抚顺地区地面气温与850 hPa温差分析

李亚中++吕志红++隋明++全美兰++刘帅++李俊乐++马晓颖++沈斌++刘多文++郑国伟++宁大可+李祥明++赵思文++田琳++张昱

摘要 利用抚顺市章党气象站2007—2011年的逐日最高气温和最低气温观测资料、同期逐日8：00和20：00 EC 850 hPa温度和相对湿度（包括700 hPa相对湿度）分析场资料以及850 hPa垂直速度和温度平流场格点资料，根据温度变化方程分析垂直速度、温度平流和相对湿度对最低和最高气温与850 hPa温度差的影响。结果表明，日最低和最高气温与850 hPa温度差、850 hPa垂直速度和温度平流三者的极值不同时出现，即最大的温度差绝对值伴随着较小的垂直速度和较小的温度平流，最强垂直运动伴随着较小的温度差绝对值和较弱的温度平流，最强温度平流伴随着较小的温度差绝对值和较弱的垂直运动。日间的最强暖平流和上升运动大于夜间的最强暖平流和上升运动；夜间的最强冷平流和下沉运动大于日间的最强冷平流和下沉运动。温度差、垂直速度和温度平流极值所伴随的日间降水次数和降水量均大于夜间。

关键词 地面气温；850 hPa温度；温差；垂直速度；温度平流；辽宁抚顺

中图分类号 P423 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）19-0182-03

气温高低变化对人们日常生活和经济建设都有重要影响，很多气象工作者在温度预报方面开展了广泛研究，成果显著。燕成玉等[1]应用温度变化方程对秦皇岛2次极端最低气温天气过程进行对比分析后指出，在制作温度预报时，垂直速度的变化和地表状况不容忽视。周后福[2]应用温度变化方程对2004年安徽梅汛期分别出现在安庆的一次明显降水过程和一次大范围高温过程进行了定量估算分析，明确指出了无论在高温期还是在降水期間非绝热变化项对温度的升高都起着至关重要的作用。刘 梅等[3]用日最高气温与850 hPa温度的差值作为预报因子成功建立了夏季日最高气温预报模型，缪国华等[4]用500 hPa月平均高度场分析了高温前期的高空环流特征，陈 芳等[5]讨论了高空高度等对气温的影响，冀新琪[6]研究得出8：00 850 hPa的温度可作为克拉玛依夏季晴空日最高气温的主要预报因子。

抚顺地区属于中温带东亚大陆季风气候区，夏热多雨，冬寒漫长，温差较大，夏季最高气温>30 ℃，冬季最低气温 <-30 ℃。因此，研究抚顺地区温度变化的规律、探讨影响温度变化的各项因子对最低气温和最高气温的变化所起的不同作用，对今后本地的温度预报具有重要意义。

1 资料与方法

本文所用资料为抚顺市章党站2007—2011年的逐日最高气温和最低气温观测资料、同期逐日8：00和20：00 EC 850 hPa温度和相对湿度（包括700 hPa相对湿度）分析场资料以及850 hPa垂直速度和温度平流场格点资料。在以下的分析中，除特别指明，垂直速度和温度平流均指在850 hPa，相对湿度指在850 hPa和700 hPa，同时定义日最高和最低气温与850 hPa温度的差值分别为高差和低差。本文根据温度变化方程分析垂直速度、温度平流和相对湿度对高差和低差的影响。

1.1 测站上空物理量取值

由于EC 850 hPa温度和相对湿度（包括700 hPa相对湿度）分析场资料以及850 hPa垂直速度和平流场资料都是格点数据，所以需要将这些数据内插到章党站上空。本文中所有高空物理量数据均经过转换。

1.2 计算平均值

夜间各物理量平均值取前一日20：00和当日8：00的数据计算平均值；日间各物理量的平均值取当日8：00和20：00的数据计算平均值。由于8：00和20：00物理量对日间最高气温和夜间最低气温的“贡献”不同，一般夜间最低气温的产生更多受20：00物理量的影响，而日间最高气温的产生更多受8：00物理量的影响，且这种不等权重随着季节的变化而变化。因此，在计算日间和夜间各物理量的平均值时需按加权平均的方法进行计算，各月权重系数见表1。

2 结果与分析

2.1 各月平均值年变化特征

无论低差还是高差越到冬季越小，最小值出现在1月。低差在3—8月的值较大，为正值；其他月份为负值，最大值出现在7月；高差在3—10月的值较大，最大值出现在4—5月。对于垂直速度和温度平流，二者的变化呈相反趋势。垂直速度9月至翌年3月为正值，最大值出现在1月，4—8月为负值，最小值出现在7月。温度平流9月至翌年2月（除10月外）为负值，最小值出现在1月，其他月份为正值。

如果850 hPa温度保持不变，则低差越小夜间最低气温越低，高差越小日间最高气温越低；反之，则夜间最低气温越高，日间最高气温也越高。如果低差为负值说明地面相对于850 hPa有逆温存在，负值越大逆温越强（2007—2011年1月期间只有10 d没出现过逆温，最强逆温出现在2011年1月4日，为13.1 ℃）。

冬季垂直速度为正值，说明大气以下沉运动为主。下沉运动使850 hPa增温；温度平流为负值，有冷平流，冷平流使850 hPa降温，二者共同作用的结果使850 hPa的温度不至于太低。相对湿度小、地面积雪覆盖、太阳高度角低等因素使地面在夜间辐射降温强，在日间辐射增温弱，因而低差和高差值都小，气温低。

夏季垂直速度为负值，说明大气以上升运动为主。上升运动使850 hPa降温；温度平流为正值，有暖平流，850 hPa增温，二者共同作用的结果使850 hPa的温度不至于升得太高。相对湿度大、太阳高度角高等因素使得地面在夜间辐射降温弱，在日间辐射增温强，因而低差和高差值大、气温高。

2.2 低差、高差、垂直速度和温度平流极值分析

此处极值是指低差、高差、垂直速度和温度平流在每个月出现的最大值和最小值，表2和表3列出了2007—2011年夜间和日间极值的总平均值。

2.2.1 最小低差和最大高差。最小低差和最大高差的总平均值分别为-6.8 ℃和16.1 ℃，最小低差对应着下沉运动、暖平流和小的相对湿度；最大高差对应着下沉运动、冷平流和小的相对湿度。

在夜间，下沉运动使850 hPa绝热增温，暖平流使850 hPa平流增温，相对湿度小使850 hPa非绝热变温可以忽略不计，根据温度变化方程，则850 hPa增温。因为下沉运动和小的相对湿度有利于夜间地面辐射降温，地面气温比850 hPa温度低得多，所以夜间低差值小。

在日间，下沉运动使850 hPa绝热增温，冷平流使850 hPa平流降温，相对湿度小使850 hPa非绝热变温可以忽略不计，根据温度变化方程，绝热变温和平流变温可能互相抵消，使得850 hPa温度变化不明显。下沉运动和小的相对湿度有利于日间地面辐射增温，地面气温比850 hPa温度高得多，因而日间高差值大。

2.2.2 最大低差和最小高差。最大低差和最小高差的总平均值分别为4.8 ℃和6.9 ℃，最大低差對应着下沉运动、冷平流和大的相对湿度；最小高差对应着上升运动、暖平流和大的相对湿度。

在夜间，下沉运动使850 hPa绝热增温，冷平流使850 hPa平流降温，相对湿度大有利于凝结潜热释放，使850 hPa非绝热增温，根据温度变化方程，有利于850 hPa增温。相对湿度大不利于夜间地面辐射降温，地面气温高，低差为正值表明地面气温高于850 hPa温度。

在日间，上升沉运动使850 hPa绝热降温，暖平流使850 hPa平流增温，相对湿度大有利于凝结潜热释放，使850 hPa非绝热增温，根据温度变化方程，有利于850 hPa增温。相对湿度大不利于日间地面辐射增温，地面增温幅度小，则高差值小。

2.2.3 正、负垂直速度极值。最小垂直速度在夜间为-10.6 Pa/s，日间为-12.7 Pa/s；最大垂直速度在夜间为13.1 Pa/s，日间为12.0 Pa/s。可以看出，日间比夜间有更强的上升运动；夜间比日间有更强的下沉运动。最强上升运动和最强下沉运动分别对应着暖平流、较大的相对湿度和冷平流、较小的相对湿度。两者产生的低差和高差都较小，但前者的低差大于后者，高差小于后者，分别为-0.5 ℃和-2.1 ℃以及10.8 ℃和13.0 ℃。相对湿度越大，在夜间越不利于辐射降温、在日间越不利于辐射增温；反之，相对湿度越小，在夜间越有利于辐射降温、在日间越有利于辐射增温。因此，最强上升运动产生的低差不如最强下沉运动产生的低差小。最强上升运动产生的高差比最强下沉运动产生的高差小。

2.2.4 冷暖温度平流极值。最小温度平流在夜间与在日间分别为-12.1×10-5、-11.7×10-5 ℃/s；最大温度平流在夜间与在日间分别为11.9×10-5、12.7×10-5 ℃/s。可以看出，夜间比日间有更强的冷平流；日间比夜间有更强的暖平流。最强冷平流和最强暖平流分别对应着下沉运动和上升运动，二者的相对湿度差别不大，平均为40%～50%。冷平流产生的低差大于暖平流，分别为-0.2 ℃和-1.5 ℃。暖平流产生的高差小于冷平流，分别为10.9 ℃和13.5 ℃。

有冷平流时，850 hPa降温。在夜间，当地面温度低于850 hPa温度时，地面温度与850 hPa温度差的绝对值将趋于减小。在日间，因地面温度高于850 hPa温度，地面温度与850 hPa温度差将趋于增大。同理，有暖平流时，850 hPa升温。在夜间，当地面温度低于850 hPa温度时，地面温度与850 hPa温度差的绝对值将趋于增大。在日间，因地面温度高于850 hPa温度，地面温度与850 hPa温度差将趋于减小。

3 结论与讨论

（1）最小低差、高差和最大低差、高差所对应的垂直速度和温度平流值都比较小，这说明了2种情况：一是大气的垂直运动和冷暖平流都比较弱，即系统弱；二是2种不同性质的天气转换，比如锋面过境或高压区转向低压区等，在计算平均值时因正负数互相抵消而使数值变小。根据统计，最小低差和最大高差往往处在海平面气压场的高压或弱低压内等气压梯度小的地方，高空则处在西北、偏西气流内。850 hPa风速小，有时有弱的切变，很少发生降水，即使有降水也比较弱。而最大低差和最小高差往往受气旋、倒槽等低值系统的影响，常处在低压前部高压后部或低压后部高压前部。在高空850 hPa常受切变的影响，在500 hPa常有高空槽或冷涡活动，容易出现降水。以下为最小低差、高差和最大低差、高差所处天气系统的不同阶段：①最小高差在850 hPa所对应的是较弱的上升运动和暖平流以及较大的相对湿度，这说明低层处系统的暖区，如果有降水则处于降水的前期。850 hPa在上升运动和暖平流的共同作用下气温缓慢升高。因相对湿度大、云层厚，地面气温的升高主要受暖平流推升，升幅小，使高差值达到最小。②最大低差在850 hPa所对应的是较弱的下沉运动和冷平流以及较大的相对湿度，这说明低层已经进入系统的后期，冷空气刚刚插入，如果有降水则处于降水的后期。850 hPa在下沉增温和冷平流的共同作用下气温可能无明显变化。因相对湿度大、云层厚，使地面气温较难明显下降，最低气温高，远高于850 hPa平均温度，低差值达到最大。③最大高差在850 hPa所对应的是较弱的下沉运动和冷平流，相对湿度小，这说明高空仍处脊前西北气流控制，850 hPa虽有下沉运动所导致的绝热升温，但同时有冷平流降温，使850 hPa温度可能无明显变化或有一定程度的降温，同时地面虽然处高压前部，但因已经过了强冷平流区，相对湿度小，有利于日间辐射升温，地面气温升幅大，使高差值达到最大。④最小低差在850 hPa所对应的是较弱的下沉运动和暖平流，这说明经过前期较强下沉绝热增温高空已进入脊内控制，在偏西气流的作用下形成较弱的暖平流，同时地面处高压内部控制，高空相对湿度小，夜间地面辐射降温强，地面降温幅度大，最低气温低，远低于850hPa平均温度，使低差值达到最小。同理可以得出，最强暖平流往往处在低值系统前期，是本地水汽和能量不断蓄积的时期。最强冷平流往往处在由暖区向冷区转换的时期。最强上升运动处在低值系统的中心区。最强下沉运动区处在脊前高后区。

（2）垂直速度极值所对应的温度平流值的绝对值相对较小，即出现最强上升运动和最强下沉运动时大气的温度平流相对较弱；温度平流极值所对应的垂直速度的绝对值相对较小，即出现最强冷暖平流时大气的垂直运动相对较弱。

（3）日间的最强上升运动比夜间的最强上升运动更强，即最强上升运动更容易出现在日间；夜间的最强下沉运动比日间的最强下沉运动更强，即最强下沉运动更容易出现在夜间。

（4）日间的最强暖平流比夜间的最强暖平流更强，即最强暖平流更容易出现在日间；夜间的最强冷平流比日间的最强冷平流更强，即最强冷平流更容易出现在夜间。

4 参考文献

[1] 燕成玉，闵锦忠，崔粉娥，等.秦皇岛市两次极端最低气温天气过程的对比分析[J].气象与环境学报，2010，26（3）：39-43.

[2] 周后福.局地温度变化中各项因子的定量估算[J].气象，2005，31（10）：20-23.

[3] 刘梅，濮梅娟，高萍，等.江苏省夏季最高温度定量预报方法[J].气象科技，2008，36（6）：728-733.

[4] 缪国华，施丹萍，唐毅.夏季多高温年和少高温年的前期环流特征[J].气象，1999，24（12）：27-32.

[5] 陈芳，马英芳，金惠瑛.高空温度、高度变化特征及其与地面气温相关分析[J].气象科技，2005，33（2）：163-166.

[6] 冀新琪.克拉玛依夏季日最高气温与08时850hPa温度的关系[J].新疆气象，2005（4）：13-14.