临安地区气温差异特征及其预报应用
2019-07-12俞宏耀徐振宇
俞宏耀 徐振宇
摘要 主要利用了2006—2016年临安地区70个气象自动站以及临安国家基本气象站采集的气温资料，运用统计学方法计算和比较，分析了临安地区气温差异的特征。结果表明，临安气温整体呈现东南方向偏暖、西北方向偏冷的态势。海拔是影响气温的主要因素之一，遵循显著的一元线性关系，大部分自动站的最低气温、最高气温的月平均值均比临安基本站低，最低气温比临安站偏低较多，临安城区周边具有一定的热岛效应特征。
关键词 气温;差异特征;预报;浙江临安
中图分类号 P423.3 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2019）11-0186-05
国民经济的迅速发展对气象预报提出了越来越高的要求，气象科技与气象服务的现代化程度是衡量经济社会发展水平和人民生活水平的重要标志。现阶段，我国气象服务水平还明显不足。这种状况对气象工作者来说，既是挑战，也是一个机会。中国气象局提出了气象预报要向精细化方向发展的战略思想。精细化预报是高分辨率天气预报的深入应用。
气温对干旱、霜冻、冻雨等灾害天气的发生和发展起着重要作用，是判断农业受灾程度的重要指标之一[1-2]。现代农业生产模式的发展增强了对天气变化的敏感度，即使在少雨的冬季，气温变化对大面积大棚农业生产及冬小麦生长影响也非常大[3]。特别是临安市作为杭州“菜篮子工程”山地蔬菜的重要输送地，山地海拔高，昼夜温差大，春、秋季早晚霜冻频繁，对蔬菜生长造成了重大危害。
浙江省临安地区地处浙西山区，市域东西长达100 km，地形西北高、东南低，差别悬殊。西部清凉峰与东部石泉海拔相差逾1 770 m，西北、西南部山区平均海拔在1 000 m以上，而东部锦城镇以东大部分是海拔50 m以下的河谷平原。西、北、南三面环山，向东呈马蹄形开口。由于地理位置特殊，形成了比较明显的局地小气候。临安地区分布不均的气温给18个镇街地区的气温快速预报订正带来一定难度。
目前，临安市气象局相继建立了70多个区域自动气象站（气象数据24 h连续采集）和EOS/MODIS遥感卫星接收处理系统、农情监测、雷暴监测预警、土壤墒情监测、地质灾害监测自动站等组成的气象综合探测系统，拥有集天气监测、资料处理分析和气象信息发布于一体、展现现代气象业务自动化、集约型和高效性等特点的新型气象综合业务平台，为本项目提供了丰富的研究数据。
1 资料与方法
1.1 资料介绍
本文所使用的全部数据资料来自于杭州临安本地70个自动气象站自动采集以及临安国家基本气象站的數据，其中70个自动气象站的数据资料部分有缺值，还有一些新建的站点资料序列相对较短，例如指南山自动站只有2年多的数据资料。资料记录基本覆盖临安本地各个位置（图1），并且分布平均，在本地科研中已有大量的应用。
1.2 研究方法
1.2.1 气温时间差异特征分析。在挑选的临安本地70个自动气象站中，由于建站时间不一，记录资料超过10年的有17个站点，另外53个站点取近3年气温数据，统一进行缺测补充和订正。其中，17个自动站分别计算2006年9月至2016年9月共10年的气温资料与临安国家基本气象站的逐日最低、最高气温差值，分别计为ΔTMAX、ΔTMIN。将数据按月、年进行合计、平均处理，获得17个自动站与临安国家基本气象站平均的月、年平均最低、最高气温差值。计算式为：
分析17个自动站与临安国家基本气象站平均的月、年平均最低、最高气温差值，观察其之间的变化趋势，得出在时间上不同站点的局地气温差异特征。
1.2.2 气温空间差异特征分析。用70个气象自动站近3年的气温数据，计算出近3年的年平均气温、最高气温平均、最低气温平均以及各个季节的气温平均。计算式为：
之后作出相应的插值填色图，并进行比对和分析，得出临安空间局地气温差异特征。对于季节的划分，使用了最为常见的阳历法，即3—5月为春季，6—8月为夏季，9—11月为秋季，12月至翌年2月为冬季[4]。
1.2.3 气温分级统计。由于最高气温对工农业生产及人们生活的影响更大，本文还统计了70个自动站不同级别的ΔTMAX。用ΔTMAX值将各自动站进行分级统计，分级标准如表1所示。
2 结果与分析
2.1 临安市局地气温时间差异特征分析
表2为17个自动站2006年9月至2016年9月的月平均气温、最高气温、最低气温与临安站的差值平均。可以看出，各自动站的大多数最低气温、最高气温的月均值均比临安基本站低，最低气温比临安站偏低较多，ΔTMIN在-4.7～1.1 ℃之间，17个站平均为-1.6 ℃;最高气温偏低略少但离散度较大，ΔTMAX在-6.5～1.9 ℃之间，17个站平均为-1.2 ℃。青山湖自动站每个月最低气温高于临安基本站，板桥、昌化、青山殿等海拔较低的自动站的最高气温也高于临安基本站。
图2（a）为各个月自动站最高气温差值绝对值的平均直方图。可以看出，最高气温差值起伏明显，其中7月差值最大，达到2.18 ℃;2月差值最小，为1.44 ℃;8月至翌年1月大体上差值逐渐缩小，而3—5月差值逐渐增大。图2（b）为各个各自动站最低气温差值绝对值的平均直方图。最低气温差值的规律是2月最少，为1.36 ℃;3—5月逐渐增多，7—10月的差值较大，最大为10月（1.99 ℃）;11月到翌年1月逐渐减少。
分析各自动站最低气温、最高气温与临安国家基本气象站的差值绝对值发现，大部分自动站气温与市区气温差距在夏季明显拉大;而冬季则差值偏小，其中2月最小;春、秋为过渡季节，变化曲线类似抛物线。比较最低气温、最高气温差值之间的差异发现，最低气温在秋季仍有较大的差值，最高气温最大差值出现在7月，而最低气温却出现在10月。另外，也有少部分自动站所代表的区域表现出的规律与上述不同，例如板桥跟昌化站的最低气温在夏季明显更接近于临安基本站，而在其他季节差距逐渐拉大。
2.2 临安市局地气温空间差异特征分析
图3为临安2014—2016年日平均气温、最高气温平均、最低气温平均等值线填色图。由此可以看出，临安地区大致上可分为3个冷区（天目山区域、清凉峰大明山区域和天池区域）和3个暖区（临安东部河谷平原、昌化镇周边和潜川镇周边的区域），整体呈现东南方向偏暖、西北方向偏冷的态势。从图3（b）可以发现，临安最高气温分布极值并未出现在城区，而是多发生在临安中南部，同时等值线密度较图3（a）更加密集，说明临安局地最高气温差异较大。图3（c）为最低气温平均，大值部分出现在临安市区及其周边和昌化於潜等人口密度较高、海拔较低的区域，遵循热岛效应特征[5-6]。
不同的季节对临安局地之间的气温差异也有着不同的影响，图4～6为2014—2016年四季日最低气温平均、最高气温平均、平均气温等值线填色图。通过观察可以发现，（a）图和（c）图为春、秋过渡季，图形相似，（b）图等值线较其他季节更加密集，表明夏季局地气温较其他季节差异明显拉大，而（d）图等值线稀疏，表明冬季差异有所缩小。
总的来说，综合上述4个季节及其最高、最低、平均气温的分析发现，临安局地气温差异具有一定的规律性，总体呈现北低南高的趋势。海拔是影响气温的主要因素之一（图7），其中城区热岛效应明显，大值区主要集中在临安东部河谷平原以及昌化镇周边和潜川镇周边等人口相对稠密、海拔相对较低的区域;而低值区大多位于海拔较高的区域。平均气温和最低气温的极大值区域主要在临安市区周边，而最高气温的极大值区域为临安中南部区域。夏季时临安局地气温差异会拉大，冬季差异缩小。
3 结论
（1）大部分自动站的最低气温、平均气温和一部分自动站的最高气温，其月平均值均比临安基本站低，最低气温比临安站偏低的较多，最高气温偏低的较少但离散度较大。但也有一些自动站的最低气温和相当一部分数量自动站的最高气温高于临安基本站，例如青山湖、昌化、板桥等站，推测站点的海拔、附近的水体效应、热岛效应是影响气温的主要因素。
（2）大部分自动站气温与市区气温差距在夏季明显拉大，而冬季则差值偏小，其中2月最小，春、秋为过渡季节，最高气温最大差异出现在7月，而最低气温的差异在夏、秋2季表现平缓，极值出现在10月。另外，也有少部分自动站的气温变化与上述相反，例如板桥和昌化站。
（3）临安气温整体呈现东南方向偏暖、西北方向偏冷的态势。海拔是影响气温的主要因素之一，大致上可分为3个暖区（临安东部河谷平原、昌化镇周边和潜川镇周边的区域）和3个冷区（天目山區域、清凉峰大明山区域和天池区域）。临安局地最高气温差异较大且极值出现在临安中南部，最低气温有明显的热岛效应。夏季时临安局地气温差异会拉大，冬季差异缩小。
（4）在预报应用当中，预报员以临安本站气温为基准、表2为预报参照依据，对临安范围内乡镇点对点的气温进行预报，面上可以进行插值格点化进行模式化气温预报，不仅可以节省预报员本身的精力和时间，而且可以有效提高预报精准度[5-6]。
4 参考文献
[1] 杨诗芳，毛裕定.浙江省近50年气温变化及四季划分[J].浙江气象，2008，29（4）：1-6.
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[3] 辛跳儿，李军，贺千山，等.上海地区城市和郊区气温差异特征分析[J].大气科学研究与应用，2009（1）：10-17.
[4] 张光智，徐祥德，王继志，等.北京及周边地区城市尺度热岛特征及其演变[J].应用气象学报，2002（29）：43-50.
[5] 朱乾根.天气学原理和方法[M].北京：气象出版社，1981.
[6] 祝启桓.浙江省灾害性天气预报[M].北京：气象出版社，1992.收稿日期 2019-02-01
