四明山区域气温的垂直变化特征分析*

丁烨毅 高益波 胡 波 杨 栋

(1.宁波市气象台，浙江 宁波 315012；2.余姚市气象局，浙江 余姚 315400)

0 引 言

山地气候的垂直变化主要取决于所处地理纬度和海拔高度[1]，其体现了地形、地貌、植被和土壤等因素的综合作用，但又反作用于植被生长和土壤发育[2]。目前，国内外学者非常重视山区气候变化，已对广西大青山[1]、福建黄岗山[2]和武夷山[3]、吉林长白山[4]、西藏色齐拉山[5]和喜马拉雅山[6]等地区的垂直变化进行研究分析，取得一定的研究成果，但山地气候因复杂地理、地形等条件具有明显的区域小气候特征，研究结论局域性较强。因此，在加快推进四明山区域生态发展的背景下，开展该区域山地气候观测工作，分析气温随海拔高度的变化规律，可为该区域农业、林业、旅游和生态等合理、科学地开发和可持续发展提供数据参考和科学依据。另外，四明山区域的山地气候包括气温及其相关气象要素的垂直分布规律研究也鲜见报道。

1 材料与方法

1.1 研究区域

四明山区域位于浙江省宁波市，主要包括余姚市、奉化市和鄞州区的四明山区范围，涉及以山地为主的13个乡镇(街道)，总面积1337.93 km2；其林地资源极其丰富，林地面积925.80 km2，森林覆盖率高达72.1%，是宁波最重要的绿色生态屏障，有“浙东绿肺”之称。

四明山区域地处北亚热带季风气候区，冬夏季风交替明显；年平均气温在12.5～17.5 ℃，雨量充沛，为浙江雨量偏多地区，尤其是台风暴雨受其地形影响，增雨明显，年降水量一般为1400～1900 mm。

1.2 数据收集

在四明山区域不同高度处布设气象站(表1)，其观测环境、设备安装和仪器精度及稳定性均符合中国气象局标准，气温仪器设置在距地面1.5 m处的小百叶箱内，避免太阳的直接辐射和地面的反射辐射对其造成的影响；因山区建设条件限制，未充分考虑站点坡向，但海拔高度是影响气温的最主要因素，因此该5个测站在各自高度具有一定的气温观测代表性；另外，站点观测仪器逐年标定校准，数据可信度高；2008年1月1日—2015年12月31日，逐时自动记录气温，包括小时平均气温、小时最高气温和小时最低气温，各站数据完整率在97%以上。

表1 四明山区域气象站概况

根据小时观测数据，求算逐日气温，包括日平均气温、日最高气温、日最低气温；季和年的平均气温、平均最高气温、平均最低气温分别由季和年的日平均气温、日最高气温、日最低气温采用平均计算法求得。

1.3 计算方法

一般而言，气温的垂直变化与高度有着较吻合的线性关系，这个线性关系的系数就是气温垂直递减率，简称气温直减率[7]。由于气温受纬度、下垫面、气流等因素影响，气温直减率随地点、季节、昼夜的不同而变化；自由大气气温直减率约为0.65 ℃/100 m[7]。

T=T0+α·ΔH，其中α为气温直减率，ΔH为气温和气温T0的高度差，即α=(T-T0)/ΔH。

因气温垂直观测存在多个高度的气温数据，根据上式可计算出不同高度间的气温直减率，本文为了准确分析四明山区域气温垂直变化特征，建立不同高度间的T-T0和ΔH两变量之间的一元回归方程，方程的斜率即是气温直减率。

2 结果与分析

2.1 平均气温

从表2可以看出，四明山区域年平均气温随海拔高度升高而降低，且下降趋势明显，年平均气温从海拔25 m的17.3 ℃下降到海拔820 m的13.1 ℃，直减率为0.51 ℃/100 m；四季平均气温随海拔高度的变化趋势与年平均气温相似，但垂直变化幅度存在较大差异，夏季直减率最大(0.63 ℃/100 m)，春季和秋季直减率较大，冬季直减率最小(0.39 ℃/100 m)；在夏季，辐射加热作用显著，直减率明显偏大，在冬季，多冷空气影响，直减率减小，形成夏季大冬季小的变化特征。

表2四明山区域不同海拔高度的季和年平均气温℃

从图1可以看出，2008—2015年气温直减率呈波动变化，最小2010年0.44 ℃，最大2011年0.54 ℃，年平均直减率为0.5 ℃，范围在0.49±0.5 ℃。

图1 四明山区域平均气温直减率年际变化

四明山区域平均气温直减率日变化呈单峰型分布(图1)，最大直减率出现在下午17时，主要原因可能是午后随太阳高度角减小,太阳辐射对高层空气的增温作用逐渐减弱,高海拔地区大气湍流加强，进而高海拔地区气温较低海拔地区下降明显；最小直减率出现在早晨5—6时，直减率从5—6时0.33 ℃/100 m上升到17时0.74 ℃/100 m，随后持续下降，气温直减率变化上升速率较下降速率快；与气温日变化相比，气温直减率变化属于慢变过程，12h内仅变化0.41 ℃。

图2 四明山区域平均气温直减率日变化

一般来说，地面是近地层大气主要的直接热源，白天地面吸收大量太阳辐射，地温高，地面辐射强度大，近地面空气层受热多，低海拔气温较高海拔地区高，气温直减率大；反之，夜晚气温直减率小。

2.2 平均最高气温

从表3可以看出，四明山区域平均最高气温随海拔高度的变化趋势与平均气温相似，但季、年平均最高气温直减率较平均气温大，平均最高气温直减率较平均气温直减率增幅在0.04～0.12 ℃/100 m，说明平均最高气温随海拔高度升高变化更明显，其中夏季增幅最大，冬季增幅最小。

表3 四明山区域不同海拔高度的季和年平均最高气温 ℃

2.3 平均最低气温

从表4可以看出，四明山区域平均最低气温随海拔高度的变化趋势与平均气温相似，但季、年平均最低气温直减率较平均气温小，说明海拔高度对平均最低气温作用较平均气温小。

表4 四明山区域不同海拔高度的季和年平均最低气温 ℃

2.4 积 温

积温是研究气温与作物发育速度之间关系的重要指标，可由一年内日平均气温大于等于界限温度的日平均气温累积求得。从图2可以看出，日平均气温≥0 ℃、≥5 ℃和≥10 ℃的积温变化趋势相似，均随着海拔的升高变化十分明显，且成二次曲线性下降显著。≥10 ℃的积温从海拔25 m的5780 ℃下降到海拔820 m的4417 ℃，减少近1400 ℃，≥5 ℃的积温从海拔25 m到海拔820 m减少1423 ℃，≥0 ℃的积温从海拔25 m到海拔820 m减少1410 ℃，≥0 ℃、≥5 ℃和≥10 ℃的积温直减率较为接近。

3 结 语

文中的研究基于四明山区域连续8 a气温观测，得到如下结论：

1)四明山区域年平均气温随海拔高度增加呈明显下降趋势，直减率为0.51 ℃/100 m；夏季直减率最大，为0.63 ℃/100 m，春季和秋季直减率较大，冬季直减率最小，为0.39 ℃/100 m。

2)四明山区域平均气温直减率日变化呈单峰型分布，最大直减率出现在下午17时，最小直减率出现在早晨5—6时，直减率变化上升速率较下降速率快。

3)四明山区域平均最高气温、平均最低气温均随海拔高度的变化趋势与平均气温相似，但平均最高气温直减率较平均气温大，平均最低气温直减率较平均气温小。

4)日平均气温≥0 ℃、≥5 ℃和≥10 ℃的积温变化趋势相似，均随着海拔的升高变化十分明显，且成二次曲线性下降显著。

山地气候因其坡向、植被等因素，具有明显局地区域性，本文研究成果存在一定的局限性，但仍可对四明山区域的持续和谐发展、森林防火和生态建设等具有十分重要的指导意义。

[1] 黄承标,卢立华,温远光,等.大青山林区不同海拔高度主要气象要素的变化[J].贵州农业科学,2011(1):90-955.

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