凤阳县寒潮过程草面温度变化特征分析

袁学所 夏志芬 葛庆云 王刚

摘要 選取安徽凤阳2016年11月下旬一次寒潮天气过程，应用自动气象站连续观测资料，将其划分为2个阶段分别分析草面温度变化特征，并与同期气温、风速进行比较。结果表明，第一阶段平流降温起主导作用，草面温度与气温吻合度较高；第二阶段草面温度的高低主要取决于积雪表面辐射降温程度，与气温的差值扩大，最大相差10 ℃左右，极值出现时间早于气温。探讨用气温和时间偏差估算寒潮后期的草面温度，应用SPSS软件建立了回归方程，可用于寒潮影响后最低草温预估，对防范低温冻害有参考价值。

关键词 寒潮；草面温度；回归分析；时间偏差；安徽凤阳

中图分类号 P423.3 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2018）11-0219-02

Abstract Using the continuous observation data of automatic weather station，a cold wave process in Anhui Fengyang in late November 2016 was selected and divided into two stages to analyze the grassland temperature change characteristics，and to compare with the temperature and wind speed during the same period. The results showed that advection playd a leading role in the first stage，and grassland temperature was consistent with the temperature. In the second stage，the grassland temperature mainly depended on the radiation cooling of snow surface，the temperature difference increased，which reached about 10 ℃ at most and the extremes appeared earlier than the temperature. Using the deviation values of temperature and time to estimate of grassland temperature in the late cold wave were discussed，and the regression equation was established by SPSS software，which could be used for minimum grassland temperature forecasts after cold wave affecting，and had a reference value to prevent low temperature freezing injury.

Key words cold wave；grassland temperature；regression analysis；time deviation；Fengyang Anhui

受寒潮影响，2016年11月下旬安徽凤阳出现大风降温和雨雪过程。气象观测数据表明，凤阳11月22日20：01至23日20：00平均气温-3.0 ℃，比21日下降16.0 ℃；最低气温-5.2 ℃，比21日下降17.3 ℃。23日夜间至24日早晨最低气温-10.5 ℃（2：27），草面最低温度-17.1 ℃（0：16），最小能见度67 m，出现初霜和雾凇。11月22日14：00至23日20：00降雪量19.2 mm，最大积雪深度12 cm，达暴雪量级；过程极大风速14.7 m/s（7级，22日4：04）；部分塑料大棚被雪压塌损坏。草面温度为气象观测场内浅草草坪活动面上的温度，其观测要用到草面温度传感器，一般使用铂电阻温度传感器自动观测，安装在自动气象观测场内，传感器距地高度6 cm[1]。由于近地层的最低温度多出现在植物活动面处，所以草面温度最能说明生长季开始后及结束前近地层最低温度出现情况，此温度值对作物是否会受冻害具有重要的指示意义，在分析霜冻情况和预报霜冻时也常常要用到草面温度值[2-5]。有关草面温度特征的分析研究逐渐受到关注[6-12]，但针对典型寒潮个例的分析尚未见报道。一般强降温和严重霜冻都与寒潮有关，进行此类分析有利于加深对寒潮天气过程草面温度变化规律的认识，为做好防霜冻等气象服务提供客观依据。

1 资料与方法

研究时段为2016年11月20日21：00至24日20：00，主要使用逐小时气温、草面温度、风向风速资料，参考降水量、降水性质、积雪深度等数据。所用气象资料取自凤阳国家气象观测站新型自动气象站数据。根据天气监测情况，为便于研究，将本次寒潮过程分为2个阶段，第一阶段为11月20日21：00至23日8：00；第二阶段23日8：00至24日20：00。第一阶段特征是云系较多，主要降水、大风均在此阶段，以平流降温为主；第二阶段降水逐渐停止转晴，风力逐渐减弱，辐射降温占主导。当积雪深度超过6 cm时，草面温度传感器置于雪面上观测雪面温度。根据以上数据资料对2个阶段草面温度变化情况进行统计分析，建立二元回归方程，通过气温推算草面温度变化。

2 结果与分析

2.1 第一阶段草面温度变化特征

从图1可以看出，21日22：00以前，各时次10 min风速在1.8～3.6 m/s范围变化，气温在12.1～14.6 ℃范围波动，变幅2.5 ℃；草面温度在11.7～16.5 ℃范围波动，变幅4.8 ℃；自21日23：00起风速增大，22日4：00达最大值，其10 min风速6.5 m/s。气温、草面温度在21日23：00至22日2：00下降最快，变幅均为5.4 ℃，其平均下降速率均为1.80 ℃/h；22日2：00至23日8：00下降速度趋缓，变幅分别为7.6、6.5 ℃，其平均下降速率分别为0.25、0.22 ℃/h。总体来看，气温、草面温度波动趋势一致，数值较接近。分析其原因，此阶段阴有雨转雪，云系的覆盖限制了辐射降温，冷空气平流降温占主导地位，近地层空气温度垂直梯度不大，气温与草面温度之差大多在1.0 ℃以内，个别时次最多相差2.0 ℃（21日12：00）。

2.2 第二阶段草面温度变化特征

本阶段草面温度传感器基本置于雪面上，故也可认为是雪面温度。从图2可以看出，23日白天仍有降雪，23日中午前后气温变化不大，草温最多比气温高3.7 ℃（23日13：00），这与白天太阳散射光对地面辐射有关。23日夜晚天气逐渐转晴，雪面所在高度辐射降温比气温快，所以雪面温度降幅远大于气温，雪面温度最低时比气温低9.2 ℃（23日23：00），同时雪面温度低谷出现时间比气温早。24日白天，由于太阳短波辐射增温底层大于上层，故雪面温度升高较快，雪面温度最高时比气温高10.3 ℃（24日11：00），同时雪面温度高峰出现时间比气温早。此阶段，风速的改变会引起雪面温度的波动，但对气温影响较小，如23日20：00雪面温度比19：00回升1.1 ℃，相应10 min风速增大0.1 m/s；24日6：00雪面温度比19：00回升2.9 ℃，相应10 min风速增大0.5 m/s。白天风速增加是降温效应，如24日12：00比11：00 10 min风速增大0.5 m/s，雪面温度下降2.8 ℃。可以认为，近地面风对雪面辐射增温、降温有一定的干扰，但23日20：00后风速总体较小，10 min风速基本都<1.6 m/s，辐射引起的雪面温度变化大于气流引起的变化。

2.3 草面温度回归分析

为便于用气温变化推算寒潮影响后期的草面温度变化，本文选取23日16：00至24日16：00相关数据，并引入时间偏差，以反映气温与草面温度的日变化。运用IBM SPSS Statistic软件建立了二元回归方程：

由表1、2可知，回归效果极为显著，无论是总的效果还是单个因子的作用都极显著。从标准化系数可以看出，气温对回归方程的贡献最大，时间偏差次之，但两者差异不太大。因此，当时气温及所处的时间段均显著影响草面温度的高低。草面温度实测值和估计值对比由图3所示。

3 结论与讨论

（1）本文将典型寒潮个例分为2个阶段：第一阶段以大风降温阴雨雪天气为主，平流降温起主导作用，草面温度与气温数值接近，二者演变趋势吻合度较高；第二阶段降水结束，天气放晴，草面温度的高低主要取决于积雪表面辐射降温程度，与同时间气温的差值扩大，并且日变化位相不完全同步，草面温度极值出现时间略早于气温。

（2）第一阶段气温与草面温度之差大部分时次在1.0 ℃以内，很少时次相差1.0 ℃以上，最多相差2.0 ℃。此阶段降温速度与风速关系密切，风力最大时段降温速度为1.80 ℃/h，且草面温度、气温降温速度完全相同；冷锋过境风力减小后，二者降温速度分别减为0.25、0.22 ℃/h，但降温的持续时间相对较长，总降温幅度不减反升。

（3）第二阶段积雪稳定存在，观测到的草面温度可以认为是雪面温度。其日变化特征非常明显，变幅大于气温，雪面温度最低时比气温低9.2 ℃，同时雪面温度低谷出现时间比气温早；雪面温度最高时比气温高10.3 ℃，同时雪面温度高峰出现时间比气温早。此阶段风速的改变会引起雪面温度的小幅波动，但对气温影响较小。

（4）回归分析表明，在寒潮影响后期草面（雪面）温度变化最大的时段，以气温和时间偏差估算草面温度变化有显著效果。从标准化回归系数看出，气温因子最重要，时间偏差次之，但两者差异较小，气温高低及当时距离午夜（或正午）的时间差在很大程度上决定了草面（雪面）温度的高低。

（5）本文揭示了凤阳初冬一次较典型的寒潮雨雪过程草面温度的变化规律，分析了物理机制。探索用气温和时间偏差定量估算可能出现的草面（雪面）温度极值，对提高相似天气过程气象服务针对性有参考意义。其中，令11：00时间偏差Δt=12为最大，23：00 Δt=0为最小，与风速的干扰有一定关系。

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