烏魯木齊市主城區(qū)氣溫日變化特征分析

　　摘要：本文利用 2008—2020 年自動氣象站逐小時氣溫觀測資料，研究了烏魯木齊市主城區(qū)氣溫日變化特征。 結(jié)果表明：烏魯木齊市主城區(qū)日最高氣溫主要出現(xiàn)在 14:00—17:00，日最低氣溫出現(xiàn)在 05:00—08:00。同一 季節(jié)內(nèi)，各月的日最高氣溫出現(xiàn)時次最大相差 1 h;日最低氣溫出現(xiàn)時次在冬季各月間的差異較大，12 月 和 1 月的日最低氣溫出現(xiàn)時間與 2 月相差 4 h。此外，12 月和 1 月的日最低氣溫出現(xiàn)時間比其他月均早 2～ 3 h，與我國其他城市存在較大差異。烏魯木齊市主城區(qū)各月的最高氣溫出現(xiàn)率的日分布曲線以“雙峰”型為 主，主峰時次為 15:00—18:00，次峰時次為 21:00，夏季和冬季各月的日最高氣溫各時次出現(xiàn)率的時間分布 較為集中，春季和秋季相對分散。最低氣溫出現(xiàn)率的日分布曲線在春、夏、秋 3 季均呈“單峰”型，冬季峰 值特征不明顯。春、夏、秋 3 季的最低氣溫在 07:00—10:00 的出現(xiàn)率較高，冬季 12 月和 1 月在 20:00 的出 現(xiàn)率相對較高。主城區(qū) 09:00—12:00 的 1 h 正變溫較大;18:00—22:00 的 1 h 負變溫較大，正負變溫存在不 對稱性，1 h 變溫是烏魯木齊市主城區(qū)變溫的主導(dǎo)者。烏魯木齊市主城區(qū)冬季氣溫的日變化特征比其他 3 個 季節(jié)更為復(fù)雜。

　　關(guān)鍵詞：逐時氣溫;日變化;變溫;烏魯木齊

　　氣溫是影響人類日常生活和生態(tài)環(huán)境的重要氣象指標之一，也是預(yù)報高溫、寒潮、霜 凍、低溫冷害等災(zāi)害性天氣的重要指標[1-2]。日變化是氣候的基本特征之一[3]，認識氣溫的 日變化特征，對于進一步理解大氣環(huán)流演變與日變化的關(guān)系，提高氣溫精細化預(yù)報水平和災(zāi) 害性天氣預(yù)報準確率等都有重要的意義[4-6]。

　　環(huán)境人員評職知識：《青海環(huán)境》(季刊)創(chuàng)刊于1984年，由青海省環(huán)境保護局主辦。本刊作為宣傳青藏高原環(huán)境保護工作的一個窗口，立足青海，面向全國，突出高原特點，反映高原環(huán)保科技成果。可供有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)干部和從事環(huán)境保護工作的管理、科研、教學(xué)人員、大專院、校師生、企事業(yè)單位環(huán)境保護工作者以及社會各界熱心環(huán)境保護事業(yè)的公眾參閱。

　　由于受到觀測技術(shù)水平的限制，早期開展的氣 溫日變化研究不論是空間尺度還是時間尺度都相對較粗，難以全面系統(tǒng)的理解和認識氣溫日 變化的內(nèi)在特征。隨著全球氣象觀測站網(wǎng)的不斷完善，我們能夠獲得更多高時空分辨率的氣 象資料，為深入系統(tǒng)的開展氣溫日變化研究提供了所需的條件[7-8]。

　　呂達仁等[9]指出，由于 受到太陽輻射日變化影響，我國大部地區(qū)近地面日最高氣溫一般出現(xiàn)在北京時間 14:00— 15:00，日最低氣溫一般出現(xiàn)在日出前后。由于受到下墊面狀態(tài)、天氣現(xiàn)象等因素的影響， 近地面氣溫在日出后升溫速率較快，進入夜間后氣溫的變化速率趨于平緩。相關(guān)研究表明 [10]，不同的下墊面條件和天空狀況對某一區(qū)域一天中最高氣溫和最低氣溫的出現(xiàn)時間也有 影響。

　　楊萍等[11]利用北京地區(qū) 2007—2010 年的自動氣象站資料分析了北京市城區(qū)和郊區(qū)氣 溫的日變化差異及季節(jié)特征，指出城市熱容量差異是城、郊氣溫差異的主要原因。胡文志等 [12]使用香港城、郊代表站的逐小時氣溫資料，對比研究了二者氣溫的日變化差異。黃良美等[13]通過對南京市 4 種不同下墊面進行觀測對比，發(fā)現(xiàn) 4 種下墊面白天氣溫成林地<水體 <草地<水泥地的變化趨勢，夜晚則相反。鄭易飛等[14]統(tǒng)計分析了深圳地區(qū)夏季氣溫日變 化特征及時空分布，發(fā)現(xiàn)氣溫日平均變化中城市建成區(qū)地表氣溫的上升率和冷卻率均低于城 市郊區(qū)，氣溫日變化的水平分布直接受城市不同地表熱容量差異分布、地理地形以及局地風(fēng) 環(huán)流等影響。

　　高紅燕等[15]對比分析了西安和咸陽兩站的日變化特征，指出西安氣溫季節(jié)變 化趨勢最明顯的是春季，其次是冬季，夏季最小，咸陽氣溫變暖趨勢比西安滯后 5~8 a;二 者 6 h 氣溫變化幅度最大的是早晨至中午，最小的是夜間到早晨。 城市是地球表面重要的組成部分之一，也是人類活動最頻繁的區(qū)域，它對區(qū)域氣候變化 和生態(tài)環(huán)境都有顯著的影響。近年來，隨著我國城市化進程的快速發(fā)展，城市化對氣溫變化 的影響越來越受到人們的關(guān)注[16]。烏魯木齊市是新疆維吾爾自治區(qū)的首府，也是中亞五國 第一大城市，隨著城市化的快速發(fā)展，在城市復(fù)雜下墊面的作用下，烏魯木齊市主城區(qū)晝夜 氣溫變化的特征是怎樣的，這一問題尚不明確。

　　以往針對烏魯木齊市氣溫的研究多從年代際、 年際、季節(jié)等時間尺度來進行分析，更多關(guān)注氣溫的長期變化趨勢及其影響[17-21]，而對城市 氣溫的精細化特征，特別是日變化特征研究的相對較少。近年來，已有氣象學(xué)者使用日平均 氣溫、逐日最高、最低氣溫等資料對烏魯木齊市的氣溫變化特征進行了一些研究[22-24]，但利 用時間分辨率更高的自動氣象站逐小時氣溫資料來研究烏魯木齊市氣溫日變化特征的工作 還較少。為進一步深入認識烏魯木齊市氣溫的精細化特征，本文使用 2008—2020 年烏魯木 齊市主城區(qū)自動氣象站逐小時氣溫觀測資料分析其日極值氣溫和變溫的日變化規(guī)律，以期為 精細化天氣預(yù)報和服務(wù)提供參考。

　　1 資料和方法

　　1.1 資料

　　本文使用新疆維吾爾自治區(qū)氣象局氣象信息中心提供的 2008 年 1 月—2020 年 2 月烏魯 木齊國家級自動氣象站(87°39′00″E，43°47′00″N，海拔高度 918.7 m)逐小時氣溫觀測資料， 首先對自動氣象站數(shù)據(jù)進行了查驗，剔除了異常值和不完整的資料。

　　1.2 研究方法

　　主要使用參考文獻[11]中關(guān)于出現(xiàn)率、變溫等的相關(guān)定義，具體如下：

　　(1)出現(xiàn)率為出 現(xiàn)次數(shù)與總次數(shù)的比值，可以表征日最高(低)氣溫在各時次出現(xiàn)的概率。

　　(2)變溫指單位 時間內(nèi)氣溫的變化幅度，是天氣預(yù)報中評估天氣過程強度的重要指標之一。本文重點針對 1 h 變溫、3 h 變溫和 6 h 變溫進行分析。 2 結(jié)果分析 2.1 氣溫日變化特征 圖 1 給出了烏魯木齊市主城區(qū) 1—12 月的氣溫日變化分布，可以看出，12 月烏魯木齊 市主城區(qū)日最高氣溫的出現(xiàn)時次最早，為 14:00;1、2 月和 11 月的日最高氣溫均出現(xiàn)在 15:00; 3 月和 10 月出現(xiàn)在 16:00;4—9 月都出現(xiàn)在 17:00。烏魯木齊市主城區(qū)日最低氣溫的出現(xiàn)時次在 1 月和 12 月最早，均為 05:00;2 月最晚，為 09:00;5—11 月均出現(xiàn)在 07:00;3 月和 4 月出現(xiàn)在 08:00。綜上可知，烏魯木齊市主城區(qū)日最高氣溫在全年各月的出現(xiàn)時間主要分布 在 14:00—17:00，日最低氣溫的出現(xiàn)時間主要分布在 05:00—08:00;12 月的日最高氣溫和最 低氣溫的出現(xiàn)時間均為全年各月最早。

　　從日最高氣溫和最低氣溫出現(xiàn)時次的季節(jié)分布可以看 出，夏季的 3 個月烏魯木齊市主城區(qū)的日最高氣溫都出現(xiàn)在 17:00，日最低氣溫都出現(xiàn)在 07:00;秋季日最低氣溫均出現(xiàn)在 07:00;日最高氣溫的出現(xiàn)時次呈現(xiàn)出逐月提早 1 h 的特征， 即 9 月出現(xiàn)在 17:00，10 月出現(xiàn)在 16:00，11 月出現(xiàn)在 15:00。同一季節(jié)內(nèi)，各月的日最高氣 溫出現(xiàn)時次最大相差 1 h;但日最低氣溫出現(xiàn)時次在冬季各月間的差異較大，12 月和 1 月的 日最低氣溫出現(xiàn)在 05:00，2 月出現(xiàn)在 09:00，12 月和 1 月日最低氣溫出現(xiàn)時間比 2 月早 4 h。

　　3 結(jié)論

　　本文利用 2008—2020 年自動氣象站逐小時氣溫觀測資料，分析了烏魯木齊市主城區(qū)日 最高、最低氣溫出現(xiàn)時間以及變溫的總體規(guī)律，結(jié)論如下：

　　(1)烏魯木齊市主城區(qū)日最高氣溫出現(xiàn)在 14:00—17:00，最低氣溫出現(xiàn)在 05:00—08:00。 同一季節(jié)內(nèi)，各月的日最高氣溫出現(xiàn)時次最大相差 1 h;但日最低氣溫出現(xiàn)時次在冬季各月 間的差異較大，12 月和 1 月的日最低氣溫出現(xiàn)在 05:00，2 月出現(xiàn)在 09:00，12 月和 1 月日 最低氣溫出現(xiàn)時間比 2 月早 4 h。此外，12 月和 1 月日最低氣溫的出現(xiàn)時間比春、夏、秋 3 季各月均早 2～3 h，與我國其他城市存在較大差異。

　　(2)烏魯木齊市主城區(qū)最高氣溫出現(xiàn)率的日分布曲線以“雙峰”型為主，夏季和冬季各 月的最高氣溫各時次出現(xiàn)率的時間分布較為集中，春季和秋季相對分散。最低氣溫出現(xiàn)率的 日分布曲線在春、夏、秋 3 季均呈“單峰”型，冬季的峰值特征不明顯;日最低氣溫最大出 現(xiàn)率的時次在 1 月和 12 月均為 20:00，與受太陽輻射日變化影響下的一般規(guī)律存在差異。

　　(3)烏魯木齊市主城區(qū) 1 h 正(負)變溫峰值時間出現(xiàn)在 09:00—12:00(18:00—22:00)， 最大正(負)變溫幅度為 1.2～1.9 ℃(0.9～1.2 ℃之間);3 h 和 6 h 變溫特征與 1 h 相似。 正負變溫存在不對稱性，負變溫過程比正變溫過程略平緩一些，平均最大變溫主要發(fā)生在 1 h 以內(nèi)。

　　(4)烏魯木齊市主城區(qū) 1 h 最大正(負)變溫最大概率時間主要分布在 10:00—12:00 (19:00—23:00);夏季 1 h 最大正變溫峰值時刻出現(xiàn)率的數(shù)值最高，秋季 1 h 最大負變溫峰 值時刻出現(xiàn)率的數(shù)值最高，冬季 1 h 最大正(負)變溫峰值時刻出現(xiàn)率的數(shù)值均最低。烏魯 木齊市主城區(qū) 1 h 最大負變溫出現(xiàn)率的日分布曲線比 1 h 最大正變溫出現(xiàn)率的日分布曲線的離散度大;1 h 最大負變溫出現(xiàn)時間的最大概率也明顯小于 1 h 最大正變溫。

　　參考文獻(References)

　　[1]趙宗慈, 王紹武, 徐影, 等. 近百年我國地表氣溫趨勢變化的可能原因[J]. 氣候與環(huán)境研究, 2005, 10(4): 808-817. [Zhao Zongci, Wang Shaowu, Xu Ying, et al. Attribution of the 20th century climate warming in China[J]. Climatic and Environmental Research, 2005, 10(4): 808-817.]

　　[2]任國玉, 郭軍, 徐銘志, 等.近 50 年中國地面氣候變化基本特征[J]. 氣象學(xué)報, 2005, 63(6): 642-956. [Ren Guoyu, Guo Jun, Xu Mingzhi, et al. Climate changes of China’s mainland over past half century[J]. Acta Meteorological Sinica, 2005, 63(6): 642-956.]

　　[3]丁文魁, 楊曉玲, 汪作成, 等.河西走廊東部低溫時間變化特征[J]. 干旱區(qū)地理, 2018, 41(1): 17-24. [Ding Wenkui, Yang Xiaoling, Wang Zuocheng, et al. Variation characteristics of low temperature events in east of Hexi Corridor[J]. Arid Land Geography, 2018, 41(1): 17-24.]

　　[4]宇如聰, 李建, 陳昊明, 等. 中國大陸降水日變化研究進展[J]. 氣象學(xué)報, 2014, 72(5): 948-968. [Yu Rucong, Li Jian, Chen Haoming, et al. Progress in studies of the precipitation diurnal variation over contiguous China[J]. Acta Meteorological Sinica, 2014, 72(5): 948-968.]

　　作者：楊霞1，趙逸舟 2，蔡梅 3，張超 1

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