菏澤市最高和最低氣溫變化特征分析

孔劉備

(菏澤市氣象局，山東菏澤 274000)

隨著生產(chǎn)和生活水平的提高，人們對氣象要素的變化和天氣的關(guān)注度越來越高，尤其是日最高、最低氣溫更引起人們的重視。最高和最低氣溫的變化對環(huán)境和植物生理活動有著重要的作用[1]。最高、最低氣溫是每天的天氣預報中都涉及的，也是較難預報的氣象要素，相鄰縣區(qū)同一時刻氣溫可差2～3 ℃，氣溫與測站位置、季節(jié)、天氣系統(tǒng)密切相關(guān)[2]。數(shù)值預報對不同地區(qū)氣溫的預報尚存在一定誤差。不同季節(jié)，日最高、最低氣溫的預報難度也不同。觀測數(shù)據(jù)表明，一個地方最高、最低氣溫的變化具有一定的規(guī)律。對于最高、最低氣溫的研究以氣候特征及趨勢階段分析等宏觀研究較多[3-7]，針對具有地方特點的最高、最低氣溫細致探討并不多。利用1998—2017年菏澤市逐日氣溫觀測數(shù)據(jù)，統(tǒng)計分析最高、最低氣溫的變化規(guī)律，為氣溫觀測、預報業(yè)務及有關(guān)部門的研究提供參考依據(jù)。

1 資料和方法

選取菏澤市牡丹區(qū)觀測站1998—2017年逐日平均氣溫和最高、最低氣溫數(shù)據(jù)，統(tǒng)計分析平均氣溫和平均最高、最低氣溫的月、旬變化特征。以每2 ℃為一個區(qū)間，按月統(tǒng)計逐日最高、最低氣溫及當日與翌日最高、最低氣溫變幅Δt在各區(qū)間的出現(xiàn)頻率，并初步分析Δt的變化與天氣的關(guān)系。

2 月、旬平均氣溫和平均最高、最低氣溫變化特征

2.1 月、旬平均氣溫和平均最高、最低氣溫

統(tǒng)計菏澤市1998—2017年各月平均氣溫和平均最高、最低氣溫(表1)。從表1可以看出，全年中，1月平均氣溫最低為-0.5 ℃，7月平均氣溫最高達27.2 ℃；1—7月是上升趨勢，8—12月是下降趨勢。其中，2—5月上升最快，平均每月上升6.2 ℃；9—12月氣溫下降最快，下降速率為每月平均6.8 ℃。由此看來，春季氣溫上升速率比秋季氣溫下降速率慢。

旬平均氣溫隨時間變化特征見圖1。從圖1可看出，旬平均氣溫的變化曲線呈準拋物線狀，曲線的拐點分別在1月中旬和7月下旬。1月下旬到7月下旬氣溫上升，8月上旬到翌年1月中旬氣溫下降，氣溫上升區(qū)間和下降區(qū)間不對稱，后者比前者少近一個月。因此，秋、冬季比春、夏季短，降溫比升溫快。

表1 菏澤1998—2017年各月平均氣溫和平均最高、最低氣溫 ℃

月份123456789101112平均氣溫-0.51.87.914.720.525.427.225.821.114.57.61.1平均最高5.48.614.821.227.636.932.030.426.122.014.16.7平均最低-3.9-0.43.111.216.220.623.422.317.811.24.7-2.0

從表1、圖1可看出，月(旬)平均最高、最低氣溫變化分別與月(旬)平均氣溫的變化特征基本一致。

2.2 旬平均氣溫場分析

2.1的分析只反映了20 a氣溫的總體特性，實際上氣溫年際間存在差異，個別年份差異較大，為此作旬平均氣溫年際演變圖(圖2)，構(gòu)成一個氣溫場，了解20 a間逐旬平均氣溫的演變特征。

圖2 荷澤1998—2017年逐旬平均氣溫場(單位為℃)

由圖2可以看出，12月上旬到翌年2月中旬(即冬季)，6月上旬到8月下旬(即夏季)等溫線較稀疏，表明冬、夏季氣溫變化較平穩(wěn)，大幅度升、降溫的天氣較少。而春、秋季不同，2月中旬到5月有兩個等溫線密集帶，一個在2月下旬到3月中旬，另一個在5月上中旬，反映這期間氣溫回升較快。2月下旬到3月中旬等溫線的曲率較大，表明初春氣溫大幅回升時間的年際變化較大，可相差2～3旬；5月中下旬，等溫線較平直，表明春、夏季轉(zhuǎn)換期間氣溫跳躍性回升，且年際間變化不大。秋、冬季氣溫跳躍性下降也有兩個階段：一是9月上中旬，為夏、秋轉(zhuǎn)換；二是10月下旬到11月，為秋、冬轉(zhuǎn)換，且變化更為明顯。從冬、夏季氣溫場看出，近幾年來有氣溫升高的趨勢，高溫酷暑的天氣增多，冬季嚴寒的天氣減少，氣溫場的特征與近年實測高溫酷暑和極寒的記錄是吻合的。旬平均最高、最低氣溫場特征與旬平均氣溫場基本相同。

從圖2還可以看出，上半年等溫線從下到上大多數(shù)向左傾斜，下半年等溫線從下到上略向右傾斜，表明20 a來春、夏季提前，而秋、冬季延后，造成冬季有縮短的傾向，這一點有待進一步研究。

3 日最高、最低氣溫變化特征

3.1 日最高、最低氣溫的季節(jié)變化

按每2 ℃為一區(qū)間，以1、4、7、11月為代表月分別代表冬、春、夏、秋四季，統(tǒng)計1998—2017年各季逐日最高、最低氣溫的分布特征(見表2、表3)。由表2、表3可以看出，日最高、最低氣溫的分布區(qū)間跨度差異很大。7月日最高、最低氣溫的跨度只有16 ℃和10 ℃，1月跨度稍大，而4、11月日最高、最低氣溫跨度較大，最大跨度可達26 ℃。可見春、秋季氣溫變化大，不穩(wěn)定，氣溫升降幅度大；冬、夏季氣溫變化較小，相對穩(wěn)定。從頻率分布上看，日最高氣溫或最低氣溫在平均值附近出現(xiàn)頻率最大，向均值兩側(cè)逐漸變小。用柯爾莫可洛夫方法[8]分別檢驗各月逐日最高、最低氣溫20 a總樣本分布，均為準正態(tài)分布。

3.2 氣溫日較差旬、月變化

氣溫日較差是指一天中最高與最低氣溫之差，也是了解氣溫變化特征的重要方面[9]。圖3給出了1998—2017年氣溫日較差旬平均變化曲線。由圖3可看出，年內(nèi)有兩個日較差較小時段，分別在11月下旬到翌年2月下旬和6月下旬到9月下旬，日較差平均在8～9 ℃。兩個日較差較大的時期分別在3月上旬到6月中旬和10月上旬到11月中旬，平均氣溫日較差在11 ℃左右，正好是氣溫回升和氣溫下降較快的時期，天氣通常表現(xiàn)為冷暖空氣交替頻繁。全年各月中最小日較差都在2 ℃左右，這種狀況出現(xiàn)在終日降水和終日大霧及個別終日陰天的情況下；各月較大日較差一般出現(xiàn)在冷空氣過后，天氣突然轉(zhuǎn)晴，干燥風小，冷平流弱的情況下。

表2 菏澤1998—2017年1、4、7、11月日最高氣溫分布特征

表3 菏澤1998—2017年1、4、7、11月日最低氣溫分布特征

圖3 菏澤1998—2017年氣溫日較差旬平均變化曲線

表4給出了1998—2017 年逐月氣溫日較差在各溫度區(qū)間的出現(xiàn)頻率。由表4可以看出各月氣溫日較差在均值附近出現(xiàn)頻率最大，距離均值愈遠，出現(xiàn)頻率愈小。1—2月和7—8月氣溫日較差跨度小，在[6,10)℃區(qū)間出現(xiàn)頻率較大；4—6月和10—11月氣溫日較差跨度大，4—6月在[8,14)℃區(qū)間出現(xiàn)頻率較大, 10—11月在[8,12)℃區(qū)間出現(xiàn)頻率較大。12—2月，氣溫日較差在 [0，4)℃區(qū)間出現(xiàn)頻率較大，其他月份頻率較小。這可能是由于冬季常出現(xiàn)終日大霧和陰雨(雪)天氣，導致氣溫日較差很小。氣溫日較差分布與最高、最低氣溫的分布特征類似，也為準正態(tài)分布。

4 翌日最高、最低氣溫變化特征

4.1 翌日最高、最低氣溫變幅的季節(jié)變化

按每2 ℃一個區(qū)間，以1、4、7、11月為代表月，統(tǒng)計1998—2017年各季當日與翌日最高氣溫和最低氣溫變幅的分布特征(見表5)。由表5可知，1月和7月翌日最高氣溫變幅Δt分別為-9～9 ℃和-9～7 ℃，最低氣溫變幅分別為-8～8 ℃和-6～4 ℃。4月和11月翌日最高氣溫變幅Δt分別為-8～10 ℃和-10～6 ℃，最低氣溫變幅分別為-8～8 ℃和-10～8 ℃。冬、春季日最高、最低氣溫翌日升降區(qū)間比夏、秋季略大；夏季最高、最低氣溫翌日變幅最小，較平穩(wěn)。日最高、最低氣溫翌日升降幅度出現(xiàn)最多的頻率都分布在-3～3 ℃。可見氣溫連續(xù)日變化有一定的慣性，沒有明顯的天氣系統(tǒng)影響，氣溫不會有太大變化。

表4 菏澤1998—2017 年逐月氣溫日較差分布特征 %

注：—表示未出現(xiàn)，下同。

表5 菏澤1998—2017年1、4、7、11月翌日最高、最低氣溫變幅的分布特征

4.2 最高、最低氣溫變化與天氣的關(guān)系

當日與翌日最高與最低氣溫的變化情形有4種：同升、同降、高溫升低溫降、低溫升高溫降。這4種變化各月出現(xiàn)頻率均相似。同升、同降占40%左右，其余兩種占60%左右。統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)同升、同降變化方式所對應的天氣特征：必須在天氣晴好少變、較穩(wěn)定的天氣條件下才可出現(xiàn)[10]。另外兩種變化所對應的天氣特征：須在天氣轉(zhuǎn)變情況下出現(xiàn)，天氣類型比較復雜。如：夜里開始陰天，夜里或早晨、中午冷鋒入境，降水之前等情況下，低溫升高，高溫降低；冷鋒過后，雨后初晴、早晨有霧，天氣干燥，晴天等情況下高溫升高，低溫降低；其他天氣類型較少見。細致做好這方面的工作對氣象測報、預報有較大的參考價值，后期將進一步研究。

5 結(jié)論

(1)夏、冬季最高、最低氣溫變化范圍較小，因而氣溫比較平穩(wěn)，春、秋季最高、最低氣溫變化范圍較大。各月最高、最低氣溫分布均為準正態(tài)型，在均值附近出現(xiàn)頻率最大。

(2)春、秋季氣溫日較差區(qū)間跨度大，尤其是4—6月在 [8,14)℃出現(xiàn)頻率較大；夏、冬季氣溫日較差區(qū)間跨度較小，在[6,10)℃的出現(xiàn)頻率較大。日較差在 [0，4)℃的頻率冬季較大，其他季節(jié)較小。氣溫日較差的分布與日最高、最低氣溫的分布特征類似，也為準正態(tài)分布。

(3)從20 a逐旬氣溫場來看，近年冬季有縮短的傾向，嚴寒天氣減少，夏季酷暑天氣增多；由冬到夏、由夏到冬各有兩次氣溫快速升降期。

(4)翌日最高、最低氣溫有一定的慣性，變幅大多在-3～3 ℃。最高、最低氣溫升降主要受天氣變化的影響。