何生錄，祁貴明，許學(xué)蓮,2*，張亞珍，石秀云

(1.格爾木市氣象局，青海 格爾木 816099；2.青海省防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青海 西寧 810001)

1 引言

2014年起，草面溫度納入格爾木國(guó)家基準(zhǔn)氣候站常規(guī)地面氣象觀測(cè)要素進(jìn)行觀測(cè)，進(jìn)一步增加了氣象資料的信息量。草面溫度(簡(jiǎn)稱草溫)觀測(cè)是探測(cè)近地層植被表面溫度，較地面0cm溫度(簡(jiǎn)稱地溫)、氣溫更能代表近地表層溫度的自然狀況[1-2]。2014-2020年格爾木國(guó)家基準(zhǔn)氣候站的草溫觀測(cè)數(shù)據(jù)，雖然時(shí)間序列較短，但通過(guò)草溫資料的分析，對(duì)草溫列入觀測(cè)要素前出現(xiàn)霜凍、結(jié)冰等天氣現(xiàn)象時(shí)地面溫度大于0.0℃的現(xiàn)象(一般應(yīng)小于0.0℃)得到了科學(xué)的解釋，為初霜凍的確認(rèn)提供了最直接的氣象資料。如2015-2017、2019年初霜凍出現(xiàn)時(shí)地溫大于0.0℃，但草溫小于0.0℃(表1)，若無(wú)草溫觀測(cè)記錄，出現(xiàn)霜凍時(shí)地溫偏高，對(duì)于資料審核工作疑慮較大，但因有草溫記錄，該問(wèn)題迎刃而解。開(kāi)展草溫研究，對(duì)確認(rèn)霜凍及霜凍預(yù)報(bào)提供依據(jù)的同時(shí)，對(duì)進(jìn)一步強(qiáng)化氣象保障現(xiàn)代農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)環(huán)境保護(hù)及應(yīng)對(duì)氣候變化、提升政府公共服務(wù)能力等方面意義重大。本文針對(duì)于此展開(kāi)分析研究，以期為今后分析預(yù)報(bào)霜凍及保障農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)防災(zāi)減災(zāi)、提升公共服務(wù)能力等方面提供可靠的理論依據(jù)。

表1 格爾木初霜日的草面溫度和地面溫度

2 數(shù)據(jù)來(lái)源和研究方法

本文利用格爾木國(guó)家基準(zhǔn)氣候站2014-2020年草溫、地溫觀測(cè)資料，通過(guò)數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法分析了草溫及地溫的時(shí)間變化規(guī)律及兩者間的異同點(diǎn)和相關(guān)性,并分析了造成差異的可能原因。按《地面氣象觀測(cè)規(guī)范》要求[3]，草溫感應(yīng)器安置在距離地面6cm的草面，在實(shí)際中，因安置處草叢不夠密集，感應(yīng)器基本裸露在外，太陽(yáng)光直射到感應(yīng)器上，夏季草叢能夠形成部分遮擋，其他季節(jié)草株干枯，基本上記錄的是距離地表面6cm的空氣溫度。季節(jié)劃分按3-5月為春季，6-8月為夏季，9-11月為秋季，12月到次年2月為冬季。資料來(lái)自青海省氣象信息中心。

3 結(jié)果與分析

3.1 草溫和地溫的年月變化特征

統(tǒng)計(jì)得出，近7年來(lái)格爾木平均草溫為6.6℃，以0.09℃/a的速率呈波動(dòng)增加趨勢(shì)，平均地溫為10.4℃，以0.03℃/a的速率呈弱增加趨勢(shì)，兩者均通過(guò)0.5的顯著性檢驗(yàn)。草溫年平均溫度最高為7.2℃，出現(xiàn)在2016年，最低為6.1℃，出現(xiàn)在2014年和2018年；地溫年平均溫度最高為10.7℃，出現(xiàn)在2019年，最低為10.0℃，出現(xiàn)在2014年。

由格爾木草溫和地溫的月變化可知(圖1)，各月草溫平均值均小于地溫平均值，兩者的差值6-8月較大，7月最大為5.4℃，12月最小為2.1℃。由于地溫與草溫所處的測(cè)溫環(huán)境、吸熱介質(zhì)不同，白天開(kāi)始升溫時(shí)草溫吸收熱量比地溫快，當(dāng)溫度持續(xù)升高時(shí)，裸露的土壤表面又比草面升溫快，故溫度持續(xù)高溫時(shí)地溫要大于草溫；夜間空氣溫度逐漸下降時(shí)，因地表在白天接受到的輻射量比草面多，故地溫下降較慢，而草溫下降較快。因此，各月的草溫均比地溫低。

圖1 格爾木草面溫度和地面溫度的月變化

3.2 草溫和地溫的日變化特征

統(tǒng)計(jì)格爾木近7年草溫和地溫的日變化資料可得(表2)，草溫日平均最高出現(xiàn)在14時(shí)，為28.6℃，地溫日平均最高出現(xiàn)在15時(shí)，為35.1℃；草溫日平均最低出現(xiàn)在06時(shí)，為-4.7℃，地溫日平均最低出現(xiàn)在07時(shí)，為-2.5℃；草溫最高、最低值出現(xiàn)時(shí)間均比地溫最高、最低值出現(xiàn)時(shí)間要提前1h，且草溫最高、最低值比地溫最高、最低值分別低6.5℃、2.2℃。

表2 格爾木平均日變化草面溫度和地面溫度 (單位:℃)

地溫在16時(shí)至次日07時(shí)持續(xù)下降，08-15時(shí)逐漸上升，草溫在15時(shí)至次日06時(shí)持續(xù)下降，07-14時(shí)逐漸上升，草溫升溫的時(shí)間要早于地溫1h。兩者對(duì)比來(lái)看，21-08時(shí)、12-20時(shí)地溫均大于草溫；其中，21-08時(shí)地溫與草溫的差值在逐漸減小，12-20時(shí)其差值先增加后減小，09時(shí)草溫與地溫持平，10-11時(shí)草溫大于地溫。表明草溫在夜間及午后降溫幅度大于地溫，僅在10-11時(shí)升溫期間升溫幅度比地溫略大，但在溫度最高的15-17時(shí)地溫的平均值遠(yuǎn)大于草溫平均值。

3.3 草溫和地溫的季節(jié)變化特征

從格爾木春季草溫與地溫日變化圖2a可見(jiàn)，13時(shí)至次日07時(shí)草溫平均值均小于地溫平均值，兩者最大差值為7.4℃，出現(xiàn)在15-16時(shí)，上午08-12時(shí)草溫的平均值基本與地溫平均值持平，差值較小。分析草溫和地溫的平均值在春季差異大的原因，可能是格爾木春季晴朗天氣較多，白天光照強(qiáng)，在草面和地表不同的測(cè)溫環(huán)境下，地表比草溫受到環(huán)境干擾較少，且春季風(fēng)速較大，表面湍流較多，地溫受到的影響比草溫少?？傊?，上午草溫與地溫基本持平，其他時(shí)間草溫低于地溫。

格爾木夏季草溫與地溫日變化圖2b顯示，07-09時(shí)草溫平均值基本與地溫平均值持平，10時(shí)至次日06時(shí)草溫平均值均小于地溫平均值，其中14-18時(shí)草溫平均值比地溫平均值偏低10-13.3℃，16時(shí)相差最高達(dá)13.3℃，其他時(shí)間偏低4℃左右。分析草溫和地溫的平均值在夏季差異大的原因，可能與春季相仿，但夏季白天氣溫高、光照較春季更強(qiáng)，測(cè)量地溫的下墊面升溫高于草面，地表較草面受到環(huán)境干擾少，故地溫高于草溫?？傊?，清晨草溫與地溫基本持平，其他時(shí)間草溫低于地溫。

由圖2c格爾木秋季草溫與地溫日變化統(tǒng)計(jì)結(jié)果可見(jiàn)，09-11時(shí)草溫平均值大于地溫平均值2℃左右，其他時(shí)間草溫平均值均小于地溫平均值，其中14 時(shí)-22時(shí)草溫平均值比地溫平均值偏低5℃左右，16時(shí)相差最高達(dá)5.7℃。分析秋季草溫和地溫的平均值差異大的原因，可能秋季冷空氣活動(dòng)頻繁，白天光照減弱，夜間地表輻射冷卻較快，上午下墊面升溫比草面慢的原因所致。總之，上午草溫高于地溫，其他時(shí)間草溫低于地溫。

圖2d給出了格爾木冬季草溫與地溫日變化曲線，可以看出，10-13時(shí)草溫平均值大于地溫平均值3℃左右，其中11時(shí)草溫偏高于地溫5.5℃，其他時(shí)間草溫均小于地溫。夜間草溫平均值較地溫平均值偏低4℃左右，21時(shí)偏低最大為5.1℃。分析草溫和地溫的平均值在冬季差異大的原因與秋季相仿，只是冬季地表輻射更快，上午地表土壤升溫比草面更慢?？傊衔绮轀馗哂诘販?，其他時(shí)間草溫低于地溫。

圖2 格爾木草面溫度和地面溫度的四季日變化

3.4 草溫和地溫月最高、最低平均溫度變化特征

圖3a為格爾木草溫和地溫逐月最高溫度平均值月變化，可見(jiàn)，全年草面和地面逐月最高溫度平均值均為正值；對(duì)比發(fā)現(xiàn)，全年中除12月份草溫最高溫度平均值比地溫最高溫度平均值高0.5℃外，其他月份草溫最高溫度平均值均小于地溫最高溫度平均值，其中 6-8月草溫最高溫度平均值比地溫最高溫度平均值低10.0℃左右。圖3b是格爾木草溫和地溫逐月最低溫度平均值月變化，可以看出，10月至次年4月草溫和地溫逐月最低溫度的平均值均為負(fù)值，6-9月為正值；對(duì)比發(fā)現(xiàn)，1-12月草溫最低溫度的平均值均低于地溫最低溫度的平均值，其中 1、10、12 月草溫最低溫度的平均值比地溫最低溫度的平均值要低4.0℃以上。

圖3 格爾木草面和地面最高、最低溫度月變化

3.5 草溫和地溫間的相關(guān)性分析

為進(jìn)一步掌握格爾木草溫與地溫間的特征關(guān)系，對(duì)草溫和地溫日平均數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸分析 ,得到線性回歸方程 :

Y=0.939×Tground-3.233

式中，Y為日平均草溫，Tground為日平均地溫?？梢?jiàn)，日平均草溫和日平均地溫間呈正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.98，表明地溫逐漸升高(降低)的同時(shí)草溫也在升高(降低)，草溫和地溫的變化趨勢(shì)極其一致。進(jìn)一步將日平均草溫與日平均地溫按照季節(jié)進(jìn)行一元線性回歸分析，得到各個(gè)季節(jié)回歸方程(如圖4)，草溫和地溫在春、夏、秋、冬季的相關(guān)系數(shù)分別為0.97、0.90、0.98、0.89，表明各個(gè)季節(jié)草溫與地溫之間均有很好的相關(guān)性，從相關(guān)程度來(lái)看，秋季>春季>夏季>冬季。

圖4 格爾木草面溫度和地面溫度的季節(jié)變化關(guān)系

4 討論與結(jié)論

4.1格爾木草溫以0.09℃/a的速率呈波動(dòng)增加趨勢(shì)，地溫以0.03℃/a的速率呈弱增加趨勢(shì)。從月變化來(lái)看，各月草溫平均值均小于地溫平均值，7月草溫和地溫的差值最大,12月最小。

4.2格爾木日平均最高草面溫度和地面溫度分別出現(xiàn)在14時(shí)、15時(shí)，日平均最低草面溫度和地面溫度分別出現(xiàn)在06時(shí)、07時(shí)，草面溫度比地面溫度提前1h出現(xiàn)極值。

4.3從季節(jié)變化來(lái)看，春季的上午、夏季的清晨草溫與地溫基本持平，其他時(shí)間草溫低于地溫；秋、冬季的上午草溫均高于地溫，其他時(shí)間草溫低于地溫。

4.41-11月草溫最高溫度的平均值均低于地溫最高溫度的平均值，12月草溫最高溫度的平均值較地溫最高溫度的平均值略高。全年草溫最低溫度的平均值均低于地溫最低溫度的平均值。

4.5草溫和地溫間有很好的正相關(guān)關(guān)系，從季節(jié)相關(guān)程度來(lái)看，秋季>春季>夏季>冬季。