宜昌市高山地區(qū)近10年氣溫變化特征分析

成 勤，劉 俊，李 芳，孟 芳

(宜昌市氣象局，湖北 宜昌 443000)

1 引言

在全球氣溫不斷升高的背景下，氣候變化對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)方面產(chǎn)生了重大的影響[1～8]，也引起了國(guó)內(nèi)外廣泛的關(guān)注[9～22]。宜昌市地處長(zhǎng)江上游和中游的結(jié)合部，鄂西山地向平原的過渡帶，地形復(fù)雜、地貌多樣，西部山地占全市總面積的一半以上。山地尤其是高山地區(qū)基礎(chǔ)條件薄弱、致貧原因復(fù)雜、發(fā)展滯后較多、公共服務(wù)不足，正是“有天無(wú)地，有山無(wú)田，有人無(wú)路”，脫貧難度大。如何在不損害農(nóng)民權(quán)益、不改變土地用途、不破壞農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力的前提下，打贏脫貧攻堅(jiān)戰(zhàn)是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。宜昌市脫貧攻堅(jiān)難在高山,希望也在高山。受地形地貌影響，宜昌氣候特征垂直分布差異大，自然景觀立體特征明顯，生態(tài)環(huán)境復(fù)雜多樣，動(dòng)植物資源豐富、多樣性強(qiáng)，2019年被評(píng)為“中國(guó)氣候宜居城市”，利用獨(dú)特、豐富的氣候資源可因地制宜開展特色旅游、種植特色農(nóng)產(chǎn)品，助力脫貧攻堅(jiān)，從“旅游扶貧”到“旅游富民”，從“既要綠水青山，又要金山銀山”到“綠水青山就是金山銀山”。為此本文利用近10年建立的高山氣象站資料，分析高山地區(qū)氣溫、分析其與鄰近平原站的差別，為開展鄉(xiāng)村旅游、高山地區(qū)精準(zhǔn)脫貧和特色農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)提供氣候背景和數(shù)據(jù)支撐。另外，該項(xiàng)目對(duì)三峽庫(kù)區(qū)等生態(tài)脆弱地區(qū)生態(tài)治理、地質(zhì)災(zāi)害防治等應(yīng)對(duì)措施均具有重要意義。

2 數(shù)據(jù)說(shuō)明

所用數(shù)據(jù)為2010～2019年區(qū)域自動(dòng)站地面氣溫?cái)?shù)據(jù)，各站均存在缺測(cè)情況，其中大老嶺1號(hào)站的數(shù)據(jù)起止時(shí)間分別為2012年3月和2019年12月；百里荒2010年4～6月、2017年8月等時(shí)段缺測(cè)數(shù)據(jù)較多；火燒坪缺測(cè)數(shù)據(jù)較多，且數(shù)據(jù)質(zhì)量較差，數(shù)據(jù)分析結(jié)果僅供參考；萬(wàn)里站僅有2018、2019年數(shù)據(jù)資料，僅代表近兩年溫度變化特征。各高山站詳細(xì)信息如表1所示。

表1 宜昌市高山站信息

3 各站氣溫年分布特征

3.1 年平均氣溫特征

由各站年平均氣溫分析結(jié)果(圖1)可知，7個(gè)高山站近十年的平均氣溫為10.4 ℃，比宜昌站17.0 ℃低6.4 ℃；年平均氣溫最高的站為萬(wàn)里站，為12.9 ℃，其次為秀水站和三教廟站，年平均氣溫均為11.6 ℃；百里荒和榛子的年平均氣溫分別為10.9 ℃和10.2 ℃；年平均氣溫最低的站為火燒坪站和大老嶺1號(hào)站，為8.6 ℃。對(duì)比各高山站所處海拔高度，可知年平均氣溫分布符合氣溫隨海拔升高而降低這一規(guī)律。

圖1 2010～2019年高山站平均氣溫分布

2010～2019年，火燒坪站年平均氣溫變幅異常偏大，為4.4 ℃，可能與該站數(shù)據(jù)質(zhì)量較差有關(guān)；百里荒站2017年平均溫度為9.3 ℃，遠(yuǎn)低于該站平均值(10.9 ℃)，其余測(cè)站2017年平均氣溫均未出現(xiàn)明顯偏低的現(xiàn)象，因此該年平均溫度偏低，可能是由于2017年該站8月5～31日數(shù)據(jù)缺測(cè)造成的；其余5個(gè)測(cè)站年平均氣溫變幅均在2 ℃以內(nèi)；大老嶺1號(hào)站缺少2012年1～2月監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，造成2012年平均氣溫遠(yuǎn)高于實(shí)際值。

不考慮大老嶺1號(hào)站和萬(wàn)里站，2011年、2012年各站年平均氣溫為近10年來(lái)最低，分別為9.9 ℃和9.7 ℃；各測(cè)站2011年或2012年平均氣溫為10年來(lái)最低值，其中秀水站為10.7 ℃(2012年)、火燒坪站為7.1 ℃(2011年)、三教廟站為10.6 ℃(2012年)、百里荒站為10.3 ℃(2012年)(不考慮2017年)、榛子站為9.5 ℃(2012年)。

2013年各站年平均氣溫有明顯躍增，達(dá)到近10年來(lái)最高值，平均值由9.7 ℃增加到11.1 ℃，增幅為1.4 ℃。大老嶺1號(hào)站(不考慮2012年)、榛子站和百里荒站2013年平均氣溫為該站10年來(lái)最大值，取余各測(cè)站年平均氣溫較2012年均有較大增量，其中秀水站由10.7 ℃增加到12.0 ℃，增加了1.3 ℃；百里荒站由10.3 ℃增加到12.2 ℃，增加了1.8 ℃；三教廟站由10.6 ℃增加到12.1 ℃，增加了1.4 ℃；火燒坪站增溫幅度最大，由7.4 ℃增加到10.6 ℃，增加了3.1 ℃。

3.2 年平均高溫

由各站2010～2019年平均高溫分析結(jié)果(圖2)可知，各高山站的10年平均高溫為13.0 ℃(大老嶺1號(hào)站)～17.9 ℃(萬(wàn)里站)，平均值為15.4 ℃?；馃赫灸昶骄邷刈兎^大，可能與該站數(shù)據(jù)質(zhì)量較差有關(guān)；萬(wàn)里站年平均高溫最大，為17.9 ℃，大老嶺1號(hào)站年平均高氣溫最低，為13.0 ℃，秀水站和三教廟站年平均高溫均為17.0 ℃，榛子站年平均高氣溫為16.7 ℃，百里荒站年平均高溫為14.1 ℃，火燒坪站年平均高溫為13.5 ℃，這一特征與氣溫隨海拔升高而降低這一規(guī)律稍有不同，可能與地表植被覆蓋有關(guān)。

圖2 2010～2019年高山站平均高溫分布

除大老嶺1號(hào)站和萬(wàn)里站外，2011年、2012年各站年平均高溫為近10年來(lái)最低，分別為14.7 ℃和17.2 ℃；各測(cè)站2011年或2012年平均高溫為近10年最低，其中秀水站為15.5 ℃(2012年)、火燒坪站為11.9 ℃(2011年)、三教廟站為15.3 ℃(2012年)、百里荒站為13.3 ℃(不考慮2017年)(2012年)、榛子站為15.3 ℃(2012年)。

2013年各站年平均高溫有明顯躍增，達(dá)到近10年來(lái)最高值，平均值由14.2 ℃增加到16.6 ℃，增幅為1.4 ℃。2013年秀水站、大老嶺1號(hào)站(不考慮2012年)、榛子站和百里荒站平均高溫為該站10年來(lái)最大值，其余各測(cè)站年平均高溫均有較大增量，其中秀水站(18.0 ℃)增加了2.5 ℃；百里荒站(15.7 ℃)增加了2.4 ℃；三教廟站(17.8 ℃)增加了2.6 ℃；火燒坪站(16.8 ℃)增加了4.6 ℃。統(tǒng)計(jì)時(shí)段內(nèi)，極端最高氣溫為37.8 ℃，出現(xiàn)在三教廟(2017年8月9日13時(shí)58分)，秀水、百里荒、大老嶺1號(hào)站、榛子的年極端高溫最低值均出現(xiàn)在2012年。

3.3 年平均低溫

由各站2010～2019年平均低氣溫分析結(jié)果(圖3)可知，各高山站的10年平均低溫為5.8 ℃(火燒坪站、大老嶺站)～9.7 ℃(萬(wàn)里站)，平均值為7.1 ℃；各年平均最低氣溫年間最大差為1.2 ℃，其中火燒坪站年平均低氣溫變幅較大，可能與該站數(shù)據(jù)質(zhì)量較差有關(guān)，百里荒站年間最大差為2.72 ℃，其余各站年間最大差均在2 ℃以下；萬(wàn)里站年平均低溫最高，為9.7 ℃，火燒坪站、大老嶺1號(hào)站、榛子站年平均最高氣溫較低，分別為5.8 ℃、5.8 ℃和6.0 ℃，秀水站、三教廟站年平均低溫均為7.9 ℃，百里荒站年平均最低氣溫較高，為8.5 ℃，這一特征與氣溫隨海拔升高而降低這一規(guī)律稍有不同，可能與地表植被覆蓋有關(guān)。

圖3 2010～2019年高山站平均低溫分布

2015年和2013年高山站最低溫年平均值最高，分別為7.7 ℃和7.4 ℃，2015年除大老嶺1號(hào)站外，各站的最低溫平均值均高于該站多年平均值，2013年除大老嶺1號(hào)站和三教廟站外，各站的最低溫平均值均高于該站多年平均值；2011年和2012年高山站低溫年平均值最低，分別為6.5 ℃和6.6 ℃。統(tǒng)計(jì)時(shí)段內(nèi)，極端最低氣溫為-17.0 ℃，出現(xiàn)在榛子(2018年1月28日05時(shí)38分)。2018年各站平均極端低溫達(dá)到最低，為-14.3 ℃(不含萬(wàn)里站)，2011、2014、2016年極端低溫均在-13.0 ℃以下。

3.4 年平均日較差

分析2010～2019年氣溫平均日較差(日最高氣溫與日最低氣溫之差)(圖4)可知，高山站近10年平均日較差為7.6 ℃(2012年)～9.2 ℃(2013年)，平均值為8.3 ℃。平均日較差從高到低依次為榛子(10.7 ℃)、秀水(9.1 ℃)、三教廟(9.0 ℃)、萬(wàn)里(8.1 ℃)、火燒坪(7.7 ℃)、大老嶺1號(hào)站(7.1 ℃)、百里荒(5.6 ℃)。

圖4 2010～2019年高山站氣溫年平均日較差分布

高山站2012年平均日較差為7.6 ℃，為10年來(lái)平均日較差最小值，各站年平均日較差均低于該站10年平均值，除火燒坪站、萬(wàn)里站和百里荒站外，其余各站2012年平均日較差為近10年來(lái)最小。2013年各站平均日較差均較上一年有明顯躍增，增幅在1.0 ℃(大老嶺1號(hào)站)～2.2 ℃(榛子站)之間，平均值增加了1.7 ℃，各站日較差均達(dá)到近10年來(lái)最高值。2014年平均日較差顯著減小，較上一年下降了0.7 ℃(百里荒站)～2.0 ℃(火燒坪站)，均低于各站10年平均值。

4 各站氣溫月變化

4.1 月平均氣溫特征

由各月平均氣溫特征分析結(jié)果(圖5)可知，高山站各月平均氣溫分布曲線呈單峰型，1月平均氣溫最低(-1.0 ℃)，3月(6.1 ℃)開始?xì)鉁厣仙^快，平均比2月上升5.5 ℃，6、7、8月平均氣溫最高，峰值出現(xiàn)在7月(21.0 ℃)，9月開始?xì)鉁匮杆傧陆担?～12月每月平均氣溫下降4～5 ℃?；馃赫竞痛罄蠋X1號(hào)站各月平均氣溫最低，最低值-2.9 ℃，出現(xiàn)在火燒坪站(1月)。萬(wàn)里站各月平均氣溫最高，最高值為22.8 ℃，出現(xiàn)在7月。

圖5 2010～2019年高山站各月平均氣溫分布

4.2 月平均高低溫特征

各月平均高、低溫分布特征與平均氣溫分布特征相似。

平均高溫分析結(jié)果如下(圖6)：1月(3.1 ℃)最低，3月(11.6 ℃)開始躍增，峰值出現(xiàn)在7月(26.2 ℃)、8月(25.8 ℃)，9月(20.8 ℃)開始迅速降低。大老嶺1號(hào)站(12.8 ℃)、火燒坪站(13.1 ℃)平均高溫最低，萬(wàn)里站平均高溫最高(17.6 ℃)。各月平均極端高溫整體呈單峰型(圖略)，分布特征與平均氣溫分布特征相似。1月(14.2～22.4 ℃)、12月(14.7～21.0 ℃)最低，7月(27.3～35.7 ℃)、8月(27.5～37.8 ℃)最高，極端高溫37.8 ℃，2017年8月9日出現(xiàn)在三教廟站。三教廟站極端高溫最高，大老嶺1號(hào)站極端高溫最低。

圖6 2010～2019年高山站各月平均高溫分布

平均低溫分析結(jié)果如下(圖7)：1月(-3.7 ℃)最低，3月(2.5 ℃)開始躍增，峰值出現(xiàn)在7(17.7 ℃)、8月(16.9 ℃)，9月(13.1 ℃)開始迅速降低。火燒坪站(5.4 ℃)、大老嶺1號(hào)站(5.7 ℃)平均低溫最低，萬(wàn)里站平均低溫最高(9.5 ℃)。各月平均極端低溫呈單峰型(圖略)，1月(-17.0～-8.5 ℃)、12月(-15.4～-8.8 ℃)最低，7月(7.1～14.1 ℃)最高，極端低溫-17.0 ℃，2018年1月28日出現(xiàn)在榛子站。各月三教廟站極端低溫最高，大老嶺1號(hào)站、榛子站、火燒坪站極端低溫最低。

圖7 2010～2019年高山站各月平均低溫分布

4.3 月氣溫平均日較差特征

各站各月平均日較差如圖8所示：1月平均日較差最小(4.6～9.5 ℃，平均值為6.8 ℃)，3月(6.5～11.6 ℃，平均值為9.1 ℃)、4月(6.7～12.4 ℃，平均值為9.6 ℃)平均日較差最大。各站9月(5.0～9.5 ℃，平均值為7.7 ℃)平均日較差均小于8月和10月。榛子站各月平均日較差最大，平均值為10.7 ℃，百里荒站各月平均日較差最小，平均值為5.6 ℃。各月最大日較差在10.0～25.6 ℃(三教廟站，2013年3月8日)，百里荒站最大日較差最小(10.0～15.7 ℃)，榛子站最大日較差最大(20.1～25.2 ℃)。3月(14.8～25.6 ℃，平均值為20.2 ℃)、4月(15.0～24.9 ℃，平均值為19.8 ℃)最大日較差最大。平均7月最大日較差最低(15.6 ℃)。最小日較差極值在0.5～2.8 ℃，月平均值在1.0～1.5 ℃，相差不大。三教廟站最小日較差最小，平均值為1.0 ℃。

圖8 2010～2019年高山站各月氣溫平均日較差分布

5 各站氣溫日變化

5.1 高山站總體氣溫日變化

統(tǒng)計(jì)7個(gè)高山站各月氣溫的日變化總體特征，結(jié)果如圖9(a)所示：各月氣溫的日變化曲線均呈單峰單谷型。逐小時(shí)氣溫從高到低依次為7月、8月、6月、9月、5月、4月和10月、11月和3月、12月、2月、1月。其中7月逐小時(shí)氣溫均最高，13：00、14：00達(dá)到最大值24.6 ℃，6：00達(dá)到最小值18.3 ℃。1月逐小時(shí)氣溫均最低，14：00、15：00達(dá)到最大值1.9 ℃，6:00～8:00達(dá)到最小值-2.6 ℃。12月至次年2月高山站傍晚至夜間氣溫低于0 ℃，其余時(shí)段氣溫均在0 ℃以上。3月逐小時(shí)氣溫值和11月相近，20:00至次日14:00之前，11月逐小時(shí)氣溫高于3月，14:00～20:00，3月逐小時(shí)氣溫高于11月。4月逐小時(shí)氣溫值與10月相近，4月氣溫曲線在峰谷(06時(shí))后上升較快，午后到傍晚與10月氣溫曲線相差較大，其余時(shí)段兩個(gè)月逐小時(shí)氣溫相差較小，即秋季午后氣溫下降較春季快。3、4月氣溫谷值分別低于11月和10月，且峰值高于11月和10月，由此可見春季氣溫日較差比秋季大。12月與2月氣溫相近，中午前后12月氣溫明顯高于2月。氣溫曲線谷值大都出現(xiàn)在日出前，其中10～12月谷值出現(xiàn)在7:00，1～3月出現(xiàn)在6:00～7:00，4～9月出現(xiàn)在6:00，夏半年氣溫谷值出現(xiàn)較冬半年提早1～2 h，谷值出現(xiàn)的時(shí)間隨著谷值氣溫的降低而推遲。氣溫曲線峰值出現(xiàn)在午后，其中1～3月峰值出現(xiàn)在14:00～15:00，其余月份均出現(xiàn)在14:00，夏半年峰值出現(xiàn)時(shí)間早于冬半年。

圖9 2010～2019年高山站(a)和枝江站(b)各月小時(shí)平均氣溫分布

由以上分析可知：峰值和谷值隨氣溫降低(從夏季到冬季)，均向后推遲：即夏半年每日低溫和高溫出現(xiàn)的時(shí)間均早于冬半年。這一特征隨著海拔的升高而更明顯，海拔越高，夏季低溫出現(xiàn)的時(shí)間越早，其中火燒坪、大老嶺、百里荒站最明顯。

5.2 平原站氣溫日變化特征對(duì)比

分析宜昌、當(dāng)陽(yáng)、枝江3個(gè)平原站氣溫日變化特征，結(jié)果顯示：各月氣溫的日變化曲線均呈單峰單谷型，4～10月谷值出現(xiàn)在6:00，11月至次年3月出現(xiàn)在7:00～8:00，夏半年氣溫谷值出現(xiàn)較冬半年提早1～2 h，谷值出現(xiàn)的時(shí)間隨著谷值氣溫的降低而推遲，峰值出現(xiàn)時(shí)間相對(duì)集中，絕大部分出現(xiàn)在15:00，晚于高山站1～2 h。逐小時(shí)氣溫從高到低依次為7月、8月、6月、9月、5月、10月、4月、11月、3月、12月、2月、1月。其中7月和8月逐小時(shí)氣溫值及變化趨勢(shì)相近，10月和4月、11月和3月、12月和2月逐小時(shí)氣溫值相近。高山站10月溫度略低于4月，平原站10月溫度略高于4月。

6 結(jié)論

本文利用近十年建立的高山氣象站資料，分析高山地區(qū)平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、氣溫日較差的特征，并與平原站氣溫特征相比較。主要研究結(jié)論如下：

(1)高山站近十年的平均氣溫為10.4 ℃，比宜昌站17.0 ℃低6.4 ℃，各高山站的平均氣溫排列順序與氣溫隨海拔升高而降低這一規(guī)律相符。高山站年平均氣溫變幅大都在2 ℃以內(nèi)，其中2011年、2012年各站年平均氣溫為近10年來(lái)最低，分別為9.9 ℃和9.7 ℃，2013各站年平均氣溫有明顯躍增，達(dá)到近10年來(lái)最高值，平均值由9.7 ℃增加到11.1 ℃，較2012年增幅為1.4 ℃。

(2)各高山站年平均高、低溫大小排列與氣溫隨海拔升高而降低這一規(guī)律稍有不同，可能與地表植被覆蓋有關(guān)。2011年、2012年各站年平均高溫為近10年來(lái)最低，分別為14.7 ℃和17.2 ℃，2013各站年平均高溫有明顯躍增，達(dá)到近10年來(lái)最高值，平均值由14.2 ℃增加到16.6 ℃，增幅為1.4 ℃。2015年和2013年高山站最低溫年平均值最高，2011年和2012年高山站最低溫年平均值最低，分別為6.5 ℃和6.6 ℃，2018年各站平均極端低溫達(dá)到最低，為-14.3 ℃(不含萬(wàn)里站)。

(3)高山站近10年平均日較差為7.6 ℃(2012年)～9.2 ℃(2013年)，平均值為8.3 ℃。高山站2012年平均日較差為7.6 ℃，為10年來(lái)平均日較差最小值，各站年平均日較差均低于該站10年平均值，2013年各站平均日較差均較上一年有明顯躍增，增幅在1.0 ℃(大老嶺1號(hào)站)～2.2 ℃(榛子站)之間，平均值增加了1.7 ℃，各站日較差均達(dá)到近10年來(lái)最高值。

(4)高山站各月平均氣溫分布曲線呈單峰型，1月平均氣溫最低(-1.0 ℃)，3月(6.1 ℃)開始?xì)鉁厣仙^快，平均比2月上升5.5 ℃，6、7、8月平均氣溫最高，峰值出現(xiàn)在7月(21.0 ℃)，9月開始?xì)鉁匮杆傧陆担?～12月每月平均氣溫下降4～5 ℃。各月平均高、低溫分布特征與平均氣溫分布特征相似。極端高溫37.8 ℃，2017年8月9日出現(xiàn)在三教廟站。極端低溫-17.0 ℃，2018年1月28日出現(xiàn)在榛子站。1月平均日較差最小(4.6 ℃～9.5 ℃，平均值為6.8 ℃)，3月(6.5 ℃～11.6 ℃，平均值為9.1 ℃)、4月(6.7 ℃～12.4 ℃，平均值為9.6 ℃)平均日較差最大。

(5)各月氣溫的日變化曲線均呈單峰單谷型。逐小時(shí)氣溫從高到低依次為7月、8月、6月、9月、5月、4月和10月、11月和3月、12月、2月、1月。春季氣溫日較差比秋季大。氣溫曲線谷值大都出現(xiàn)在日出前，其中10～12月谷值出現(xiàn)在7:00，1～3月出現(xiàn)在6:00～7:00，4～9月出現(xiàn)在6:00，夏半年氣溫谷值出現(xiàn)較冬半年提早1～2 h，谷值出現(xiàn)的時(shí)間隨著谷值氣溫的降低而推遲。氣溫曲線峰值出現(xiàn)在午后，其中1～3月峰值出現(xiàn)在14:00～15:00，其余月份均出現(xiàn)在14：00，夏半年峰值出現(xiàn)時(shí)間早于冬半年。即峰值和谷值隨氣溫降低(從夏季到冬季)，均向后推遲：即夏半年每日低溫和高溫出現(xiàn)的時(shí)間均早于冬半年。這一特征隨著海拔的升高而更明顯，海拔越高，夏季低溫出現(xiàn)的時(shí)間越早，其中火燒坪、大老嶺、百里荒站最明顯。

(6)平原站的谷值出現(xiàn)的時(shí)間隨著谷值氣溫的降低而推遲，峰值出現(xiàn)時(shí)間相對(duì)集中，絕大部分出現(xiàn)在15:00，晚于高山站1～2 h。高山站10月溫度略低于4月，平原站10月溫度略高于4月。