鳳陽縣寒潮過程草面溫度變化特征分析

袁學(xué)所 夏志芬 葛慶云 王剛

摘要 選取安徽鳳陽2016年11月下旬一次寒潮天氣過程，應(yīng)用自動氣象站連續(xù)觀測資料，將其劃分為2個階段分別分析草面溫度變化特征，并與同期氣溫、風(fēng)速進(jìn)行比較。結(jié)果表明，第一階段平流降溫起主導(dǎo)作用，草面溫度與氣溫吻合度較高；第二階段草面溫度的高低主要取決于積雪表面輻射降溫程度，與氣溫的差值擴大，最大相差10 ℃左右，極值出現(xiàn)時間早于氣溫。探討用氣溫和時間偏差估算寒潮后期的草面溫度，應(yīng)用SPSS軟件建立了回歸方程，可用于寒潮影響后最低草溫預(yù)估，對防范低溫凍害有參考價值。

關(guān)鍵詞 寒潮；草面溫度；回歸分析；時間偏差；安徽鳳陽

中圖分類號 P423.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-5739（2018）11-0219-02

Abstract Using the continuous observation data of automatic weather station，a cold wave process in Anhui Fengyang in late November 2016 was selected and divided into two stages to analyze the grassland temperature change characteristics，and to compare with the temperature and wind speed during the same period. The results showed that advection playd a leading role in the first stage，and grassland temperature was consistent with the temperature. In the second stage，the grassland temperature mainly depended on the radiation cooling of snow surface，the temperature difference increased，which reached about 10 ℃ at most and the extremes appeared earlier than the temperature. Using the deviation values of temperature and time to estimate of grassland temperature in the late cold wave were discussed，and the regression equation was established by SPSS software，which could be used for minimum grassland temperature forecasts after cold wave affecting，and had a reference value to prevent low temperature freezing injury.

Key words cold wave；grassland temperature；regression analysis；time deviation；Fengyang Anhui

受寒潮影響，2016年11月下旬安徽鳳陽出現(xiàn)大風(fēng)降溫和雨雪過程。氣象觀測數(shù)據(jù)表明，鳳陽11月22日20：01至23日20：00平均氣溫-3.0 ℃，比21日下降16.0 ℃；最低氣溫-5.2 ℃，比21日下降17.3 ℃。23日夜間至24日早晨最低氣溫-10.5 ℃（2：27），草面最低溫度-17.1 ℃（0：16），最小能見度67 m，出現(xiàn)初霜和霧凇。11月22日14：00至23日20：00降雪量19.2 mm，最大積雪深度12 cm，達(dá)暴雪量級；過程極大風(fēng)速14.7 m/s（7級，22日4：04）；部分塑料大棚被雪壓塌損壞。草面溫度為氣象觀測場內(nèi)淺草草坪活動面上的溫度，其觀測要用到草面溫度傳感器，一般使用鉑電阻溫度傳感器自動觀測，安裝在自動氣象觀測場內(nèi)，傳感器距地高度6 cm[1]。由于近地層的最低溫度多出現(xiàn)在植物活動面處，所以草面溫度最能說明生長季開始后及結(jié)束前近地層最低溫度出現(xiàn)情況，此溫度值對作物是否會受凍害具有重要的指示意義，在分析霜凍情況和預(yù)報霜凍時也常常要用到草面溫度值[2-5]。有關(guān)草面溫度特征的分析研究逐漸受到關(guān)注[6-12]，但針對典型寒潮個例的分析尚未見報道。一般強降溫和嚴(yán)重霜凍都與寒潮有關(guān)，進(jìn)行此類分析有利于加深對寒潮天氣過程草面溫度變化規(guī)律的認(rèn)識，為做好防霜凍等氣象服務(wù)提供客觀依據(jù)。

1 資料與方法

研究時段為2016年11月20日21：00至24日20：00，主要使用逐小時氣溫、草面溫度、風(fēng)向風(fēng)速資料，參考降水量、降水性質(zhì)、積雪深度等數(shù)據(jù)。所用氣象資料取自鳳陽國家氣象觀測站新型自動氣象站數(shù)據(jù)。根據(jù)天氣監(jiān)測情況，為便于研究，將本次寒潮過程分為2個階段，第一階段為11月20日21：00至23日8：00；第二階段23日8：00至24日20：00。第一階段特征是云系較多，主要降水、大風(fēng)均在此階段，以平流降溫為主；第二階段降水逐漸停止轉(zhuǎn)晴，風(fēng)力逐漸減弱，輻射降溫占主導(dǎo)。當(dāng)積雪深度超過6 cm時，草面溫度傳感器置于雪面上觀測雪面溫度。根據(jù)以上數(shù)據(jù)資料對2個階段草面溫度變化情況進(jìn)行統(tǒng)計分析，建立二元回歸方程，通過氣溫推算草面溫度變化。

2 結(jié)果與分析

2.1 第一階段草面溫度變化特征

從圖1可以看出，21日22：00以前，各時次10 min風(fēng)速在1.8～3.6 m/s范圍變化，氣溫在12.1～14.6 ℃范圍波動，變幅2.5 ℃；草面溫度在11.7～16.5 ℃范圍波動，變幅4.8 ℃；自21日23：00起風(fēng)速增大，22日4：00達(dá)最大值，其10 min風(fēng)速6.5 m/s。氣溫、草面溫度在21日23：00至22日2：00下降最快，變幅均為5.4 ℃，其平均下降速率均為1.80 ℃/h；22日2：00至23日8：00下降速度趨緩，變幅分別為7.6、6.5 ℃，其平均下降速率分別為0.25、0.22 ℃/h?？傮w來看，氣溫、草面溫度波動趨勢一致，數(shù)值較接近。分析其原因，此階段陰有雨轉(zhuǎn)雪，云系的覆蓋限制了輻射降溫，冷空氣平流降溫占主導(dǎo)地位，近地層空氣溫度垂直梯度不大，氣溫與草面溫度之差大多在1.0 ℃以內(nèi)，個別時次最多相差2.0 ℃（21日12：00）。

2.2 第二階段草面溫度變化特征

本階段草面溫度傳感器基本置于雪面上，故也可認(rèn)為是雪面溫度。從圖2可以看出，23日白天仍有降雪，23日中午前后氣溫變化不大，草溫最多比氣溫高3.7 ℃（23日13：00），這與白天太陽散射光對地面輻射有關(guān)。23日夜晚天氣逐漸轉(zhuǎn)晴，雪面所在高度輻射降溫比氣溫快，所以雪面溫度降幅遠(yuǎn)大于氣溫，雪面溫度最低時比氣溫低9.2 ℃（23日23：00），同時雪面溫度低谷出現(xiàn)時間比氣溫早。24日白天，由于太陽短波輻射增溫底層大于上層，故雪面溫度升高較快，雪面溫度最高時比氣溫高10.3 ℃（24日11：00），同時雪面溫度高峰出現(xiàn)時間比氣溫早。此階段，風(fēng)速的改變會引起雪面溫度的波動，但對氣溫影響較小，如23日20：00雪面溫度比19：00回升1.1 ℃，相應(yīng)10 min風(fēng)速增大0.1 m/s；24日6：00雪面溫度比19：00回升2.9 ℃，相應(yīng)10 min風(fēng)速增大0.5 m/s。白天風(fēng)速增加是降溫效應(yīng)，如24日12：00比11：00 10 min風(fēng)速增大0.5 m/s，雪面溫度下降2.8 ℃?？梢哉J(rèn)為，近地面風(fēng)對雪面輻射增溫、降溫有一定的干擾，但23日20：00后風(fēng)速總體較小，10 min風(fēng)速基本都<1.6 m/s，輻射引起的雪面溫度變化大于氣流引起的變化。

2.3 草面溫度回歸分析

為便于用氣溫變化推算寒潮影響后期的草面溫度變化，本文選取23日16：00至24日16：00相關(guān)數(shù)據(jù)，并引入時間偏差，以反映氣溫與草面溫度的日變化。運用IBM SPSS Statistic軟件建立了二元回歸方程：

由表1、2可知，回歸效果極為顯著，無論是總的效果還是單個因子的作用都極顯著。從標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)可以看出，氣溫對回歸方程的貢獻(xiàn)最大，時間偏差次之，但兩者差異不太大。因此，當(dāng)時氣溫及所處的時間段均顯著影響草面溫度的高低。草面溫度實測值和估計值對比由圖3所示。

3 結(jié)論與討論

（1）本文將典型寒潮個例分為2個階段：第一階段以大風(fēng)降溫陰雨雪天氣為主，平流降溫起主導(dǎo)作用，草面溫度與氣溫數(shù)值接近，二者演變趨勢吻合度較高；第二階段降水結(jié)束，天氣放晴，草面溫度的高低主要取決于積雪表面輻射降溫程度，與同時間氣溫的差值擴大，并且日變化位相不完全同步，草面溫度極值出現(xiàn)時間略早于氣溫。

（2）第一階段氣溫與草面溫度之差大部分時次在1.0 ℃以內(nèi)，很少時次相差1.0 ℃以上，最多相差2.0 ℃。此階段降溫速度與風(fēng)速關(guān)系密切，風(fēng)力最大時段降溫速度為1.80 ℃/h，且草面溫度、氣溫降溫速度完全相同；冷鋒過境風(fēng)力減小后，二者降溫速度分別減為0.25、0.22 ℃/h，但降溫的持續(xù)時間相對較長，總降溫幅度不減反升。

（3）第二階段積雪穩(wěn)定存在，觀測到的草面溫度可以認(rèn)為是雪面溫度。其日變化特征非常明顯，變幅大于氣溫，雪面溫度最低時比氣溫低9.2 ℃，同時雪面溫度低谷出現(xiàn)時間比氣溫早；雪面溫度最高時比氣溫高10.3 ℃，同時雪面溫度高峰出現(xiàn)時間比氣溫早。此階段風(fēng)速的改變會引起雪面溫度的小幅波動，但對氣溫影響較小。

（4）回歸分析表明，在寒潮影響后期草面（雪面）溫度變化最大的時段，以氣溫和時間偏差估算草面溫度變化有顯著效果。從標(biāo)準(zhǔn)化回歸系數(shù)看出，氣溫因子最重要，時間偏差次之，但兩者差異較小，氣溫高低及當(dāng)時距離午夜（或正午）的時間差在很大程度上決定了草面（雪面）溫度的高低。

（5）本文揭示了鳳陽初冬一次較典型的寒潮雨雪過程草面溫度的變化規(guī)律，分析了物理機制。探索用氣溫和時間偏差定量估算可能出現(xiàn)的草面（雪面）溫度極值，對提高相似天氣過程氣象服務(wù)針對性有參考意義。其中，令11：00時間偏差Δt=12為最大，23：00 Δt=0為最小，與風(fēng)速的干擾有一定關(guān)系。

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