郴州地区对流层顶气候概况

杨晓云，黄祖辉

1.郴州市气象局；2.南昌市气象局

郴州市地处湖南省东南部，地势东南高、西北低，东部是罗霄山脉，南部是南岭山脉；全市分属长江水系和珠江水系。郴州气候具有“四季分明，气候温和，雨量丰沛，光照充足，冬少严寒，夏有酷暑，无霜期长”等特点，是较为典型的亚热带季风湿润型气候。前人的许多研究工作中已较为清晰地揭示了对湖南省各地的气候特征分析及气象要素的变化总结，但为了全面了解郴州地区的高空天气、气候特征变化，对郴州地区对流层顶的气候特征分析仍有待进一步研究。本文通过分析2013～2019年郴州探测站上空的对流层的要素特征，试图为进一步研究郴州地区对流层顶的气候特征及对流层顶对气候变化的响应奠定基础。

一、郴州地区气候特征

我们统计了1990～2019年共30年郴州地区的气候：年平均气温20.5℃，最冷月份1月气温7.4℃，最热月份7月气温33.5℃，再逐渐下降到12月份的9.5℃，很明显的一个“凸”字形；其中极值温度分别为，最高气温40.5℃，最低气温-6.3℃。郴州地区年平均降水日数为173天，年平均累计降水量为1503.5mm，呈现“春夏多、秋冬少”的季节变化特征，其中春季（3—5月）的和夏季（6—8月）降水量分别为534.4mm、486.4mm，秋季（9—11月）和冬季（12—2月）的降水量分别为237.7mm、245.1mm。年平均相对湿度为77%。年平均风速为1.2m/s，冬夏季节盛行风向相反，冬季为北风、夏季为南风。年平均日照时数为1337.6h。全年无霜期为293天。郴州春季始于3月22日，长69天，平均气温18.2℃；夏季始于5月30日，长112天，平均气温28.2℃；秋季始于9月19日，长67天，平均气温19.3℃；冬季始于11月25日，117天，平均气温7.9℃。

二、郴州地区对流层顶的特征

对流层是指地球大气层靠近地面的一层，约有七成半的大气质量和九成以上的水汽质量集中在对流层。在受到森林、山岭、湖泊等下垫面变化、太阳光照射引发的气温起伏等影响时，空气中的气流会朝着水平方向和垂直方向进行运动，从而发生较多的对流活动，故称为对流层。对流层下部为近地面层，中上部的高度受季节更替和地理纬度改变而变化，一般而言，夏季的对流层上界高度比冬季的要高；低纬地区平均对流层上界高度为17-18km，中纬地区为10-12km，高纬地区（极地）为8-9km。同时，对于同一地区、同一时段，对流层高度也存在明显日内变化特征。

对流层顶是指位于对流层和平流层之间的，数百米至1-2km厚度的过渡层。对流层顶对于对流层中大气垂直运动存在较大的阻隔作用，主要原因是从对流层顶向上的温度垂直递减率接近于0或为负值，导致对流性云在垂直方向上的发展，一般到对流层顶高度就停止了，使得水汽、气溶胶等被阻隔在对流层顶以下。从而影响对流层顶以上高度层中，能见度良好，是有利于天气预测和分析，以及飞机飞行等活动。对流层顶的高度是当气温随高度的增加降低的很慢或者几乎不降低了对应的起始高度，随地理纬度、季节和天气变化情况而不同。一般来说，平均高度是11km左右，而在赤道附近地区高度在17km，极地附近的高度约9km。对于对流层顶的温度而言，低纬度地区的平均气温约在-85℃左右，高纬度地区约为-55℃左右。

据分析，对流层顶的高度变化是随着地理纬度的增加而降低的，且冬季的对流层顶高度比夏季的要低。同时，对流层顶高度也受冷暖气团控制影响，冷气团控制时对流层顶高度较低，反之暖气团控制时对流层顶高度较高。随着地理纬度由低向高转变，对流层顶的气温随纬度增加而增加，与对流层顶高度变化刚好相反，且冬季的对流层顶气温比夏季的气温要高，观测站冷气团控制下的对流层顶温度较高，反之温度较低。

（一）第一对流层顶的特征

当纬度、季节、天气系统活动等发生变化的情况下，对流层顶的高度也随之发生改变，我国对流层顶高度一般位于500hPa以上。

对流层顶一般分为两类，一类是由冷气团控制观测站时的“极地类”第一对流层顶；另一类是由暖气团控制观测站时的“热带副高压类”第二对流层顶，前者呈现“高度低温度高”的特征，与后者直接的高度差异明显。

我们统计了郴州站2013～2019年7年来第一对流层顶的高度(m)和温度(℃)见表1。

表1 郴州站2013～2019年7年全天第一对流层顶的高度(m)和温度(℃)

6～9月份没有出现过第一对流层顶，10月20时偶尔有第一对流层顶。月平均高度最高出现于5月13525m，最低10月5881m；而第一对流层顶最高高度14120m、最低5806m；月平均温度最高出现于10月-10.1℃，最低5月-65.6℃。第一对流层顶最高温度-10.1℃、最低-69.2℃；整体趋势是冬季高度低、温度高。

（二）第二对流层顶的特征

第二对流层顶又称为“热带副高压类”对流层，呈现“高度高温度低”的特征。据观测资料显示，150hPa是第一与第二对流层顶的分界线，第一对流层顶一般在150hPa，而第二对流层顶一般在150hPa以上。但值得注意的是，自由大气运动是连续的，不能被绝对分开，150hPa是根据一般规律统计得到的分界线，便于气象部门使用的。

郴州地区2013～2019年期间7年第二对流层顶的高度(m)和温度(℃)统计见表2。

表2 郴州站2013～2019年第二对流层顶的高度(m)和温度(℃)

郴州地区第二对流层顶月平均高度最高出现于6月17109m，最低7月16690m；第二对流层顶最高高度为19046m、最低13880m；月平均温度最高出现3月-76.8℃，最低6月-79.4℃。而第二对流层顶最高温度为-61.2℃，最低-86.7℃；

三、结论

（1）郴州地区属于内陆亚热带气候特征，其上空的对流层顶属于副热带大陆型。第一对流层顶活动的区域在每年6-10月是极难被观测到的，但只要探测的高度足够，第二对流层顶几乎每天都可以观测得到。（2）郴州站对流层顶呈现亚热带大陆气候特征。对于第一对流层顶而言，每年2-5月，第一对流层顶月平均高度偏高，且逐步增加，最高为每年5月时高度13525m，最低为10月时高度5881m，月平均高度最大相差7600m以上。月平均温度为10月至次年1月偏高，最高温度出现在10月（-10.1℃），最低出现在5月（-65.2℃）。对于第二对流层顶而言，月平均高温和温度均未表现出明显的季节差异特征，月平均高度、温度的最大相差值仅在420m、2.6℃左右，第二对流层顶月平均高度出现在6月最高，7月最低；月平均温度出现在3月最高，6月最低。