四明山區(qū)域氣溫的垂直變化特征分析*

丁燁毅 高益波 胡 波 楊 棟

(1.寧波市氣象臺(tái)，浙江 寧波 315012；2.余姚市氣象局，浙江 余姚 315400)

0 引 言

山地氣候的垂直變化主要取決于所處地理緯度和海拔高度[1]，其體現(xiàn)了地形、地貌、植被和土壤等因素的綜合作用，但又反作用于植被生長和土壤發(fā)育[2]。目前，國內(nèi)外學(xué)者非常重視山區(qū)氣候變化，已對(duì)廣西大青山[1]、福建黃崗山[2]和武夷山[3]、吉林長白山[4]、西藏色齊拉山[5]和喜馬拉雅山[6]等地區(qū)的垂直變化進(jìn)行研究分析，取得一定的研究成果，但山地氣候因復(fù)雜地理、地形等條件具有明顯的區(qū)域小氣候特征，研究結(jié)論局域性較強(qiáng)。因此，在加快推進(jìn)四明山區(qū)域生態(tài)發(fā)展的背景下，開展該區(qū)域山地氣候觀測工作，分析氣溫隨海拔高度的變化規(guī)律，可為該區(qū)域農(nóng)業(yè)、林業(yè)、旅游和生態(tài)等合理、科學(xué)地開發(fā)和可持續(xù)發(fā)展提供數(shù)據(jù)參考和科學(xué)依據(jù)。另外，四明山區(qū)域的山地氣候包括氣溫及其相關(guān)氣象要素的垂直分布規(guī)律研究也鮮見報(bào)道。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域

四明山區(qū)域位于浙江省寧波市，主要包括余姚市、奉化市和鄞州區(qū)的四明山區(qū)范圍，涉及以山地為主的13個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)(街道)，總面積1337.93 km2；其林地資源極其豐富，林地面積925.80 km2，森林覆蓋率高達(dá)72.1%，是寧波最重要的綠色生態(tài)屏障，有“浙東綠肺”之稱。

四明山區(qū)域地處北亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，冬夏季風(fēng)交替明顯；年平均氣溫在12.5～17.5 ℃，雨量充沛，為浙江雨量偏多地區(qū)，尤其是臺(tái)風(fēng)暴雨受其地形影響，增雨明顯，年降水量一般為1400～1900 mm。

1.2 數(shù)據(jù)收集

在四明山區(qū)域不同高度處布設(shè)氣象站(表1)，其觀測環(huán)境、設(shè)備安裝和儀器精度及穩(wěn)定性均符合中國氣象局標(biāo)準(zhǔn)，氣溫儀器設(shè)置在距地面1.5 m處的小百葉箱內(nèi)，避免太陽的直接輻射和地面的反射輻射對(duì)其造成的影響；因山區(qū)建設(shè)條件限制，未充分考慮站點(diǎn)坡向，但海拔高度是影響氣溫的最主要因素，因此該5個(gè)測站在各自高度具有一定的氣溫觀測代表性；另外，站點(diǎn)觀測儀器逐年標(biāo)定校準(zhǔn)，數(shù)據(jù)可信度高；2008年1月1日—2015年12月31日，逐時(shí)自動(dòng)記錄氣溫，包括小時(shí)平均氣溫、小時(shí)最高氣溫和小時(shí)最低氣溫，各站數(shù)據(jù)完整率在97%以上。

表1 四明山區(qū)域氣象站概況

根據(jù)小時(shí)觀測數(shù)據(jù)，求算逐日氣溫，包括日平均氣溫、日最高氣溫、日最低氣溫；季和年的平均氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫分別由季和年的日平均氣溫、日最高氣溫、日最低氣溫采用平均計(jì)算法求得。

1.3 計(jì)算方法

一般而言，氣溫的垂直變化與高度有著較吻合的線性關(guān)系，這個(gè)線性關(guān)系的系數(shù)就是氣溫垂直遞減率，簡稱氣溫直減率[7]。由于氣溫受緯度、下墊面、氣流等因素影響，氣溫直減率隨地點(diǎn)、季節(jié)、晝夜的不同而變化；自由大氣氣溫直減率約為0.65 ℃/100 m[7]。

T=T0+α·ΔH，其中α為氣溫直減率，ΔH為氣溫和氣溫T0的高度差，即α=(T-T0)/ΔH。

因氣溫垂直觀測存在多個(gè)高度的氣溫?cái)?shù)據(jù)，根據(jù)上式可計(jì)算出不同高度間的氣溫直減率，本文為了準(zhǔn)確分析四明山區(qū)域氣溫垂直變化特征，建立不同高度間的T-T0和ΔH兩變量之間的一元回歸方程，方程的斜率即是氣溫直減率。

2 結(jié)果與分析

2.1 平均氣溫

從表2可以看出，四明山區(qū)域年平均氣溫隨海拔高度升高而降低，且下降趨勢明顯，年平均氣溫從海拔25 m的17.3 ℃下降到海拔820 m的13.1 ℃，直減率為0.51 ℃/100 m；四季平均氣溫隨海拔高度的變化趨勢與年平均氣溫相似，但垂直變化幅度存在較大差異，夏季直減率最大(0.63 ℃/100 m)，春季和秋季直減率較大，冬季直減率最小(0.39 ℃/100 m)；在夏季，輻射加熱作用顯著，直減率明顯偏大，在冬季，多冷空氣影響，直減率減小，形成夏季大冬季小的變化特征。

表2四明山區(qū)域不同海拔高度的季和年平均氣溫℃

從圖1可以看出，2008—2015年氣溫直減率呈波動(dòng)變化，最小2010年0.44 ℃，最大2011年0.54 ℃，年平均直減率為0.5 ℃，范圍在0.49±0.5 ℃。

圖1 四明山區(qū)域平均氣溫直減率年際變化

四明山區(qū)域平均氣溫直減率日變化呈單峰型分布(圖1)，最大直減率出現(xiàn)在下午17時(shí)，主要原因可能是午后隨太陽高度角減小,太陽輻射對(duì)高層空氣的增溫作用逐漸減弱,高海拔地區(qū)大氣湍流加強(qiáng)，進(jìn)而高海拔地區(qū)氣溫較低海拔地區(qū)下降明顯；最小直減率出現(xiàn)在早晨5—6時(shí)，直減率從5—6時(shí)0.33 ℃/100 m上升到17時(shí)0.74 ℃/100 m，隨后持續(xù)下降，氣溫直減率變化上升速率較下降速率快；與氣溫日變化相比，氣溫直減率變化屬于慢變過程，12h內(nèi)僅變化0.41 ℃。

圖2 四明山區(qū)域平均氣溫直減率日變化

一般來說，地面是近地層大氣主要的直接熱源，白天地面吸收大量太陽輻射，地溫高，地面輻射強(qiáng)度大，近地面空氣層受熱多，低海拔氣溫較高海拔地區(qū)高，氣溫直減率大；反之，夜晚氣溫直減率小。

2.2 平均最高氣溫

從表3可以看出，四明山區(qū)域平均最高氣溫隨海拔高度的變化趨勢與平均氣溫相似，但季、年平均最高氣溫直減率較平均氣溫大，平均最高氣溫直減率較平均氣溫直減率增幅在0.04～0.12 ℃/100 m，說明平均最高氣溫隨海拔高度升高變化更明顯，其中夏季增幅最大，冬季增幅最小。

表3 四明山區(qū)域不同海拔高度的季和年平均最高氣溫 ℃

2.3 平均最低氣溫

從表4可以看出，四明山區(qū)域平均最低氣溫隨海拔高度的變化趨勢與平均氣溫相似，但季、年平均最低氣溫直減率較平均氣溫小，說明海拔高度對(duì)平均最低氣溫作用較平均氣溫小。

表4 四明山區(qū)域不同海拔高度的季和年平均最低氣溫 ℃

2.4 積 溫

積溫是研究氣溫與作物發(fā)育速度之間關(guān)系的重要指標(biāo)，可由一年內(nèi)日平均氣溫大于等于界限溫度的日平均氣溫累積求得。從圖2可以看出，日平均氣溫≥0 ℃、≥5 ℃和≥10 ℃的積溫變化趨勢相似，均隨著海拔的升高變化十分明顯，且成二次曲線性下降顯著。≥10 ℃的積溫從海拔25 m的5780 ℃下降到海拔820 m的4417 ℃，減少近1400 ℃，≥5 ℃的積溫從海拔25 m到海拔820 m減少1423 ℃，≥0 ℃的積溫從海拔25 m到海拔820 m減少1410 ℃，≥0 ℃、≥5 ℃和≥10 ℃的積溫直減率較為接近。

3 結(jié) 語

文中的研究基于四明山區(qū)域連續(xù)8 a氣溫觀測，得到如下結(jié)論：

1)四明山區(qū)域年平均氣溫隨海拔高度增加呈明顯下降趨勢，直減率為0.51 ℃/100 m；夏季直減率最大，為0.63 ℃/100 m，春季和秋季直減率較大，冬季直減率最小，為0.39 ℃/100 m。

2)四明山區(qū)域平均氣溫直減率日變化呈單峰型分布，最大直減率出現(xiàn)在下午17時(shí)，最小直減率出現(xiàn)在早晨5—6時(shí)，直減率變化上升速率較下降速率快。

3)四明山區(qū)域平均最高氣溫、平均最低氣溫均隨海拔高度的變化趨勢與平均氣溫相似，但平均最高氣溫直減率較平均氣溫大，平均最低氣溫直減率較平均氣溫小。

4)日平均氣溫≥0 ℃、≥5 ℃和≥10 ℃的積溫變化趨勢相似，均隨著海拔的升高變化十分明顯，且成二次曲線性下降顯著。

山地氣候因其坡向、植被等因素，具有明顯局地區(qū)域性，本文研究成果存在一定的局限性，但仍可對(duì)四明山區(qū)域的持續(xù)和諧發(fā)展、森林防火和生態(tài)建設(shè)等具有十分重要的指導(dǎo)意義。

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