万年县夏季裸露土壤地表最高温度特征浅析

胡 磊,高 波

(1.江西省气象局,江西 南昌330046; 2.万年县气象局,江西 上饶335500)

1 引言

地表温度是地表能量平衡中的一个重要参数，它与近地面气温的差异极大的影响着地-气之间的能量交换，理论上是生态环境、地球表层物理过程的重要参数，它在气象、水文、交通、植被生态及环境监测等方面都有着重要的应用价值， 它的空间分布关系对人民健康、旅游环境、特别是农林业生产有着重要的意义， 因此关于地表温度的研究一直备受科学家的关注。 同时，随着气象事业的数字化、现代化，人们对气象预报产品的认可度和需求面开始逐渐延伸。 现有天气预报只是局限于预测未来空气最高、最低温度的现状， 已经远远不能满足人们丰富多彩的现代生活。 比如夏季地表最高温度需求就十分迫切。炎炎夏日，无论是城市还是乡村，地面温度往往比预报中的气温高出很多， 严重的影响了人们的日常生活，但是目前却没有此项预报。

地表温度的研究日益重要， 特别是开展夏季裸露土壤地表最高温度预报的研究， 可以进一步增强气象预报服务能力，丰富公共气象服务产品，更加扩大气象事业对社会的影响力， 解除了人们对夏季最高气温预报不准或者不敢发布的误解。 同时，发布夏季裸露土壤地表最高温度， 也有利于城市资源合理调度和规划建设及保障， 工农业生产的合理安排和正常保障， 为百姓合理安排日常外出活动和户外劳作提供更多气象参考依据。

近年来， 国内气象科学工作者也相应强化了有关极端高温方面的研究。 2004年姜会飞,廖树华[1]等人在《地面温度与气温关系的统计分析》中提出日平均地温与气温有很好的相关性， 地温气温模拟模型为正相关方程，相关系数高达0.99。 2009年范玉芬、张瑞萍[2]等人在《嘉兴市夏季水泥地面温度特征分析与预报》中连续3 a 对水泥、柏油等地面进行观测，找出夏季水泥地面温度变化特性, 分析影响水泥地面最高温度的气象因子, 并建立可行有效的预报方法。2005年张敏、张荣霞[3]等在《聊城地面温度与气温的相关分析》 中指出在特殊的天气条件和遇到特殊的下垫面时,地面温度与气温的关系有可能出现种种复杂情况。

2 资料来源及说明

本文采用江西万年县地面气象站1981-2010年30 a 夏季（6月1日-8月31日，以下同）逐日观测场裸露地表最高温度、日最高气温、02时气温、08时气温、14时气温、14时0 cm 地温、20-08时降水、08-20时降水、20-20时降水、日照、02时风速、08时风速、14时风速、20时风速、日平均风速、14时地表气温、14时相对湿度、日平均相对湿度、日最低气温、08时总云量、08时低云量、14时总云量、14时低云量、20时总云量和20时低云量等25 个气象因子。 通过线性分析研究万年裸露地表夏季最高气温的变化特征。

3 特征分析

3.1 日极值情况

1981-2010年， 万年县地表温度最高值出现在1991年7月26日，为73.1 ℃；最低值出现在1995年6月7日， 为22.2 ℃。 最高气温最高值出现在1988年7月18日，为41.2 ℃；最低值出现在2001年6月3日，为20 ℃。 二者日较差最大值出现在1994年8月7日， 当时地表最高温度为70.8 ℃， 最高气温为36.2 ℃， 二者相差34.6 ℃。 二者日较差最小值为0℃， 发生在1982年6月14日， 当时二者温度均为26.6 ℃。 但这30 a 夏季中也有17 d 最高气温大于地表最高温度，其中以1996年6月20日差值最大，前者比后者高1.5 ℃。

分析万年夏季地表日最高温度距平， 可以发现（图1）：6月均为负距平，7月均为正距平， 尤其是7月中下旬，8月前期为正距平，后期逐渐转为负距平。整体表现为地表最高温度7月最高，6月最低，8月居中。

图1 1981-2010年夏季地表日最高平均温度距平分析

3.2 月平均温度变化特征

万年县夏季地表最高温度月平均值总体上7月为最高，其次是8月，6月最低，与日最高温度变化一致。以2006年8月61.6 ℃为最高，1988年7月61.4℃次之，以1995年6月35.7 ℃为最低。

对万年县1981-2010年6月地表最高温度平均值进行线性拟合，得到趋势方程：y=-0.2875x+441.02（R2=0.0054）（式中x 为时间、y 为地表最高温度），即近30 a 万年县6月地表最高温度整体呈下降趋势，下降速率为0.29 ℃/10 a。 依次分析7、8月地表最高温度变化趋势， 趋势方程分别为y=0.4867x+523.72（R2=0.0086）；y=-0.4229x+530.55（R2=0.0091），发现8月地表最高温度也整体呈下降趋势， 下降速率为0.423 ℃/10 a,下降趋势明显高于6月份，7月地表最高温度整体呈上升趋势，上升速率为0.487 ℃/10 a。

分析万年县夏季地表最高温度与最高气温的相关关系，可以发现二者变化趋势的一致性较强，且地表最高温度的日均值明显大于最高气温的日均值。最高气温与地面最高温度线性相关系数为0.89，与14时气温的相关系数为0.72， 最高气温更加符合地表最高温度的变化特征。1981-2010年夏季最高气温平均值为32.9 ℃，地表最高温度平均值为49.8 ℃，二者相差16.9 ℃，后者是前者的1.51倍。

4 地表最高温度的影响因素分析

对裸露地表最高温度、日最高气温、02时气温、08时气温、14时气温、14时0 cm 地 温、20-08时降水、08-20时降水、20-20时降水、日照、02时风速、08时风速、14时风速、20时风速、日平均风速、14时地表气温、14时相对湿度、日平均相对湿度、日最低气温、08时总云量、08时低云量、14时总云量、14时低云量、20时总云量和20时低云量等25 个气象因子进行多元线性回归分析， 剔除掉影响因素很小的因子，最终得到夏季裸露地表最高温度预报方程：

其中X1为最高气温，X2为14时相对湿度，X3为08时总云量，X4为02时气温，X5为20时低云量，X6为14时低云量， X7为08时低云量，X8为02时风速，X9为20时至20时降水。

从单个因子出发来说， 地表日最高温度的变化与日最高气温变化规律最为接近。 从日最高气温和地面最高温度的出现时间来看， 一般地面日最高温度出现时间要早于日最高气温出现的时间。 原因在于地表在接受太阳辐射后升温较快， 如无其他因素影响，地面先一步达到日极值，后经过地面反射辐射与太阳直射辐射同时加温空气， 随后出现日最高气温，这个滞后时效一般在1-2 h。

另外降水在地表最高温度的影响因子中有着举足轻重的作用。 降水现象能够使得日最高气温与地表日最高气温无限接近， 甚至是日最高气温高于地表日最高气温。 本文所用地面最高温度资料是以泥土为下垫面的，它受降水影响时温度变化较快[4]，这也是导致日最高气温和地表最高温度接近的主要原因。 此外，日最高气温比地表最高温度高的几率非常低，本文采用的大量数据中仅有17 次，经分析发现这17 d 中降水扮演了主要角色。

再者云量对地面最高温度的影响也比较明显，云量的多少决定了地面最高温度极值和地表最高温度的出现时间。

最后日照是地面最高温度变化的主要原因，地表吸收太阳短波辐射增温，在无其他外因影响下，地表日最高温度将在下午1-2 点左右出现。

5 结论

本文采用江西万年县地面气象站1981-2010年30 a 夏季逐日观测场裸露地表最高温度、日最高气温等25 个气象因子进行地表最高温度的分析，揭示了地表最高温度的气候特征， 并对地表最高温度的影响因素进行细致剖析，研究发现：

（1）地表最高温度与日最高气温有着明显的同步变化趋势，一般情况下，地表最高温度出现时间比日最高气温出现的时间要早1-2 h。

（2）地表最高温度平均值7月最高，6月最低，8月居中。

（3）30 a 来，6、8月地表最高温度整体呈下降趋势， 下降速率分别为0.288 ℃/10 a 和0.423 ℃/10 a；而7月地表最高温度整体呈上升趋势， 上升速率为0.487 ℃/10 a。 结论从侧面反映了当地夏季温度变化呈现出7月逐渐升高，6、8月逐渐降低的 “山尖”形式。

（4）地表最高温度受日最高气温的影响最大，受降水、云量和日照的影响也比较明显，其中降水会直接影响地表最高气温的大小和出现时间， 受相对湿度、风等的影响相对较小。

（5）本文建立了地表最高温度预报方程，对提高地表最高温度预报能力有一定的借鉴作用。

[1]姜会飞,廖树华. 地面温度与气温关系的统计分析[J].中国农业气象，2004（3）.

[2]范玉芬,张瑞萍. 嘉兴市夏季水泥地面温度特征分析与预报[J].气象科技，2009（6）.

[3]张敏,张荣霞. 聊城地面温度与气温的相关分析[J].山东气象，2005（4）.

[4]董平，王凤娇，魏敏.夏季不同下垫面最高温度变化规律及影响因子[J].安徽农学通报,2009,15（13）.