馮良敏 , 周秋雪 , 范江琳

（1. 四川省氣象臺, 成都 610072；2. 高原與盆地暴雨旱澇災害四川省重點實驗室, 成都 610072）

引言

氣溫作為氣候系統的重要表征指標，被廣泛應用于自然地域系統界限劃分、陸地環(huán)境過程模擬[1-2]、生態(tài)環(huán)境評價、自然災害檢測和氣候變化等領域[3-5]。此外，氣溫也是對人們日常生活及農作物生產影響最大的氣象因子之一，體感舒適度與氣溫的高低有密切關系[6]，氣溫在短時間內快速上升或下降時，人體可能因不適而引發(fā)疾病，對農業(yè)生產來說，氣溫高低能夠影響植物的光合作用及生長發(fā)育[7]，持續(xù)高溫或低溫則可能造成嚴重的農作物災害及國民經濟損失。

隨著氣象信息化程度的日益提高，積累了大量氣象數據，近年來，基于2 m 氣溫觀測資料，不少研究者針對四川地區(qū)天氣氣候開展了多項研究。在氣候領域，周長艷等[8]分析了1961～2010年四川高溫變化特征及其影響，發(fā)現四川高溫日數總體呈顯著增加趨勢；周長春等[9]統計了1951～2009年四川盆地寒潮氣候特征，發(fā)現時間分布上在2～4月出現的寒潮次數較多，空間分布上在盆地中部、南部出現寒潮頻率相對較高；肖紅茹等[10]統計分析了1980～2017年四川盆地寒潮及其氣溫變化特征，指出近38年四川盆地區(qū)域寒潮頻次呈不顯著的增加趨勢，而強度呈顯著增強趨勢，寒潮天氣過程中24 h 內最高氣溫以下降為主，最低氣溫普遍下降不明顯且近50%的站點趨于上升。在天氣領域，仕仁睿等[11]對2016年8月11～26日四川省持續(xù)性高溫天氣過程的時空變化特征及其成因進行了分析；肖紅茹等[12]針對2018年四川盆地兩次典型寒潮天氣過程，從過程前期基礎氣溫、環(huán)流背景、影響系統、冷平流強度、路徑以及南支槽的影響等方面進行了對比分析。在模式檢驗及應用方面，不少學者對不同模式的2 m 氣溫預報性能進行了檢驗，并研發(fā)了一些客觀訂正方法[13-15]。

四川地區(qū)整體地勢西高東低，地形地貌及氣候復雜多樣，有效提高2 m 氣溫預報準確率是一個難點問題，而準確預報出逐日的氣溫變化能更好地為精細化氣溫預報服務。目前針對變溫預報，主要是對寒潮天氣過程進行分析，其一般是以過程降溫為標準進行統計，且有季節(jié)限制。而實際業(yè)務中，逐日氣溫變化幅度較大的情況并不少見。因此，了解2 m 氣溫的逐日變化特征及其季節(jié)性差異，有助于更好地認識和理解區(qū)域氣候特征。本文選取1990～2019年四川地區(qū)氣象觀測站2 m 最高、最低氣溫逐日數據，對其日變化規(guī)律進行分析，以期為日常業(yè)務中精細化2 m 氣溫天氣預報提供氣候背景參考，并為氣溫轉折性過程的挑選及其2 m 氣溫訂正研究打好基礎。

1 資料及方法

本文選取了四川地區(qū)156個氣象觀測站的2 m 最高、最低氣溫逐日數據，資料時段為1990年1月1日～2019年12月31日，共計30 a。運用常規(guī)統計方法分析了四川省氣溫逐日變化的空間分布特征及頻次分布特征。

2 氣溫逐日變化空間分布特征

2.1 多年平均

圖1 給出了1990～2019年平均的四川地區(qū)最高氣溫和最低氣溫逐日變化的空間分布特征。整體來看，四川最高氣溫逐日變化介于1.8～3.6℃，最低氣溫逐日變化介于1.2～3.1℃，最低氣溫逐日變化幅度小于最高氣溫逐日變化幅度。此外，兩者在空間分布上也呈現較大差異。最高氣溫逐日變化自西向東呈先增后減的特征，最大值位于涼山州東北部，最小值主要位于甘孜州西南部和攀西地區(qū)西部。最低氣溫逐日變化自西北部向東南部呈緩慢遞減的特征，最大值位于甘孜、阿壩兩州北部，最小值主要位于盆地西南部、南部、中部及東北部。值得注意的是，涼山州東北部（美姑站）同時是最高氣溫逐日變化最大和最低氣溫逐日變化最小的區(qū)域，對于這種特征需要后面深入分析形成機理。

圖1 多年平均的四川地區(qū)最高氣溫（a）和最低氣溫（b）逐日變化的空間分布特征（單位：℃）

2.2 季節(jié)平均

為了研究四川地區(qū)氣溫逐日變化的季節(jié)性差異，圖2 給出了1990～2019年春、夏、秋、冬4個季節(jié)平均的最高氣溫和最低氣溫逐日變化的空間分布。

從季節(jié)平均的最高氣溫逐日變化空間分布來看，春季的逐日變溫幅度明顯大于夏、秋、冬季。如圖2a所示，盆地北部、西南部山區(qū)以及阿壩、甘孜、涼山3州東部春季逐日變溫介于3.0～4.0℃，其中涼山州東北部的昭覺站逐日變溫達到了4.0～5.0℃，四川省其余地區(qū)介于2.0～3.0℃；四川地區(qū)這種差異顯著的分布特征主要是由于春季西伯利亞氣團和熱帶海洋氣團勢力相當，互有進退，四川地區(qū)受其影響，鋒面系統較為活躍，從而導致逐日變溫較其它季節(jié)更為劇烈。如圖2c和圖2e 所示，夏、秋兩季的逐日變溫空間分布較為均勻，除夏季阿壩州南部和秋季涼山州東北部個別站點逐日變溫為3.0～4.0℃外，四川省其余大部逐日變溫均介于2.0～3.0℃。如圖2g 所示，冬季逐日變溫低于2℃的范圍要大于其他季節(jié)，主要位于盆地東部、甘孜州西南部及攀西地區(qū)西部，逐日變溫超過3℃的區(qū)域主要位于涼山州東北部、甘孜州康定站及盆地峨眉山站，其余地區(qū)均介于2.0～3.0℃。值得注意的是，涼山州東北部冬、春季節(jié)最高氣溫逐日變化均超過了4℃，這可能也是該地區(qū)冬春季各種主、客觀高溫預報產品誤差較大的影響因素之一，預報員在實際制作高溫預報的業(yè)務中，應高度關注該區(qū)域的溫度訂正。

從季節(jié)平均的最低氣溫逐日變化空間分布來看，各季最低氣溫逐日變溫幅度均明顯小于最高氣溫逐日變溫幅度，冬春季逐日變溫幅度大于夏秋季，季節(jié)差異顯著。如圖2b 所示，春季盆地和高原地區(qū)的逐日變溫差異明顯，四川盆地和攀枝花市介于1.0～2.0℃，甘孜、阿壩及涼山3 州的大部區(qū)域介于2.0～3.0℃；如圖2d 和圖2f 所示，夏、秋季除甘孜、阿壩2 州北部部分站點逐日變溫為2.0～3.0℃外，四川省其余地區(qū)逐日變溫均介于1.0～2.0℃；如圖2h 所示，冬季逐日變溫的空間分布特征最為復雜，甘孜、阿壩2 州北部介于3.0～5.0℃，甘孜州中部、涼山州中部及盆地西北部部分地方介于2.0～3.0℃，四川其余地區(qū)介于1.0～2.0℃，其中川西高原北部的較大逐日變溫可能與高海拔地區(qū)冬季晴朗天氣下輻射降溫強度大有關，預報員在實際業(yè)務中應特別注意川西高原北部冬季在晴空輻射較為明顯的天氣形勢下的低溫預報。

圖2 季節(jié)平均的最高氣溫（左）和最低氣溫（右）逐日變化的空間分布特征（a、b. 春季，c、d. 夏季，e、f. 秋季，g、h. 冬季，單位：℃）

2.3 氣溫逐日變化極值

在日常2 m 氣溫預報業(yè)務中，當天氣形勢調整明顯或處于轉折性天氣過程中時，2 m 氣溫等要素預報準確率較低。因此，有必要了解四川省氣溫逐日變化極值的空間分布特征。圖3 為1990～2019年四川地區(qū)春季最高氣溫日升溫和日降溫最大值的空間分布特征。如圖3a 所示，四川省最高氣溫日升溫最大值介于7～20℃；其中升溫幅度最小的區(qū)域位于盆地東部和甘孜州西北部，介于8～10℃；超過12℃的區(qū)域位于盆周地區(qū)、攀西地區(qū)大部以及甘孜、阿壩2 州東部，一個大值中心位于涼山州東北部，升溫幅度超過了18℃，另一個位于阿壩州東部，升溫幅度超過了16℃。如圖3b 所示，四川省春季最高氣溫日降溫最大值介于-8～-22℃，降溫幅度最小的區(qū)域（低于-12℃）主要位于盆地西北部和甘孜州西南部，與最大升溫相比，最大降溫的相對大值中心更為分散，其中盆地東部和南部的大值中心范圍較小，而涼山州東北部和阿壩州北部的大值中心范圍較大，降溫幅度也更大，個別站點超過-20℃。值得注意的是，涼山州東北部一帶同時是最高氣溫日升溫和日降溫最大值的區(qū)域，這可能與該地特殊而復雜的地形有關。

圖3 1990～2019年四川地區(qū)春季最高氣溫日升溫（a）和日降溫（b）最大值空間分布特征（單位：℃）

如圖4a 所示，四川省春季最低氣溫日升溫最大值介于6～15℃，盆地升溫幅度以6～10℃為主，最大升溫區(qū)（高于12℃）位于川西高原北部和涼山州東部，個別站點升溫幅度超過14℃。如圖4b 所示，四川省春季最低氣溫日降溫最大值介于-6～-16℃，略高于升溫幅度，大部地區(qū)日降溫幅度為-8～-12℃，大值區(qū)主要位于涼山州東部、盆地中部以及甘孜、阿壩2 州北部，達-12～-16℃。

圖4 同圖3，但為最低氣溫

對比分析夏、秋、冬季最高氣溫和最低氣溫日升溫和日降溫最大值的空間分布特征（圖略）可知：不論是升溫還是降溫，夏、秋、冬季最高氣溫日變化最大值均較春季有所減小，冬季最低氣溫日升溫最大值較春季大，而夏、秋季較春季?。幌?、秋、冬季最低氣溫日降溫最大值較春季略偏大；整體來看，各季逐日變溫大值區(qū)主要位于川西高原、涼山州東部及盆地南部山區(qū)。

3 氣溫逐日變化頻次分布

3.1 升溫和降溫過程頻次分布

統計表明，1990～2019年四川地區(qū)最高氣溫和最低氣溫日變化有效樣本數均為1682347 次。圖5 給出了1990～2019年四川地區(qū)最高氣溫和最低氣溫日變化的頻次分布特征。如圖所示，最高氣溫日變化頻次分布呈單峰型特征，以峰值為軸中心，日變溫頻次近似對稱分布，峰值位于0～2℃（占比26.7%），-2～0℃出現頻次略低（占比25.2%）；隨著降溫幅度的增加，站次也逐漸減少，其中日變溫≤-10℃出現3676 次（占比0.2%），日變溫＞10℃出現2290 次（占比0.1%）。最低氣溫逐日變化頻次分布同樣呈單峰型特征，峰值位于-2～0℃和0～2℃，兩者合計占比70.6%，日變溫超過±2℃以后，頻次迅速減少，其減少幅度明顯比最高氣溫大，其中日變溫≤-10℃出現1001 次（占比0.06%），日變溫＞10℃出現623 次（占比0.037%）。對比分析發(fā)現，最高氣溫較最低氣溫波動更加劇烈，在-2～2℃的變溫區(qū)間內，最低氣溫的頻次明顯高于最高氣溫的頻次，當變溫超過±2℃以后，最高氣溫頻次迅速反超，特別是在日變溫絕對值≥4℃時，最高氣溫頻次為最低氣溫頻次的兩倍以上。

圖5 1990～2019年四川地區(qū)最高氣溫和最低氣溫日變化的頻次分布

3.2 強變溫頻次空間分布特征

分析1990～2019年平均的最高氣溫、最低氣溫日升溫≥6℃和日降溫≤-6℃頻次可知，最高氣溫日升溫達6℃及以上年平均出現8.9 次，日降溫達-6℃及以下年平均出現9.8 次，最低氣溫日升溫達6℃及以上年平均出現3.3 次，日降溫達-6℃及以下年平均出現2.8 次，最高氣溫的頻次明顯高于最低氣溫的頻次。如圖6a 所示，最高氣溫日升溫超過6℃的低頻次區(qū)主要位于盆地大部、甘孜州西部及攀西地區(qū)西部，頻次低于10 次，高頻區(qū)位于阿壩州北部及涼山州東北部，頻次超過20 次，其中最大值出現在涼山州東北部的美姑和昭覺，頻次超過30 次，四川省其余地區(qū)頻次均介于10～20次。如圖6b 所示，最高氣溫日降溫超過6℃的頻次區(qū)域分布特征在攀西地區(qū)與升溫分布特征類似，在盆地西南部和南部10 次以上站點數明顯增多，這與周長春等[9]統計發(fā)現盆地南部出現寒潮頻率較高的結論一致，另外川西高原大部分區(qū)域的降溫頻次低于升溫頻次，10 次以上區(qū)域主要位于川西高原東部。如圖6c 和圖6d 所示，最低氣溫日升溫和日降溫絕對值超過6℃的頻次呈現類似的區(qū)域分布特征，高頻區(qū)（超過10 次）主要位于甘孜、阿壩2 州北部。結合上節(jié)分析可知，最高氣溫和最低氣溫強變溫高頻區(qū)與變溫幅度大值區(qū)有較好的對應關系。

圖6 1990～2019年平均的四川地區(qū)最高氣溫（上）和最低氣溫（下）日變溫絕對值≥6℃頻次的空間分布特征（a、c.日升溫，b、d.日降溫，單位：次）

4 結論

本文選取1990～2019年四川地區(qū)156個氣象觀測站的2 m 最高、最低氣溫逐日數據，分析了最高、最低氣溫的日變化特征，得到如下主要結論：

（1）2 m 最高氣溫逐日變化幅度大于最低氣溫的逐日變化幅度，兩者的區(qū)域分布特征有較大差異，其中最高氣溫逐日變溫最大的區(qū)域位于涼山州東北部，最低氣溫逐日變溫最大的區(qū)域位于甘孜、阿壩2 州北部。

（2）春季最高氣溫逐日變溫幅度明顯大于夏、秋、冬季，冬、春季最低氣溫逐日變溫幅度大于夏、秋季。

（3）最高氣溫和最低氣溫逐日變溫頻次分布均呈現單峰型特征，前者峰值位于0～2℃，后者峰值位于-2～2℃，最高氣溫較最低氣溫波動更加劇烈。

（4）最高氣溫逐日變化超過6℃的年均頻次明顯高于最低氣溫的年均頻次，兩者高頻區(qū)的空間分布與變溫幅度大值區(qū)較為一致。