烏魯木齊市主城區(qū)氣溫日變化特征分析

　　摘要：本文利用 2008—2020 年自動(dòng)氣象站逐小時(shí)氣溫觀測(cè)資料，研究了烏魯木齊市主城區(qū)氣溫日變化特征。 結(jié)果表明：烏魯木齊市主城區(qū)日最高氣溫主要出現(xiàn)在 14:00—17:00，日最低氣溫出現(xiàn)在 05:00—08:00。同一 季節(jié)內(nèi)，各月的日最高氣溫出現(xiàn)時(shí)次最大相差 1 h;日最低氣溫出現(xiàn)時(shí)次在冬季各月間的差異較大，12 月 和 1 月的日最低氣溫出現(xiàn)時(shí)間與 2 月相差 4 h。此外，12 月和 1 月的日最低氣溫出現(xiàn)時(shí)間比其他月均早 2～ 3 h，與我國(guó)其他城市存在較大差異。烏魯木齊市主城區(qū)各月的最高氣溫出現(xiàn)率的日分布曲線以“雙峰”型為 主，主峰時(shí)次為 15:00—18:00，次峰時(shí)次為 21:00，夏季和冬季各月的日最高氣溫各時(shí)次出現(xiàn)率的時(shí)間分布 較為集中，春季和秋季相對(duì)分散。最低氣溫出現(xiàn)率的日分布曲線在春、夏、秋 3 季均呈“單峰”型，冬季峰 值特征不明顯。春、夏、秋 3 季的最低氣溫在 07:00—10:00 的出現(xiàn)率較高，冬季 12 月和 1 月在 20:00 的出 現(xiàn)率相對(duì)較高。主城區(qū) 09:00—12:00 的 1 h 正變溫較大;18:00—22:00 的 1 h 負(fù)變溫較大，正負(fù)變溫存在不 對(duì)稱性，1 h 變溫是烏魯木齊市主城區(qū)變溫的主導(dǎo)者。烏魯木齊市主城區(qū)冬季氣溫的日變化特征比其他 3 個(gè) 季節(jié)更為復(fù)雜。

　　關(guān)鍵詞：逐時(shí)氣溫;日變化;變溫;烏魯木齊

　　氣溫是影響人類日常生活和生態(tài)環(huán)境的重要?dú)庀笾笜?biāo)之一，也是預(yù)報(bào)高溫、寒潮、霜 凍、低溫冷害等災(zāi)害性天氣的重要指標(biāo)[1-2]。日變化是氣候的基本特征之一[3]，認(rèn)識(shí)氣溫的 日變化特征，對(duì)于進(jìn)一步理解大氣環(huán)流演變與日變化的關(guān)系，提高氣溫精細(xì)化預(yù)報(bào)水平和災(zāi) 害性天氣預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率等都有重要的意義[4-6]。

　　環(huán)境人員評(píng)職知識(shí)：《青海環(huán)境》(季刊)創(chuàng)刊于1984年，由青海省環(huán)境保護(hù)局主辦。本刊作為宣傳青藏高原環(huán)境保護(hù)工作的一個(gè)窗口，立足青海，面向全國(guó)，突出高原特點(diǎn)，反映高原環(huán)�？萍汲晒�。可供有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)干部和從事環(huán)境保護(hù)工作的管理、科研、教學(xué)人員、大專院、校師生、企事業(yè)單位環(huán)境保護(hù)工作者以及社會(huì)各界熱心環(huán)境保護(hù)事業(yè)的公眾參閱。

　　由于受到觀測(cè)技術(shù)水平的限制，早期開展的氣 溫日變化研究不論是空間尺度還是時(shí)間尺度都相對(duì)較粗，難以全面系統(tǒng)的理解和認(rèn)識(shí)氣溫日 變化的內(nèi)在特征。隨著全球氣象觀測(cè)站網(wǎng)的不斷完善，我們能夠獲得更多高時(shí)空分辨率的氣 象資料，為深入系統(tǒng)的開展氣溫日變化研究提供了所需的條件[7-8]。

　　呂達(dá)仁等[9]指出，由于 受到太陽(yáng)輻射日變化影響，我國(guó)大部地區(qū)近地面日最高氣溫一般出現(xiàn)在北京時(shí)間 14:00— 15:00，日最低氣溫一般出現(xiàn)在日出前后。由于受到下墊面狀態(tài)、天氣現(xiàn)象等因素的影響， 近地面氣溫在日出后升溫速率較快，進(jìn)入夜間后氣溫的變化速率趨于平緩。相關(guān)研究表明 [10]，不同的下墊面條件和天空狀況對(duì)某一區(qū)域一天中最高氣溫和最低氣溫的出現(xiàn)時(shí)間也有 影響。

　　楊萍等[11]利用北京地區(qū) 2007—2010 年的自動(dòng)氣象站資料分析了北京市城區(qū)和郊區(qū)氣 溫的日變化差異及季節(jié)特征，指出城市熱容量差異是城、郊?xì)鉁夭町惖闹饕�原因。胡文志�?[12]使用香港城、郊代表站的逐小時(shí)氣溫資料，對(duì)比研究了二者氣溫的日變化差異。黃良美等[13]通過對(duì)南京市 4 種不同下墊面進(jìn)行觀測(cè)對(duì)比，發(fā)現(xiàn) 4 種下墊面白天氣溫成林地<水體 <草地<水泥地的變化趨勢(shì)，夜晚則相反。鄭易飛等[14]統(tǒng)計(jì)分析了深圳地區(qū)夏季氣溫日變 化特征及時(shí)空分布，發(fā)現(xiàn)氣溫日平均變化中城市建成區(qū)地表氣溫的上升率和冷卻率均低于城 市郊區(qū)，氣溫日變化的水平分布直接受城市不同地表熱容量差異分布、地理地形以及局地風(fēng) 環(huán)流等影響。

　　高紅燕等[15]對(duì)比分析了西安和咸陽(yáng)兩站的日變化特征，指出西安氣溫季節(jié)變 化趨勢(shì)最明顯的是春季，其次是冬季，夏季最小，咸陽(yáng)氣溫變暖趨勢(shì)比西安滯后 5~8 a;二 者 6 h 氣溫變化幅度最大的是早晨至中午，最小的是夜間到早晨。 城市是地球表面重要的組成部分之一，也是人類活動(dòng)最頻繁的區(qū)域，它對(duì)區(qū)域氣候變化 和生態(tài)環(huán)境都有顯著的影響。近年來(lái)，隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的快速發(fā)展，城市化對(duì)氣溫變化 的影響越來(lái)越受到人們的關(guān)注[16]。烏魯木齊市是新疆維吾爾自治區(qū)的首府，也是中亞五國(guó) 第一大城市，隨著城市化的快速發(fā)展，在城市復(fù)雜下墊面的作用下，烏魯木齊市主城區(qū)晝夜 氣溫變化的特征是怎樣的，這一問題尚不明確。

　　以往針對(duì)烏魯木齊市氣溫的研究多從年代際、 年際、季節(jié)等時(shí)間尺度來(lái)進(jìn)行分析，更多關(guān)注氣溫的長(zhǎng)期變化趨勢(shì)及其影響[17-21]，而對(duì)城市 氣溫的精細(xì)化特征，特別是日變化特征研究的相對(duì)較少。近年來(lái)，已有氣象學(xué)者使用日平均 氣溫、逐日最高、最低氣溫等資料對(duì)烏魯木齊市的氣溫變化特征進(jìn)行了一些研究[22-24]，但利 用時(shí)間分辨率更高的自動(dòng)氣象站逐小時(shí)氣溫資料來(lái)研究烏魯木齊市氣溫日變化特征的工作 還較少。為進(jìn)一步深入認(rèn)識(shí)烏魯木齊市氣溫的精細(xì)化特征，本文使用 2008—2020 年烏魯木 齊市主城區(qū)自動(dòng)氣象站逐小時(shí)氣溫觀測(cè)資料分析其日極值氣溫和變溫的日變化規(guī)律，以期為 精細(xì)化天氣預(yù)報(bào)和服務(wù)提供參考。

　　1 資料和方法

　　1.1 資料

　　本文使用新疆維吾爾自治區(qū)氣象局氣象信息中心提供的 2008 年 1 月—2020 年 2 月烏魯 木齊國(guó)家級(jí)自動(dòng)氣象站(87°39′00″E，43°47′00″N，海拔高度 918.7 m)逐小時(shí)氣溫觀測(cè)資料， 首先對(duì)自動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)進(jìn)行了查驗(yàn)，剔除了異常值和不完整的資料。

　　1.2 研究方法

　　主要使用參考文獻(xiàn)[11]中關(guān)于出現(xiàn)率、變溫等的相關(guān)定義，具體如下：

　　(1)出現(xiàn)率為出 現(xiàn)次數(shù)與總次數(shù)的比值，可以表征日最高(低)氣溫在各時(shí)次出現(xiàn)的概率。

　　(2)變溫指單位 時(shí)間內(nèi)氣溫的變化幅度，是天氣預(yù)報(bào)中評(píng)估天氣過程強(qiáng)度的重要指標(biāo)之一。本文重點(diǎn)針對(duì) 1 h 變溫、3 h 變溫和 6 h 變溫進(jìn)行分析。 2 結(jié)果分析 2.1 氣溫日變化特征 圖 1 給出了烏魯木齊市主城區(qū) 1—12 月的氣溫日變化分布，可以看出，12 月烏魯木齊 市主城區(qū)日最高氣溫的出現(xiàn)時(shí)次最早，為 14:00;1、2 月和 11 月的日最高氣溫均出現(xiàn)在 15:00; 3 月和 10 月出現(xiàn)在 16:00;4—9 月都出現(xiàn)在 17:00。烏魯木齊市主城區(qū)日最低氣溫的出現(xiàn)時(shí)次在 1 月和 12 月最早，均為 05:00;2 月最晚，為 09:00;5—11 月均出現(xiàn)在 07:00;3 月和 4 月出現(xiàn)在 08:00。綜上可知，烏魯木齊市主城區(qū)日最高氣溫在全年各月的出現(xiàn)時(shí)間主要分布 在 14:00—17:00，日最低氣溫的出現(xiàn)時(shí)間主要分布在 05:00—08:00;12 月的日最高氣溫和最 低氣溫的出現(xiàn)時(shí)間均為全年各月最早。

　　從日最高氣溫和最低氣溫出現(xiàn)時(shí)次的季節(jié)分布可以看 出，夏季的 3 個(gè)月烏魯木齊市主城區(qū)的日最高氣溫都出現(xiàn)在 17:00，日最低氣溫都出現(xiàn)在 07:00;秋季日最低氣溫均出現(xiàn)在 07:00;日最高氣溫的出現(xiàn)時(shí)次呈現(xiàn)出逐月提早 1 h 的特征， 即 9 月出現(xiàn)在 17:00，10 月出現(xiàn)在 16:00，11 月出現(xiàn)在 15:00。同一季節(jié)內(nèi)，各月的日最高氣 溫出現(xiàn)時(shí)次最大相差 1 h;但日最低氣溫出現(xiàn)時(shí)次在冬季各月間的差異較大，12 月和 1 月的 日最低氣溫出現(xiàn)在 05:00，2 月出現(xiàn)在 09:00，12 月和 1 月日最低氣溫出現(xiàn)時(shí)間比 2 月早 4 h。

　　3 結(jié)論

　　本文利用 2008—2020 年自動(dòng)氣象站逐小時(shí)氣溫觀測(cè)資料，分析了烏魯木齊市主城區(qū)日 最高、最低氣溫出現(xiàn)時(shí)間以及變溫的總體規(guī)律，結(jié)論如下：

　　(1)烏魯木齊市主城區(qū)日最高氣溫出現(xiàn)在 14:00—17:00，最低氣溫出現(xiàn)在 05:00—08:00。 同一季節(jié)內(nèi)，各月的日最高氣溫出現(xiàn)時(shí)次最大相差 1 h;但日最低氣溫出現(xiàn)時(shí)次在冬季各月 間的差異較大，12 月和 1 月的日最低氣溫出現(xiàn)在 05:00，2 月出現(xiàn)在 09:00，12 月和 1 月日 最低氣溫出現(xiàn)時(shí)間比 2 月早 4 h。此外，12 月和 1 月日最低氣溫的出現(xiàn)時(shí)間比春、夏、秋 3 季各月均早 2～3 h，與我國(guó)其他城市存在較大差異。

　　(2)烏魯木齊市主城區(qū)最高氣溫出現(xiàn)率的日分布曲線以“雙峰”型為主，夏季和冬季各 月的最高氣溫各時(shí)次出現(xiàn)率的時(shí)間分布較為集中，春季和秋季相對(duì)分散。最低氣溫出現(xiàn)率的 日分布曲線在春、夏、秋 3 季均呈“單峰”型，冬季的峰值特征不明顯;日最低氣溫最大出 現(xiàn)率的時(shí)次在 1 月和 12 月均為 20:00，與受太陽(yáng)輻射日變化影響下的一般規(guī)律存在差異。

　　(3)烏魯木齊市主城區(qū) 1 h 正(負(fù))變溫峰值時(shí)間出現(xiàn)在 09:00—12:00(18:00—22:00)， 最大正(負(fù))變溫幅度為 1.2～1.9 ℃(0.9～1.2 ℃之間);3 h 和 6 h 變溫特征與 1 h 相似。 正負(fù)變溫存在不對(duì)稱性，負(fù)變溫過程比正變溫過程略平緩一些，平均最大變溫主要發(fā)生在 1 h 以內(nèi)。

　　(4)烏魯木齊市主城區(qū) 1 h 最大正(負(fù))變溫最大概率時(shí)間主要分布在 10:00—12:00 (19:00—23:00);夏季 1 h 最大正變溫峰值時(shí)刻出現(xiàn)率的數(shù)值最高，秋季 1 h 最大負(fù)變溫峰 值時(shí)刻出現(xiàn)率的數(shù)值最高，冬季 1 h 最大正(負(fù))變溫峰值時(shí)刻出現(xiàn)率的數(shù)值均最低。烏魯 木齊市主城區(qū) 1 h 最大負(fù)變溫出現(xiàn)率的日分布曲線比 1 h 最大正變溫出現(xiàn)率的日分布曲線的離散度大;1 h 最大負(fù)變溫出現(xiàn)時(shí)間的最大概率也明顯小于 1 h 最大正變溫。

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　　作者：楊霞1，趙逸舟 2，蔡梅 3，張超 1

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