和最冷月平均溫度的差值[2]。格爾木、小灶火及格爾木地區(qū)最熱月7月平均草溫分別為21.6 ℃、22.8 ℃、22.2 ℃，最冷月1月平均草溫分別為-9.8 ℃、-10.7 ℃、-10.3 ℃，草溫年較差分別為31.4 ℃、33.5 ℃、32.5 ℃，小灶火草溫年較差大于格爾木，這與草溫日較差剛好相反。

3.3 草溫的變率

草溫的變率是指草溫時(shí)間序列的離散程度，本文中用均方差來描述。從圖2格爾木地區(qū)1～12月草溫的均方差可以看出，格爾木地區(qū)草溫的離散程度11月份出現(xiàn)最高峰，均方差為2.0，冬季也較高，均方差為1.5；草溫變率的最低峰出現(xiàn)在5月份，均方差為0.6，4月和8月次之，為0.9。究其原因 ，是因?yàn)?1月格爾木地區(qū)冷空氣活動(dòng)逐漸增強(qiáng)，致使草溫變化劇烈，而到了5月份，天氣轉(zhuǎn)暖且變幅較小 ，致使草溫變化趨于平緩。

圖2 格爾木地區(qū)日平均草面溫度均方差

4 草溫的影響因子分析

4.1 草溫與氣溫、地溫間的相關(guān)性

圖3(a)是格爾木地區(qū)草溫和氣溫間的線性回歸分析圖?？梢娙掌骄轀睾腿掌骄鶜鉁亻g存在顯著的正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.996(P<0.01)，通過了極顯著性水平檢驗(yàn)。格爾木地區(qū)年平均草溫為6.6 ℃，年平均氣溫為6.0 ℃，草溫較氣溫偏高0.6 ℃；從季節(jié)變化來看，春、夏季草溫比氣溫分別偏高3.1 ℃、1.9 ℃，而秋、冬季草面比氣溫分別偏低0.4 ℃、1.9 ℃。從月變化分析，3～9月平均草溫高于平均氣溫，其中5～7月偏高超過3.0 ℃，3月僅偏高0.1 ℃，10月至次年2 月平均草溫均低于平均氣溫，其中11月至次年1月偏低2.0 ℃，10月僅偏低0.7 ℃。圖3(b)是格爾木地區(qū)草溫和地溫間的線性回歸分析圖?？梢娙掌骄轀睾腿掌骄販亻g存在極顯著的正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.998(P<0.01)，通過了極顯著性水平檢驗(yàn)。格爾木地區(qū)年平均草溫低于平均地溫3.6 ℃，從季節(jié)變化來看，草溫一年四季均低于地溫，春、秋、冬季偏低3.0 ℃，夏季偏低最多為4.3 ℃；從月變化分析，11月至次年5月平均草溫低于平均地溫3 ℃，6～10月偏低超過4.0 ℃，9月偏低最多為4.4 ℃。分析草溫與氣溫、地溫間的差異，主要是由于各自測溫傳感器所處的測溫環(huán)境(土壤、植物和空氣)對太陽輻射的接受程度不同的結(jié)果。

4.2 草溫與不同天空狀況間的關(guān)系

分別選取少云(低云量<30%，且全天日照時(shí)數(shù)≥7h)、多云(30% ≤低云量≤70%，且3h≤全天日照時(shí)數(shù)<7h)、陰天(低云量>70%，且全天日照時(shí)數(shù)<3h)的 3 種不同天空狀況的觀測數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)分析不同天空狀況下草溫與地溫、氣溫三者之間的變化。

在少云天況下，不同季節(jié)草溫、氣溫、地溫間的關(guān)系不同，秋、冬季地溫 >氣溫>草溫，而春、夏季地溫>草溫>氣溫，這主要是由三者熱容率的差異造成。晴天少云時(shí)草溫與氣溫、地溫的平均絕對溫差均較其他天空狀況下大，如表2所示，主要是熱量來自太陽輻射，晴天少云時(shí)，大氣透明度較好，白天太陽直接輻射強(qiáng)烈，致使溫度快速升高，夜間地表輻射冷卻使得溫度急速下降，造成晝夜溫差加大。

在多云天況下，春、夏、秋季地溫>草溫>氣溫，冬季地溫>氣溫>草溫。草溫與氣溫、草溫與地溫的絕對溫差均小于晴天少云時(shí)，如表2所示，草溫與氣溫較為接近，但草溫與地溫差值較大，可能是多云狀況下，因云量的增多致使太陽直接輻射減弱，此時(shí)草溫主要受大氣散射輻射影響，白天溫度增加少而夜間逆輻射增強(qiáng)，使得晝夜升降溫度緩慢，同時(shí)土壤深層不斷向上輸送熱量給地溫，故夜間地溫降溫較草溫和氣溫更為緩慢。

圖3 草面溫度與氣溫(a)和地溫(b)間的相關(guān)圖

在陰天天況下，春、夏季地溫>草溫>氣溫，秋季地溫>氣溫>草溫(冬季無陰天多云天況出現(xiàn))，與晴天少云時(shí)、晴天多云時(shí)相比，草溫與氣溫、地溫的絕對溫差最小，如表2所示，三者溫度較為接近，可能是陰天多云的天況下，地面沒有太陽直接輻射，只有大氣的散射輻射，濕度大的天氣時(shí)地面輻射差額變化較小，低云量幾乎布滿全天，使大氣的逆輻射增強(qiáng)，地面的有效輻射減少，造成三者溫度相差不大。

表2 不同天況下草面溫度與氣溫和地面溫度的絕對溫差 單位：℃

5 主要結(jié)論

(1)格爾木地區(qū)年平均草溫為6.6 ℃，以0.04 ℃/a呈弱波動(dòng)上升趨勢，東部草溫高于西部；草溫月變化呈現(xiàn)出單峰型曲線，2～7月草溫逐月升高，7月出現(xiàn)最高值，8月至次年1月逐月減小，12月出現(xiàn)最低值；草溫日變化呈現(xiàn)出一谷一峰的變化特征，日最高草溫出現(xiàn)在14時(shí)，日最低草溫出現(xiàn)在6～7時(shí)。

(2)格爾木地區(qū)草溫年均日較差為38.7 ℃，極大(小)日較差為60.2 ℃(2.0 ℃)；季節(jié)分布來看，春季日較差最大，夏季日較差最小。草溫年較差為32.5 ℃，小灶火草溫年較差大于格爾木，這與草溫日較差剛好相反。

(3)格爾木地區(qū)草溫較氣溫偏高0.6 ℃，草溫較地溫偏低3.6 ℃，草溫和氣溫、地溫間均存在顯著的正相關(guān)關(guān)系，通過了0.01的極顯著性檢驗(yàn)，

(4)不同季節(jié)、不同天空狀況下，草溫與地溫、氣溫的關(guān)系不同，少云時(shí)秋、冬季地溫>氣溫>草溫，春、夏季地溫>草溫>氣溫；多云時(shí)，春、夏、秋季地溫>草溫>氣溫，冬季地溫>氣溫>草溫；陰天時(shí)，春、夏季地溫>草溫>氣溫，秋季地溫>氣溫>草溫。晴天少云(陰天多云)時(shí)，草溫與氣溫、地溫的絕對溫差最大(小)。