衡水湖湿地冬季日平均气温城镇差异特征分析

韩建广，李月英，肖 玮，韩思博，徐建芬

（1.饶阳国家气候观象台，河北 饶阳 053900；2.衡水市气象局，河北 衡水 053000；3.冀州区气象局，河北 冀州 053200；4.广东海洋大学，广东 湛江 524000）

湿地是陆地和水生系统之间的过渡生态系统，其地表为浅水覆盖或其水位在地表附近变化，是受人类活动影响变化较为明显的一种特殊景观类型。湿地是地球上具有多种独特功能的生态系统，它不仅为人类提供大量食物、原料和水资源，而且在蓄洪防旱、调节气候、保护生物多样性、降解环境污染等方面均有重要作用［1］。研究表明，在中国，大湖与陆地之间存在明显的温差［2，3］，城市湖泊在受到城市内部气候影响的同时也有自身气温特征［4］。许多专家通过采用气温、地表辐射等观测数据，对局地小气候特征进行研究，并取得了一定的成果［5-7］。高媛媛等［8］通过数值模式模拟出小气候现象，并揭示了城市小气候的可能成因。

衡水湖湿地坐落在河北平原东南部，衡水市桃城、冀州两区的交界区，处于东经115°27′45″—115°42′6″、北纬37°31′39″—37°42′18″，总面积187.87 km2。其远离市区，分为东湖、西湖和冀州小湖3个湖区，其中东湖是主要蓄水区，水域面积42.5 km2，是华北内陆平原区单体水面积最大的淡水湖。衡水湖湿地不但造福衡水人民，而且对调节周边乃至京津地区的气候、改善生态环境起到重要作用。在水资源稀缺的华北内陆平原，衡水湖的小气候特征有待研究。本研究使用位于衡水湖湖畔的衡湖码头气象站、衡水湖生态站、衡水园博园站观测的衡水湖冬季日平均气温资料，与邻近15 km 内、代表陆地城镇不同区位的3 个国家气象观测站日平均气温进行差值分析，以了解冬季衡水湖的小气候特征。

1 资料与方法

1.1 资料

1.1.1 湖畔日平均气温 湖畔日平均气温来自衡湖码头气象站、衡水湖生态站、衡水园博园站观测的衡水湖冬季日平均气温资料。衡湖码头气象站、衡水湖生态站、衡水园博园站均属于六要素区域站，分别位于衡水湖东南、衡水湖东侧、衡水湖西侧位置，取3 站日平均气温的平均值，基本代表了衡水湖湖区的气温特征。按照气象划分，冬季为12月至次年2月。涉及2017 年12 月至2023 年2 月的12 月、1 月、2 月数据，共6 个完整冬季，数据总日数为541 d。

1.1.2 气象站日平均气温 气象站日平均气温选取了距衡水湖最近的衡水市冀州区、枣强县、桃城区3个国家气象观测站数据。3 个气象站均位于陆地区，分别在东湖的正南、东南、东北方向。期间冀州站、枣强站、桃城站3 站均无站址变化，距衡水湖湖畔的水平距离分别为4.6、13.5、7.8 km，数据日数均为541 d。

冀州站位于冀州区城南郊外，周围建筑物稀少，人口密集度较低，用以代表郊外空旷区；枣强站位于县城东部，资料期间周围以低楼层建筑为主，人口密度一般，代表城镇边缘区；桃城站位于市区东部，周围建筑和居住人口较为密集，代表城镇中心区。

1.2 方法

参照文献［5，9］，温差指数TCI 为衡水湖湖畔日平均气温与气象站日平均气温之差。TCI 为正数表示衡水湖畔日平均气温偏高，为负数则表示衡水湖畔气温偏低。按照郊外空旷区、城镇边缘区、城镇中心区的顺序，TCI1 为湖畔与冀州站日平均气温差，代表湖畔与陆地郊外空旷区气温差异；TCI2 为湖畔与枣强站日平均气温差，代表湖畔与城镇边缘区气温差异；TCI3 为湖畔与桃城站日平均气温差，代表湖畔与城镇中心区气温差异。资料期间，视TCI1、TCI2、TCI3 的日平均气温差值为当日数据差值，按照《气候状况公报编写规范》［10］，数据日数达到月日数时，差值在±1.0 ℃内为正常，超过±1.0 ℃则为偏高、偏低或显著偏高、偏低等；数据日数达到季、年日数时，差值在±0.5 ℃内为正常，超过±0.5 ℃则为偏高、偏低或显著偏高、偏低等。

2 结果与分析

2.1 总体特征

2017 年12 月至2023 年2 月的6 个完整冬季，TCI1、TCI2、TCI3 的日平均气温差分别为0.6、0、-0.5 ℃，即冬季的日平均气温，湖畔气温较陆地郊外空旷区偏高0.6 ℃，与城镇边缘区基本相同，较城镇中心区偏低0.5 ℃。TCI1 为正值的日数为423 d，占总日数的78%；平均正差值为0.8 ℃，平均负差值为-0.3 ℃，即与郊外空旷区比较，湖畔日平均气温偏高的日数占多数，偏高较偏低的幅度偏大0.5 ℃左右。TCI2 的正、负差值日数分别为289、243 d，平均正、负差值分别为0.5、-0.5 ℃，偏低与偏高的幅度大致相同，即湖畔较城镇边缘区日平均气温偏高与偏低的日数和幅度基本均等。TCI3 中，负差值日数为426 d，占总日数的79%；平均正、负差值分别为0.3、-0.7 ℃，即湖畔较城镇中心区日平均气温偏低的日数占多数，且偏低较偏高的幅度偏大0.4 ℃（表1）。

表1 2017 年12 月至2023 年2 月衡水湖冬季湖畔与邻近城镇区日平均气温差异

2.2 月份特征

12 月、1 月、2 月，TCI1 的日数分别为186、186、169 d，平均差值分别为0.6、0.5、0.5 ℃；正差值日数分别占总日数的81%、75%、78%；平均正差值分别为0.9、0.7、0.7 ℃，平均负差值分别为-0.3、-0.4、-0.2 ℃。即冬季各月，湖畔日平均气温均高于陆地郊外空旷区，偏高的日数均超过70%，偏高的幅度均大于偏低的幅度，其中12 月湖畔日平均气温显著偏高、偏高日数较明显偏多、偏高的幅度大于偏低的幅度（表2）。

表2 衡水湖冬季主要月份与邻近气象站日平均气温差异

12 月、1 月、2 月，TCI2 的日数分别为186、186、169 d，平均差值分别为0.1、-0.1、0.2 ℃；正差值日数分别占总日数的51%、45%、64%；平均正差值分别为0.5、0.5、0.5 ℃，平均负差值分别为-0.5、-0.6、-0.4 ℃，即冬季各月，湖畔日平均气温较城镇边缘区日平均气温、偏高与偏低的日数、偏高与偏低的幅度均较接近（表2）。

12 月、1 月、2 月，TCI3 的日数分别为186、186、169 d，平均差值分别为-0.6、-0.6、-0.3 ℃；负差值日数分别占总日数的81%、83%、70%；平均负差值分别为-0.8、-0.8、-0.5 ℃，平均正差值分别为0.3、0.3、0.2 ℃。即冬季各月，湖畔日平均气温较城镇中心区偏低，各月偏低的日数均超过70%，其中12 月、1 月偏低的日数明显偏多；各月湖畔较城镇中心区偏低的幅度均大于偏高的幅度（表2）。

2.3 极端差值日分析

2.3.1 极端偏高值 2020 年1 月12 日，冀州站出现湖畔日平均气温较陆地区的极端偏高值2.3 ℃。1 月4—6 日，湖畔和陆地日平均气温均在0.6～1.0 ℃的高值点；5 日晚上开始，受冷空气及暖湿气流共同影响，湖畔和陆地各站均出现降雪及雨加雪，其中冀州站最大，桃城站最小，衡水湖畔各站冬季无降水数据；冀州站5—7 日降水量分别为6.8、3.8、6.4 mm，积雪深度6—14 日分别为1、3、8、6、5、4、4、4、4 cm。冀州站降水量及积雪深度明显高于湖畔及其他陆地站点。

陆地最大降温日出现在1 月8 日，日平均气温降温幅度达7.3 ℃；日平均气温极端低温日出现在14日，达-8.6 ℃；9—13 日，冀州站日平均气温均维持在-6.5～-4.4 ℃的低值；陆地过程最大降温幅度达9.2 ℃，较湖畔偏大24%。分析原因，陆地较多的积雪在化雪过程中明显加强了冷空气降温的影响，使得陆地降温幅度比湖畔明显偏大。

湖畔日平均气温在7—14 日持续走低。8 日，24 h 降温5.4 ℃，为过程中最大降温日，降幅较陆地站偏小27%；其他日降温在1～2 ℃；14 日，日平均气温为-6.8 ℃，为过程中最低，较陆地站最低值偏高21%。湖畔过程最大降温幅度为7.4 ℃，较陆地站偏少23%。究其原因，湖水湖冰较大的热容量显著减弱了强冷空气的影响，使得湖畔降温平缓，过程降温明显小于陆地区。

2.3.2 极端偏低值 2023 年1 月8 日，桃城站出现湖畔日平均气温较陆地区的极端偏低值-3.5 ℃。3—16 日，衡水市无降水。3—13 日，陆地气温在波动中上升；湖畔气温则平缓升高，波动则明显偏小。陆地日平均气温的高峰日、低谷日和湖畔日平均气温的高峰日、低谷日基本相同。6 日，陆地气温陡升达到峰值，湖畔平稳少变；9 日，陆地气温回落，湖畔略上升，其中10—12 日，湖畔和陆地气温较为接近。湖畔升温的滞后，使得8 日出现湖畔与陆地区3.5 ℃的最大负温差，时间为陆地气温陡升达到峰值日的第3 天。这说明冬季陆地进入波动升温期，湖冰较高的热容量抑制了湖畔气温的剧烈变化，使其升温过程平缓，在陆地的剧烈升温日，TCI 出现了3.5 ℃的极端负温差。

3 小结与讨论

1）衡水湖位于远离城镇的郊外，冬季日平均气温表现有小气候特征。湖畔日平均气温较陆地郊外偏高0.6 ℃，与城镇边缘区接近，较城镇中心区偏低0.5 ℃。在偏高与偏低的日数和幅度方面，湖畔较郊外空旷区偏高的日数占比达78%、偏高的幅度较偏低的幅度偏大0.5 ℃；与城镇边缘区比较，在日数占比和幅度方面二者基本均等；较城镇中心区偏低的日数占比达79%，偏低的幅度较偏高的幅度偏大0.4 ℃。

2）湖畔日平均气温对陆地区，在冬季不同月份差异大致相同又不完全一致。对郊外空旷区，12 月偏高0.6 ℃，偏高的日数占比为81%，偏高较偏低的幅度大0.6 ℃；1 月、2 月偏高日数占比分别为75%、78%。对城镇边缘区，偏高与偏低日数及偏高与偏低幅度均变化不大。对城镇中心区，12 月、1 月偏低0.6 ℃，2 月略偏低0.3 ℃；偏低日数12 月和1 月占比分别为81%、83%，2 月偏低日数略少，但也高达70%；12 月及1 月偏高的幅度较偏低的幅度均偏小0.5 ℃。

3）受隆冬强冷空气和积雪融化期的影响，陆地气温变化剧烈，湖冰较高的热容量使湖畔气温变化平稳、持续，期间湖畔与陆地可出现日平均气温为-3.5～2.3 ℃的极端正负温差。湖畔极端偏高值出现在隆冬1 月中旬，强冷空气影响时，陆地、湖畔低温期基本等长。陆地前期降温迅速、剧烈，中后期略回升；湖畔则持续小幅降温，过程降幅约为陆地的80%，最大日降幅为陆地的74%。2023 年1 月初，桃城站多日无降水，陆地升温迅速、波动大，湖畔则升温缓慢、持续，出现湖畔较陆地极端偏低值。

4）此次分析使用的湖畔气温数据时次有限，数据量偏少，这些对研究结论的客观性、可靠性都有影响。依靠不断完善的衡水湖小气候观测，未来可开展更全面、可靠的研究，客观了解衡水湖的小气候特征，服务于河北平原地区的生态文明建设。