宜昌市高山地区近10年气温变化特征分析

成 勤，刘 俊，李 芳，孟 芳

(宜昌市气象局，湖北 宜昌 443000)

1 引言

在全球气温不断升高的背景下，气候变化对国民经济各个方面产生了重大的影响[1～8]，也引起了国内外广泛的关注[9～22]。宜昌市地处长江上游和中游的结合部，鄂西山地向平原的过渡带，地形复杂、地貌多样，西部山地占全市总面积的一半以上。山地尤其是高山地区基础条件薄弱、致贫原因复杂、发展滞后较多、公共服务不足，正是“有天无地，有山无田，有人无路”，脱贫难度大。如何在不损害农民权益、不改变土地用途、不破坏农业综合生产能力的前提下，打赢脱贫攻坚战是一项艰巨的任务。宜昌市脱贫攻坚难在高山,希望也在高山。受地形地貌影响，宜昌气候特征垂直分布差异大，自然景观立体特征明显，生态环境复杂多样，动植物资源丰富、多样性强，2019年被评为“中国气候宜居城市”，利用独特、丰富的气候资源可因地制宜开展特色旅游、种植特色农产品，助力脱贫攻坚，从“旅游扶贫”到“旅游富民”，从“既要绿水青山，又要金山银山”到“绿水青山就是金山银山”。为此本文利用近10年建立的高山气象站资料，分析高山地区气温、分析其与邻近平原站的差别，为开展乡村旅游、高山地区精准脱贫和特色农业气象服务提供气候背景和数据支撑。另外，该项目对三峡库区等生态脆弱地区生态治理、地质灾害防治等应对措施均具有重要意义。

2 数据说明

所用数据为2010～2019年区域自动站地面气温数据，各站均存在缺测情况，其中大老岭1号站的数据起止时间分别为2012年3月和2019年12月；百里荒2010年4～6月、2017年8月等时段缺测数据较多；火烧坪缺测数据较多，且数据质量较差，数据分析结果仅供参考；万里站仅有2018、2019年数据资料，仅代表近两年温度变化特征。各高山站详细信息如表1所示。

表1 宜昌市高山站信息

3 各站气温年分布特征

3.1 年平均气温特征

由各站年平均气温分析结果(图1)可知，7个高山站近十年的平均气温为10.4 ℃，比宜昌站17.0 ℃低6.4 ℃；年平均气温最高的站为万里站，为12.9 ℃，其次为秀水站和三教庙站，年平均气温均为11.6 ℃；百里荒和榛子的年平均气温分别为10.9 ℃和10.2 ℃；年平均气温最低的站为火烧坪站和大老岭1号站，为8.6 ℃。对比各高山站所处海拔高度，可知年平均气温分布符合气温随海拔升高而降低这一规律。

图1 2010～2019年高山站平均气温分布

2010～2019年，火烧坪站年平均气温变幅异常偏大，为4.4 ℃，可能与该站数据质量较差有关；百里荒站2017年平均温度为9.3 ℃，远低于该站平均值(10.9 ℃)，其余测站2017年平均气温均未出现明显偏低的现象，因此该年平均温度偏低，可能是由于2017年该站8月5～31日数据缺测造成的；其余5个测站年平均气温变幅均在2 ℃以内；大老岭1号站缺少2012年1～2月监测数据，造成2012年平均气温远高于实际值。

不考虑大老岭1号站和万里站，2011年、2012年各站年平均气温为近10年来最低，分别为9.9 ℃和9.7 ℃；各测站2011年或2012年平均气温为10年来最低值，其中秀水站为10.7 ℃(2012年)、火烧坪站为7.1 ℃(2011年)、三教庙站为10.6 ℃(2012年)、百里荒站为10.3 ℃(2012年)(不考虑2017年)、榛子站为9.5 ℃(2012年)。

2013年各站年平均气温有明显跃增，达到近10年来最高值，平均值由9.7 ℃增加到11.1 ℃，增幅为1.4 ℃。大老岭1号站(不考虑2012年)、榛子站和百里荒站2013年平均气温为该站10年来最大值，取余各测站年平均气温较2012年均有较大增量，其中秀水站由10.7 ℃增加到12.0 ℃，增加了1.3 ℃；百里荒站由10.3 ℃增加到12.2 ℃，增加了1.8 ℃；三教庙站由10.6 ℃增加到12.1 ℃，增加了1.4 ℃；火烧坪站增温幅度最大，由7.4 ℃增加到10.6 ℃，增加了3.1 ℃。

3.2 年平均高温

由各站2010～2019年平均高温分析结果(图2)可知，各高山站的10年平均高温为13.0 ℃(大老岭1号站)～17.9 ℃(万里站)，平均值为15.4 ℃。火烧坪站年平均高温变幅较大，可能与该站数据质量较差有关；万里站年平均高温最大，为17.9 ℃，大老岭1号站年平均高气温最低，为13.0 ℃，秀水站和三教庙站年平均高温均为17.0 ℃，榛子站年平均高气温为16.7 ℃，百里荒站年平均高温为14.1 ℃，火烧坪站年平均高温为13.5 ℃，这一特征与气温随海拔升高而降低这一规律稍有不同，可能与地表植被覆盖有关。

图2 2010～2019年高山站平均高温分布

除大老岭1号站和万里站外，2011年、2012年各站年平均高温为近10年来最低，分别为14.7 ℃和17.2 ℃；各测站2011年或2012年平均高温为近10年最低，其中秀水站为15.5 ℃(2012年)、火烧坪站为11.9 ℃(2011年)、三教庙站为15.3 ℃(2012年)、百里荒站为13.3 ℃(不考虑2017年)(2012年)、榛子站为15.3 ℃(2012年)。

2013年各站年平均高温有明显跃增，达到近10年来最高值，平均值由14.2 ℃增加到16.6 ℃，增幅为1.4 ℃。2013年秀水站、大老岭1号站(不考虑2012年)、榛子站和百里荒站平均高温为该站10年来最大值，其余各测站年平均高温均有较大增量，其中秀水站(18.0 ℃)增加了2.5 ℃；百里荒站(15.7 ℃)增加了2.4 ℃；三教庙站(17.8 ℃)增加了2.6 ℃；火烧坪站(16.8 ℃)增加了4.6 ℃。统计时段内，极端最高气温为37.8 ℃，出现在三教庙(2017年8月9日13时58分)，秀水、百里荒、大老岭1号站、榛子的年极端高温最低值均出现在2012年。

3.3 年平均低温

由各站2010～2019年平均低气温分析结果(图3)可知，各高山站的10年平均低温为5.8 ℃(火烧坪站、大老岭站)～9.7 ℃(万里站)，平均值为7.1 ℃；各年平均最低气温年间最大差为1.2 ℃，其中火烧坪站年平均低气温变幅较大，可能与该站数据质量较差有关，百里荒站年间最大差为2.72 ℃，其余各站年间最大差均在2 ℃以下；万里站年平均低温最高，为9.7 ℃，火烧坪站、大老岭1号站、榛子站年平均最高气温较低，分别为5.8 ℃、5.8 ℃和6.0 ℃，秀水站、三教庙站年平均低温均为7.9 ℃，百里荒站年平均最低气温较高，为8.5 ℃，这一特征与气温随海拔升高而降低这一规律稍有不同，可能与地表植被覆盖有关。

图3 2010～2019年高山站平均低温分布

2015年和2013年高山站最低温年平均值最高，分别为7.7 ℃和7.4 ℃，2015年除大老岭1号站外，各站的最低温平均值均高于该站多年平均值，2013年除大老岭1号站和三教庙站外，各站的最低温平均值均高于该站多年平均值；2011年和2012年高山站低温年平均值最低，分别为6.5 ℃和6.6 ℃。统计时段内，极端最低气温为-17.0 ℃，出现在榛子(2018年1月28日05时38分)。2018年各站平均极端低温达到最低，为-14.3 ℃(不含万里站)，2011、2014、2016年极端低温均在-13.0 ℃以下。

3.4 年平均日较差

分析2010～2019年气温平均日较差(日最高气温与日最低气温之差)(图4)可知，高山站近10年平均日较差为7.6 ℃(2012年)～9.2 ℃(2013年)，平均值为8.3 ℃。平均日较差从高到低依次为榛子(10.7 ℃)、秀水(9.1 ℃)、三教庙(9.0 ℃)、万里(8.1 ℃)、火烧坪(7.7 ℃)、大老岭1号站(7.1 ℃)、百里荒(5.6 ℃)。

图4 2010～2019年高山站气温年平均日较差分布

高山站2012年平均日较差为7.6 ℃，为10年来平均日较差最小值，各站年平均日较差均低于该站10年平均值，除火烧坪站、万里站和百里荒站外，其余各站2012年平均日较差为近10年来最小。2013年各站平均日较差均较上一年有明显跃增，增幅在1.0 ℃(大老岭1号站)～2.2 ℃(榛子站)之间，平均值增加了1.7 ℃，各站日较差均达到近10年来最高值。2014年平均日较差显著减小，较上一年下降了0.7 ℃(百里荒站)～2.0 ℃(火烧坪站)，均低于各站10年平均值。

4 各站气温月变化

4.1 月平均气温特征

由各月平均气温特征分析结果(图5)可知，高山站各月平均气温分布曲线呈单峰型，1月平均气温最低(-1.0 ℃)，3月(6.1 ℃)开始气温上升较快，平均比2月上升5.5 ℃，6、7、8月平均气温最高，峰值出现在7月(21.0 ℃)，9月开始气温迅速下降，9～12月每月平均气温下降4～5 ℃。火烧坪站和大老岭1号站各月平均气温最低，最低值-2.9 ℃，出现在火烧坪站(1月)。万里站各月平均气温最高，最高值为22.8 ℃，出现在7月。

图5 2010～2019年高山站各月平均气温分布

4.2 月平均高低温特征

各月平均高、低温分布特征与平均气温分布特征相似。

平均高温分析结果如下(图6)：1月(3.1 ℃)最低，3月(11.6 ℃)开始跃增，峰值出现在7月(26.2 ℃)、8月(25.8 ℃)，9月(20.8 ℃)开始迅速降低。大老岭1号站(12.8 ℃)、火烧坪站(13.1 ℃)平均高温最低，万里站平均高温最高(17.6 ℃)。各月平均极端高温整体呈单峰型(图略)，分布特征与平均气温分布特征相似。1月(14.2～22.4 ℃)、12月(14.7～21.0 ℃)最低，7月(27.3～35.7 ℃)、8月(27.5～37.8 ℃)最高，极端高温37.8 ℃，2017年8月9日出现在三教庙站。三教庙站极端高温最高，大老岭1号站极端高温最低。

图6 2010～2019年高山站各月平均高温分布

平均低温分析结果如下(图7)：1月(-3.7 ℃)最低，3月(2.5 ℃)开始跃增，峰值出现在7(17.7 ℃)、8月(16.9 ℃)，9月(13.1 ℃)开始迅速降低。火烧坪站(5.4 ℃)、大老岭1号站(5.7 ℃)平均低温最低，万里站平均低温最高(9.5 ℃)。各月平均极端低温呈单峰型(图略)，1月(-17.0～-8.5 ℃)、12月(-15.4～-8.8 ℃)最低，7月(7.1～14.1 ℃)最高，极端低温-17.0 ℃，2018年1月28日出现在榛子站。各月三教庙站极端低温最高，大老岭1号站、榛子站、火烧坪站极端低温最低。

图7 2010～2019年高山站各月平均低温分布

4.3 月气温平均日较差特征

各站各月平均日较差如图8所示：1月平均日较差最小(4.6～9.5 ℃，平均值为6.8 ℃)，3月(6.5～11.6 ℃，平均值为9.1 ℃)、4月(6.7～12.4 ℃，平均值为9.6 ℃)平均日较差最大。各站9月(5.0～9.5 ℃，平均值为7.7 ℃)平均日较差均小于8月和10月。榛子站各月平均日较差最大，平均值为10.7 ℃，百里荒站各月平均日较差最小，平均值为5.6 ℃。各月最大日较差在10.0～25.6 ℃(三教庙站，2013年3月8日)，百里荒站最大日较差最小(10.0～15.7 ℃)，榛子站最大日较差最大(20.1～25.2 ℃)。3月(14.8～25.6 ℃，平均值为20.2 ℃)、4月(15.0～24.9 ℃，平均值为19.8 ℃)最大日较差最大。平均7月最大日较差最低(15.6 ℃)。最小日较差极值在0.5～2.8 ℃，月平均值在1.0～1.5 ℃，相差不大。三教庙站最小日较差最小，平均值为1.0 ℃。

图8 2010～2019年高山站各月气温平均日较差分布

5 各站气温日变化

5.1 高山站总体气温日变化

统计7个高山站各月气温的日变化总体特征，结果如图9(a)所示：各月气温的日变化曲线均呈单峰单谷型。逐小时气温从高到低依次为7月、8月、6月、9月、5月、4月和10月、11月和3月、12月、2月、1月。其中7月逐小时气温均最高，13：00、14：00达到最大值24.6 ℃，6：00达到最小值18.3 ℃。1月逐小时气温均最低，14：00、15：00达到最大值1.9 ℃，6:00～8:00达到最小值-2.6 ℃。12月至次年2月高山站傍晚至夜间气温低于0 ℃，其余时段气温均在0 ℃以上。3月逐小时气温值和11月相近，20:00至次日14:00之前，11月逐小时气温高于3月，14:00～20:00，3月逐小时气温高于11月。4月逐小时气温值与10月相近，4月气温曲线在峰谷(06时)后上升较快，午后到傍晚与10月气温曲线相差较大，其余时段两个月逐小时气温相差较小，即秋季午后气温下降较春季快。3、4月气温谷值分别低于11月和10月，且峰值高于11月和10月，由此可见春季气温日较差比秋季大。12月与2月气温相近，中午前后12月气温明显高于2月。气温曲线谷值大都出现在日出前，其中10～12月谷值出现在7:00，1～3月出现在6:00～7:00，4～9月出现在6:00，夏半年气温谷值出现较冬半年提早1～2 h，谷值出现的时间随着谷值气温的降低而推迟。气温曲线峰值出现在午后，其中1～3月峰值出现在14:00～15:00，其余月份均出现在14:00，夏半年峰值出现时间早于冬半年。

图9 2010～2019年高山站(a)和枝江站(b)各月小时平均气温分布

由以上分析可知：峰值和谷值随气温降低(从夏季到冬季)，均向后推迟：即夏半年每日低温和高温出现的时间均早于冬半年。这一特征随着海拔的升高而更明显，海拔越高，夏季低温出现的时间越早，其中火烧坪、大老岭、百里荒站最明显。

5.2 平原站气温日变化特征对比

分析宜昌、当阳、枝江3个平原站气温日变化特征，结果显示：各月气温的日变化曲线均呈单峰单谷型，4～10月谷值出现在6:00，11月至次年3月出现在7:00～8:00，夏半年气温谷值出现较冬半年提早1～2 h，谷值出现的时间随着谷值气温的降低而推迟，峰值出现时间相对集中，绝大部分出现在15:00，晚于高山站1～2 h。逐小时气温从高到低依次为7月、8月、6月、9月、5月、10月、4月、11月、3月、12月、2月、1月。其中7月和8月逐小时气温值及变化趋势相近，10月和4月、11月和3月、12月和2月逐小时气温值相近。高山站10月温度略低于4月，平原站10月温度略高于4月。

6 结论

本文利用近十年建立的高山气象站资料，分析高山地区平均气温、最高气温、最低气温、气温日较差的特征，并与平原站气温特征相比较。主要研究结论如下：

(1)高山站近十年的平均气温为10.4 ℃，比宜昌站17.0 ℃低6.4 ℃，各高山站的平均气温排列顺序与气温随海拔升高而降低这一规律相符。高山站年平均气温变幅大都在2 ℃以内，其中2011年、2012年各站年平均气温为近10年来最低，分别为9.9 ℃和9.7 ℃，2013各站年平均气温有明显跃增，达到近10年来最高值，平均值由9.7 ℃增加到11.1 ℃，较2012年增幅为1.4 ℃。

(2)各高山站年平均高、低温大小排列与气温随海拔升高而降低这一规律稍有不同，可能与地表植被覆盖有关。2011年、2012年各站年平均高温为近10年来最低，分别为14.7 ℃和17.2 ℃，2013各站年平均高温有明显跃增，达到近10年来最高值，平均值由14.2 ℃增加到16.6 ℃，增幅为1.4 ℃。2015年和2013年高山站最低温年平均值最高，2011年和2012年高山站最低温年平均值最低，分别为6.5 ℃和6.6 ℃，2018年各站平均极端低温达到最低，为-14.3 ℃(不含万里站)。

(3)高山站近10年平均日较差为7.6 ℃(2012年)～9.2 ℃(2013年)，平均值为8.3 ℃。高山站2012年平均日较差为7.6 ℃，为10年来平均日较差最小值，各站年平均日较差均低于该站10年平均值，2013年各站平均日较差均较上一年有明显跃增，增幅在1.0 ℃(大老岭1号站)～2.2 ℃(榛子站)之间，平均值增加了1.7 ℃，各站日较差均达到近10年来最高值。

(4)高山站各月平均气温分布曲线呈单峰型，1月平均气温最低(-1.0 ℃)，3月(6.1 ℃)开始气温上升较快，平均比2月上升5.5 ℃，6、7、8月平均气温最高，峰值出现在7月(21.0 ℃)，9月开始气温迅速下降，9～12月每月平均气温下降4～5 ℃。各月平均高、低温分布特征与平均气温分布特征相似。极端高温37.8 ℃，2017年8月9日出现在三教庙站。极端低温-17.0 ℃，2018年1月28日出现在榛子站。1月平均日较差最小(4.6 ℃～9.5 ℃，平均值为6.8 ℃)，3月(6.5 ℃～11.6 ℃，平均值为9.1 ℃)、4月(6.7 ℃～12.4 ℃，平均值为9.6 ℃)平均日较差最大。

(5)各月气温的日变化曲线均呈单峰单谷型。逐小时气温从高到低依次为7月、8月、6月、9月、5月、4月和10月、11月和3月、12月、2月、1月。春季气温日较差比秋季大。气温曲线谷值大都出现在日出前，其中10～12月谷值出现在7:00，1～3月出现在6:00～7:00，4～9月出现在6:00，夏半年气温谷值出现较冬半年提早1～2 h，谷值出现的时间随着谷值气温的降低而推迟。气温曲线峰值出现在午后，其中1～3月峰值出现在14:00～15:00，其余月份均出现在14：00，夏半年峰值出现时间早于冬半年。即峰值和谷值随气温降低(从夏季到冬季)，均向后推迟：即夏半年每日低温和高温出现的时间均早于冬半年。这一特征随着海拔的升高而更明显，海拔越高，夏季低温出现的时间越早，其中火烧坪、大老岭、百里荒站最明显。

(6)平原站的谷值出现的时间随着谷值气温的降低而推迟，峰值出现时间相对集中，绝大部分出现在15:00，晚于高山站1～2 h。高山站10月温度略低于4月，平原站10月温度略高于4月。