衡水湖濕地冬季日平均氣溫城鎮(zhèn)差異特征分析

韓建廣，李月英，肖 瑋，韓思博，徐建芬

（1.饒陽國家氣候觀象臺，河北 饒陽 053900；2.衡水市氣象局，河北 衡水 053000；3.冀州區(qū)氣象局，河北 冀州 053200；4.廣東海洋大學(xué)，廣東 湛江 524000）

濕地是陸地和水生系統(tǒng)之間的過渡生態(tài)系統(tǒng)，其地表為淺水覆蓋或其水位在地表附近變化，是受人類活動影響變化較為明顯的一種特殊景觀類型。濕地是地球上具有多種獨(dú)特功能的生態(tài)系統(tǒng)，它不僅為人類提供大量食物、原料和水資源，而且在蓄洪防旱、調(diào)節(jié)氣候、保護(hù)生物多樣性、降解環(huán)境污染等方面均有重要作用［1］。研究表明，在中國，大湖與陸地之間存在明顯的溫差［2，3］，城市湖泊在受到城市內(nèi)部氣候影響的同時也有自身氣溫特征［4］。許多專家通過采用氣溫、地表輻射等觀測數(shù)據(jù)，對局地小氣候特征進(jìn)行研究，并取得了一定的成果［5-7］。高媛媛等［8］通過數(shù)值模式模擬出小氣候現(xiàn)象，并揭示了城市小氣候的可能成因。

衡水湖濕地坐落在河北平原東南部，衡水市桃城、冀州兩區(qū)的交界區(qū)，處于東經(jīng)115°27′45″—115°42′6″、北緯37°31′39″—37°42′18″，總面積187.87 km2。其遠(yuǎn)離市區(qū)，分為東湖、西湖和冀州小湖3個湖區(qū)，其中東湖是主要蓄水區(qū)，水域面積42.5 km2，是華北內(nèi)陸平原區(qū)單體水面積最大的淡水湖。衡水湖濕地不但造福衡水人民，而且對調(diào)節(jié)周邊乃至京津地區(qū)的氣候、改善生態(tài)環(huán)境起到重要作用。在水資源稀缺的華北內(nèi)陸平原，衡水湖的小氣候特征有待研究。本研究使用位于衡水湖湖畔的衡湖碼頭氣象站、衡水湖生態(tài)站、衡水園博園站觀測的衡水湖冬季日平均氣溫資料，與鄰近15 km 內(nèi)、代表陸地城鎮(zhèn)不同區(qū)位的3 個國家氣象觀測站日平均氣溫進(jìn)行差值分析，以了解冬季衡水湖的小氣候特征。

1 資料與方法

1.1 資料

1.1.1 湖畔日平均氣溫 湖畔日平均氣溫來自衡湖碼頭氣象站、衡水湖生態(tài)站、衡水園博園站觀測的衡水湖冬季日平均氣溫資料。衡湖碼頭氣象站、衡水湖生態(tài)站、衡水園博園站均屬于六要素區(qū)域站，分別位于衡水湖東南、衡水湖東側(cè)、衡水湖西側(cè)位置，取3 站日平均氣溫的平均值，基本代表了衡水湖湖區(qū)的氣溫特征。按照氣象劃分，冬季為12月至次年2月。涉及2017 年12 月至2023 年2 月的12 月、1 月、2 月數(shù)據(jù)，共6 個完整冬季，數(shù)據(jù)總?cè)諗?shù)為541 d。

1.1.2 氣象站日平均氣溫 氣象站日平均氣溫選取了距衡水湖最近的衡水市冀州區(qū)、棗強(qiáng)縣、桃城區(qū)3個國家氣象觀測站數(shù)據(jù)。3 個氣象站均位于陸地區(qū)，分別在東湖的正南、東南、東北方向。期間冀州站、棗強(qiáng)站、桃城站3 站均無站址變化，距衡水湖湖畔的水平距離分別為4.6、13.5、7.8 km，數(shù)據(jù)日數(shù)均為541 d。

冀州站位于冀州區(qū)城南郊外，周圍建筑物稀少，人口密集度較低，用以代表郊外空曠區(qū)；棗強(qiáng)站位于縣城東部，資料期間周圍以低樓層建筑為主，人口密度一般，代表城鎮(zhèn)邊緣區(qū)；桃城站位于市區(qū)東部，周圍建筑和居住人口較為密集，代表城鎮(zhèn)中心區(qū)。

1.2 方法

參照文獻(xiàn)［5，9］，溫差指數(shù)TCI 為衡水湖湖畔日平均氣溫與氣象站日平均氣溫之差。TCI 為正數(shù)表示衡水湖畔日平均氣溫偏高，為負(fù)數(shù)則表示衡水湖畔氣溫偏低。按照郊外空曠區(qū)、城鎮(zhèn)邊緣區(qū)、城鎮(zhèn)中心區(qū)的順序，TCI1 為湖畔與冀州站日平均氣溫差，代表湖畔與陸地郊外空曠區(qū)氣溫差異；TCI2 為湖畔與棗強(qiáng)站日平均氣溫差，代表湖畔與城鎮(zhèn)邊緣區(qū)氣溫差異；TCI3 為湖畔與桃城站日平均氣溫差，代表湖畔與城鎮(zhèn)中心區(qū)氣溫差異。資料期間，視TCI1、TCI2、TCI3 的日平均氣溫差值為當(dāng)日數(shù)據(jù)差值，按照《氣候狀況公報(bào)編寫規(guī)范》［10］，數(shù)據(jù)日數(shù)達(dá)到月日數(shù)時，差值在±1.0 ℃內(nèi)為正常，超過±1.0 ℃則為偏高、偏低或顯著偏高、偏低等；數(shù)據(jù)日數(shù)達(dá)到季、年日數(shù)時，差值在±0.5 ℃內(nèi)為正常，超過±0.5 ℃則為偏高、偏低或顯著偏高、偏低等。

2 結(jié)果與分析

2.1 總體特征

2017 年12 月至2023 年2 月的6 個完整冬季，TCI1、TCI2、TCI3 的日平均氣溫差分別為0.6、0、-0.5 ℃，即冬季的日平均氣溫，湖畔氣溫較陸地郊外空曠區(qū)偏高0.6 ℃，與城鎮(zhèn)邊緣區(qū)基本相同，較城鎮(zhèn)中心區(qū)偏低0.5 ℃。TCI1 為正值的日數(shù)為423 d，占總?cè)諗?shù)的78%；平均正差值為0.8 ℃，平均負(fù)差值為-0.3 ℃，即與郊外空曠區(qū)比較，湖畔日平均氣溫偏高的日數(shù)占多數(shù)，偏高較偏低的幅度偏大0.5 ℃左右。TCI2 的正、負(fù)差值日數(shù)分別為289、243 d，平均正、負(fù)差值分別為0.5、-0.5 ℃，偏低與偏高的幅度大致相同，即湖畔較城鎮(zhèn)邊緣區(qū)日平均氣溫偏高與偏低的日數(shù)和幅度基本均等。TCI3 中，負(fù)差值日數(shù)為426 d，占總?cè)諗?shù)的79%；平均正、負(fù)差值分別為0.3、-0.7 ℃，即湖畔較城鎮(zhèn)中心區(qū)日平均氣溫偏低的日數(shù)占多數(shù)，且偏低較偏高的幅度偏大0.4 ℃（表1）。

表1 2017 年12 月至2023 年2 月衡水湖冬季湖畔與鄰近城鎮(zhèn)區(qū)日平均氣溫差異

2.2 月份特征

12 月、1 月、2 月，TCI1 的日數(shù)分別為186、186、169 d，平均差值分別為0.6、0.5、0.5 ℃；正差值日數(shù)分別占總?cè)諗?shù)的81%、75%、78%；平均正差值分別為0.9、0.7、0.7 ℃，平均負(fù)差值分別為-0.3、-0.4、-0.2 ℃。即冬季各月，湖畔日平均氣溫均高于陸地郊外空曠區(qū)，偏高的日數(shù)均超過70%，偏高的幅度均大于偏低的幅度，其中12 月湖畔日平均氣溫顯著偏高、偏高日數(shù)較明顯偏多、偏高的幅度大于偏低的幅度（表2）。

表2 衡水湖冬季主要月份與鄰近氣象站日平均氣溫差異

12 月、1 月、2 月，TCI2 的日數(shù)分別為186、186、169 d，平均差值分別為0.1、-0.1、0.2 ℃；正差值日數(shù)分別占總?cè)諗?shù)的51%、45%、64%；平均正差值分別為0.5、0.5、0.5 ℃，平均負(fù)差值分別為-0.5、-0.6、-0.4 ℃，即冬季各月，湖畔日平均氣溫較城鎮(zhèn)邊緣區(qū)日平均氣溫、偏高與偏低的日數(shù)、偏高與偏低的幅度均較接近（表2）。

12 月、1 月、2 月，TCI3 的日數(shù)分別為186、186、169 d，平均差值分別為-0.6、-0.6、-0.3 ℃；負(fù)差值日數(shù)分別占總?cè)諗?shù)的81%、83%、70%；平均負(fù)差值分別為-0.8、-0.8、-0.5 ℃，平均正差值分別為0.3、0.3、0.2 ℃。即冬季各月，湖畔日平均氣溫較城鎮(zhèn)中心區(qū)偏低，各月偏低的日數(shù)均超過70%，其中12 月、1 月偏低的日數(shù)明顯偏多；各月湖畔較城鎮(zhèn)中心區(qū)偏低的幅度均大于偏高的幅度（表2）。

2.3 極端差值日分析

2.3.1 極端偏高值 2020 年1 月12 日，冀州站出現(xiàn)湖畔日平均氣溫較陸地區(qū)的極端偏高值2.3 ℃。1 月4—6 日，湖畔和陸地日平均氣溫均在0.6～1.0 ℃的高值點(diǎn)；5 日晚上開始，受冷空氣及暖濕氣流共同影響，湖畔和陸地各站均出現(xiàn)降雪及雨加雪，其中冀州站最大，桃城站最小，衡水湖畔各站冬季無降水?dāng)?shù)據(jù)；冀州站5—7 日降水量分別為6.8、3.8、6.4 mm，積雪深度6—14 日分別為1、3、8、6、5、4、4、4、4 cm。冀州站降水量及積雪深度明顯高于湖畔及其他陸地站點(diǎn)。

陸地最大降溫日出現(xiàn)在1 月8 日，日平均氣溫降溫幅度達(dá)7.3 ℃；日平均氣溫極端低溫日出現(xiàn)在14日，達(dá)-8.6 ℃；9—13 日，冀州站日平均氣溫均維持在-6.5～-4.4 ℃的低值；陸地過程最大降溫幅度達(dá)9.2 ℃，較湖畔偏大24%。分析原因，陸地較多的積雪在化雪過程中明顯加強(qiáng)了冷空氣降溫的影響，使得陸地降溫幅度比湖畔明顯偏大。

湖畔日平均氣溫在7—14 日持續(xù)走低。8 日，24 h 降溫5.4 ℃，為過程中最大降溫日，降幅較陸地站偏小27%；其他日降溫在1～2 ℃；14 日，日平均氣溫為-6.8 ℃，為過程中最低，較陸地站最低值偏高21%。湖畔過程最大降溫幅度為7.4 ℃，較陸地站偏少23%。究其原因，湖水湖冰較大的熱容量顯著減弱了強(qiáng)冷空氣的影響，使得湖畔降溫平緩，過程降溫明顯小于陸地區(qū)。

2.3.2 極端偏低值 2023 年1 月8 日，桃城站出現(xiàn)湖畔日平均氣溫較陸地區(qū)的極端偏低值-3.5 ℃。3—16 日，衡水市無降水。3—13 日，陸地氣溫在波動中上升；湖畔氣溫則平緩升高，波動則明顯偏小。陸地日平均氣溫的高峰日、低谷日和湖畔日平均氣溫的高峰日、低谷日基本相同。6 日，陸地氣溫陡升達(dá)到峰值，湖畔平穩(wěn)少變；9 日，陸地氣溫回落，湖畔略上升，其中10—12 日，湖畔和陸地氣溫較為接近。湖畔升溫的滯后，使得8 日出現(xiàn)湖畔與陸地區(qū)3.5 ℃的最大負(fù)溫差，時間為陸地氣溫陡升達(dá)到峰值日的第3 天。這說明冬季陸地進(jìn)入波動升溫期，湖冰較高的熱容量抑制了湖畔氣溫的劇烈變化，使其升溫過程平緩，在陸地的劇烈升溫日，TCI 出現(xiàn)了3.5 ℃的極端負(fù)溫差。

3 小結(jié)與討論

1）衡水湖位于遠(yuǎn)離城鎮(zhèn)的郊外，冬季日平均氣溫表現(xiàn)有小氣候特征。湖畔日平均氣溫較陸地郊外偏高0.6 ℃，與城鎮(zhèn)邊緣區(qū)接近，較城鎮(zhèn)中心區(qū)偏低0.5 ℃。在偏高與偏低的日數(shù)和幅度方面，湖畔較郊外空曠區(qū)偏高的日數(shù)占比達(dá)78%、偏高的幅度較偏低的幅度偏大0.5 ℃；與城鎮(zhèn)邊緣區(qū)比較，在日數(shù)占比和幅度方面二者基本均等；較城鎮(zhèn)中心區(qū)偏低的日數(shù)占比達(dá)79%，偏低的幅度較偏高的幅度偏大0.4 ℃。

2）湖畔日平均氣溫對陸地區(qū)，在冬季不同月份差異大致相同又不完全一致。對郊外空曠區(qū)，12 月偏高0.6 ℃，偏高的日數(shù)占比為81%，偏高較偏低的幅度大0.6 ℃；1 月、2 月偏高日數(shù)占比分別為75%、78%。對城鎮(zhèn)邊緣區(qū)，偏高與偏低日數(shù)及偏高與偏低幅度均變化不大。對城鎮(zhèn)中心區(qū)，12 月、1 月偏低0.6 ℃，2 月略偏低0.3 ℃；偏低日數(shù)12 月和1 月占比分別為81%、83%，2 月偏低日數(shù)略少，但也高達(dá)70%；12 月及1 月偏高的幅度較偏低的幅度均偏小0.5 ℃。

3）受隆冬強(qiáng)冷空氣和積雪融化期的影響，陸地氣溫變化劇烈，湖冰較高的熱容量使湖畔氣溫變化平穩(wěn)、持續(xù)，期間湖畔與陸地可出現(xiàn)日平均氣溫為-3.5～2.3 ℃的極端正負(fù)溫差。湖畔極端偏高值出現(xiàn)在隆冬1 月中旬，強(qiáng)冷空氣影響時，陸地、湖畔低溫期基本等長。陸地前期降溫迅速、劇烈，中后期略回升；湖畔則持續(xù)小幅降溫，過程降幅約為陸地的80%，最大日降幅為陸地的74%。2023 年1 月初，桃城站多日無降水，陸地升溫迅速、波動大，湖畔則升溫緩慢、持續(xù)，出現(xiàn)湖畔較陸地極端偏低值。

4）此次分析使用的湖畔氣溫?cái)?shù)據(jù)時次有限，數(shù)據(jù)量偏少，這些對研究結(jié)論的客觀性、可靠性都有影響。依靠不斷完善的衡水湖小氣候觀測，未來可開展更全面、可靠的研究，客觀了解衡水湖的小氣候特征，服務(wù)于河北平原地區(qū)的生態(tài)文明建設(shè)。