南极中山站主要气象要素特征分析

卞磊

摘要    南极地区是全球大气研究计划（GARP）、世界气候研究计划（WCRP）以及国际岩石圈-生物圈计划（IGBP）研究全球变化的关键地区。全球大气是一个相互作用和影响的统一整体，要了解全球气候变化，就必须对南极地区有所研究。本文主要根据2008—2009年南极中山站气象观测资料，对站区周围风、温度、湿度、气压等气象要素的变化特征进行了统计与分析，有助于了解和研究中山站地区的气候概况，对将来的南极科学考察及全球气候变化研究有重要意义。

关键词    中山站;南极;风;温度;湿度;气压

中图分类号    P412.3        文献标识码    A

文章编号   1007-5739（2020）04-0172-03                                                                                     開放科学（资源服务）标识码（OSID）

近年来，南极地区一直是世界各国研究的焦点和关键地区，已列入全球大气研究计划（GARP）、世界气候研究计划（WCRP）以及国际岩石圈-生物圈计划（IGBP）。大气系统是一个统一体，既相互作用又相互影响，要了解全球气候变化，对南极地区的专项研究必不可少。气象要素的分布和季节变化反映了南极地区的大气背景情况，对了解南极气候非常重要。因此，关于南极地区的气象要素的研究对了解和研究南极天气气候以及探讨全球气候变化等具有重要的科学意义。

1    资料来源

本文数据来自2008—2009年南极中山站气象观测资料。中山站建站于1989年2月，位于南极东大陆的拉斯曼丘陵，海拔14.9 m，自建站以来就被列入了世界气象组织（WMO）南极基本天气网（ABCN）和南极基本气候观测系统地面站（ABSN）以及全球气候观测系统地面站网（GSN）。该站冬季被积雪覆盖，夏季则为裸露的砂石，由于其位于南极圈以内，每年都有55 d极昼（11月下旬至翌年1月上旬）与58 d极夜（5月下旬至7月上旬）。

2    各气象要素分析

2.1    风

空气的运动产生气流，气象学规定空气的水平运动称作风。热力和地面摩擦等综合作用使得空气运动存在于水平方向和垂直方向上。一般来说，水平方向上的风速比垂直方向上的大1个数量级以上，即水平风速远大于垂直风速。为了使不同区域的观测结果具有比较性，WMO规定所有气象台站的风向风速仪设在离地10 m高度处，并要求四周开阔、无障碍物。

分析中山站2008—2009年16方位风向频率可知，中山站的风向以东风为主，风向频率为35.2%;其次为东南东和东北东，风向频率分别为27.1%和18.3%，东北东（ENE）至东南东（ESE）风向频率高达80.6%。西北西（WNW）象限风向全年出现频率略高于2%，其他象限风向的出现频率则更低。

根据中山站每小时风的观测资料，逐月统计出的月平均风速与大风日数（表1）。可以看出，中山站的各月平均风速介于3.7～6.3 m/s之间，年平均风速为5.7 m/s。秋季（3—5月）、冬季（6—8月）风速大于年平均值;最大风速出现在4月，为6.3 m/s;7月以后风速逐渐下降，春季（9—11月）、夏季（11月至翌年2月）风速低于年平均风速;最小风速出现在1月，为3.7 m/s;1月以后风速逐渐增加。

大风日数定义为只要当日最大风速≥13.9 m/s，便记为1个大风日。统计结果表明，中山站该年平均大风日数为117 d，大风日出现频率为32%;全年7月出现大风日数最多，为16 d;其次是2—4月，分别为12、12、13 d，1月大风日数最少，仅有5 d;其他各月大风日数均在7～9 d之间。该地之所以大风频繁，是因为其处于南极东大陆大冰盖的前缘，受冰盖的热汇作用和冰面的冷却效应影响，产生了强烈的下降风。

图1和图2分别为中山站风向和风速的各季节平均日变化曲线。可以看出，春、夏季风向日变化明显，风速变化呈正弦波形。春季0：00—10：00之间风向与风速均较平稳，之后风速明显减小，于20：00又开始增大，风先向南偏转后又于17：00开始向北偏转，但始终为东风。夏季，中山站的风向与风速的日变化幅度较大。可以看出，在0：00—7：00之间，风速明显加大，风向平稳;之后风速减小，风向向南偏转;在日落之后，风速再次加大，风向开始向北偏转。这是由于地表温度的日变化，会导致近地层逆温强度的改变，当地表温度大于气温时，近地面暖空气向山上爬升，出现上坡风。发生上坡风时，风向的偏转与中山站地处南高北低的地势相符。秋季和冬季，风速和风向没有明显的日变化特征，这是因为全天地表温度与气温均无明显的日变化，温差变化幅度较小，没有导致坡风的日变化，下坡风持续盛行，风速比夏季更大。

2.2    气温和地表温度

从表2可以看出，该站的年平均气温约为-10.8 ℃，各月平均气温均低于0 ℃;1月、12月气温接近0 ℃，约为 -0.8 ℃;最低月平均气温为-21.0 ℃，出现在8月;气温年较差20.2 ℃。1—6月气温下降非常明显，7月出现短暂回升并于8月达到全年最低气温;9—12月升温十分迅速。地表温度的变化趋势与气温接近，年平均地表温度为-9.4 ℃;1月温度最高，为3.2 ℃;之后快速下降，8月达到最低温度-24.5 ℃。整体特征类似于W.Schwerdtfeger指出的南极“无心冬季”和“短暂夏季”的气温变化特征[4]。

图3反映了中山站气温与地表温度的季节平均日变化特征。可以看出，气温在各个季节均无明显的日变化，夏季最低气温出现在5：00—7：00;随后气温缓慢升高，并于18：00—20：00升至最高;日較差仅为2.8 ℃。气温日变化幅度较小是夏季多极昼、多阴雨天气且天气形势相对平稳等因素共同作用的结果。夏季地表温度高于气温，有明显的日变化;夜间地表温度下降，日出前地表温度下降达到全天的最低值;日出后地表温度开始上升，在日落时达到全天的最高温度。在冬季，气温日较差仅有0.6 ℃，气温变化平缓，无峰谷值，是由于冬季多极夜、多阴天以及地表始终有冰雪覆盖等因素造成;地表温度低于气温，亦无明显的日变化，这是由于太阳辐射的影响，夏季太阳辐射强且日变化明显，而在冬季太阳辐射强度很弱。相较于中山站夏季地表温度的日变化，气温日变化并不明显。这是由于中山站地区的气候较为干燥，地表的热容量比大气小很多，地表温度会随着太阳辐射强度的变化而迅速变化。

2.3    气压

测量气压、掌握气压变化规律，对于天气分析和天气预报具有重要的意义。中山站（东经76°22′42″，南纬69°22′24″）坐落于南极东大陆的边缘，极地气候特征显著。南极大陆终年被极地高压控制，被活跃的绕极气旋活动区所包围，内陆气压高，周边气压低。由于常年受极地高压和绕极气旋的影响，特别是随着极地高压和副热带高压的强弱变化，绕极低压带的位置有明显变化，中山站多年平均气压仅为985.3 hPa。

图4是中山站2008—2009年月平均气压的变化曲线。由图可以看出，中山站气压的年变化幅度较小，年平均气压为986.9 hPa，2—7月平均气压高于年平均气压，其他月则低于年平均气压。全年以4月平均气压最高，为991.2 hPa;10月平均气压最低，为979.4 hPa;年较差11.2 hPa。最高气压与最低气压的月平均气压的变化趋势相似。气压最高值为1 019.4 hPa，出现在4月;最低值为949.5 hPa，出现在11月。

3    结论

（1）风向以偏东风为主，全年东北东—东南东象限风向频率高达80.6%。年平均风速为5.7 m/s;2—7月风速较大，8月至翌年1月风速较小;最大风速为4月的6.3 m/s，最小风速为1月的3.7 m/s。春季、夏季风速日变化明显，呈正弦波形;秋季、冬季风速变化平稳，日变化特征不明显。受下降风影响，全年大风日数多。

（2）中山站2008—2009年气温较低，年平均气温为 -10.8 ℃，各月气温均低于0 ℃，1月气温最高，为-0.8 ℃，8月气温最低，为-21.0 ℃，较往年有降温趋势。地表温度的变化趋势与气温相似，但春季、夏季高于气温，秋季、冬季低于气温，年平均地表温度-9.4 ℃;地表温度最高与最低分别为3.2、-24.5 ℃，出现在1月和8月。

（3）空气湿度小，气候干燥，年平均湿度仅有2.76 g/kg，月变化不明显，但有一定的季节差异。

（4）年平均气压986.9 hPa，月际变化平稳，年较差小;最高气压月平均气压991.2 hPa，最低月平均气压979.4 hPa。

4    参考文献

[1] ZWALLY H，COMISO C，PARKINSON C，et al.Antarctic Sea Ice，1973-1976：Satellite Passive-Microwave Observations.NASA SP-459[M].USA：NASA Special Publication，1983.

[2] COMISO J C.Variability and trends in Antarctic surface temperatures from in situ and satellite infrared measurements[J].Journal of Climate，2000，13：1674-1696.

[3] VELLINGA P，VERSEVELD W J V.Climate Change and Extreme Weat-her Events[J].Environmental Policy Collection，2000，3（3）：233-248.

[4] SCHWERDTFEGER W.南极的天气与气候[M].北京：气象出版社，1989：307-308.

[5] 杨清华，张林，李春花，等.南极中山站气象要素变化特征分析[J].海洋通报，2010，29（6）：601-607.