兰州气温变化气候特征及其服务应用

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1、兰州气温变化气候特征及其服务应用牛喜梅周萍(兰州中心气象台兰州730020)(兰州观测站兰州730020)提要 利用兰州逐日定时气温和极端气温资料, 采用统计分析方法, 研究兰州短期、 短时气温变化的气候特征。 结果表明: 兰州春季降温强、 持续期短, 冬季是冷暖空气活动 最弱的季节, 但可能有持续的降温。并给出用定时气温的 24 小时变温来估算日平均气温 的 24 小时变温和日极值的 24 小时变温的方法, 供短时预报服务参考。关键词 气温变化 气候特征引言近年来, 气象预报服务逐步深入各部门 和各项活动中, 城市气象要素的短期和短时 变化预测更加受到重视。 这类气象要素的演 变既受大尺度天

2、气形势影响, 又受局地条件 和日变化规律制约, 有明显的地方特色。 因 此, 分析城市基本气象要素短期短时演变气 候特征, 是建立城市天气预报系统的基础性 工作之一。 本文分析兰州气温日变化和月际 变化的气候特征及其在气象服务中的应用。1资料和方法利 用 兰 州 观 测 站 19911995 年 112月逐日 8 次定时气温和最高、最低气温资料, 采用常规统计方法分析气温日变化和不同时 间间隔的日际变化。2 气温日变化211定时气温日变化及其季节差异 兰州地区 8 次定时气温的月平均分布特征如附图所示。 白天气温上升越过日平均值和夜间气温下降低于日平均值以下的时间,收稿日期 19960410市

3、生态, 1993, 6 ( 4) : 3742术, 1994, 7 ( 1) : 17195 王贵勤. 大气臭氧层研究简介. 北京: 气象出版社, 19904 马同森.略论臭氧层中 O 3 的损失与保护 1 污染防治技THE A TM O SPHER IC O ZO NE L AY ER A ND ITS REL A T IO NSH IPW ITH CL IM A TE A NE ENV IRO NM ENTX u Z h ih u aC h en M in l ia n(L an zho u C en t ra l W ea th e r Se rv ice L an zho u 7300

4、20)A bstrac t Im po r tan t re su lt s o f stu d ie s o n a tm o sp h e r ic o zo n e laye r a re in t ro du ced. T h e in 2 t ro du c t io n e sp ec ia lly em p h a size th e in f lu en ce o f a tm o sp h e r ic laye r o n c lim a te an d en v iro n 2 m en t, an d th e dep en den ce o f a tm o sp h

5、 e r ic o zo n e laye r o n so la r ac t iv ity, a tm o sp h e r ic c ircu la2 t io n an d p ho to ch em ica l p ro ce ss.Key word s a tm o sp h e r ic o zo n e laye rc lim a teen v iro nm en t大致是北京时间 11 时和 23 时前后。冬半年夜天压火、夜间增热的昼夜调节方案时, 尤其应按气温变化控制好白天压火的时机, 最大限度 地利用热能, 保持好均衡供热。212日较差气 温 日 较 差 平 均 为 11

6、.9, 最 大 为1313 (5 月) , 最小的为 10.4 (12 月)。 气温日较差的变化幅度各月之间有一定 差异。 据统计, 日较差的均方差最大为 4.5(2 月) , 最小为 2.6 (12 月)。3日平均气温日际变化我们统计了 5 年内不同间隔的日际变温,附图 兰州 1、 4、 7、 11 月平均定时气温( 阴影为气温高于日平均值的时段)长, 114 月 11 时后气温上升越过平均值; 夏 半年日出较早, 510 月 11 时前越过平均值。定时气温最高点是 17 时, 最低点是 05 时 或 08 时, 形成气温上升段的时间短, 升温较 快; 下降段的时间长, 降温较慢。113月是

7、兰 州冬半年取暖时间, 1114 时是全天气温变化最大、上升最快的时段, 供热部门在制定白包括 24、 48、 72、 、 120h 变温等 5 项,析其频数分布的气候特征。311日平均气温 24h 变温的频数分布分兰州日平均气温 24h 变温的频数百分率分布如表 1 所示。其分布特点: 一是基本对称,略呈负偏态; 二是季节差异明显。表 1 日平均气温 24h 变温频数百分率分布表T 日 24h( )82662442222002- 2- 22- 4- 42- 6- 62- 8- 82- 10- 102- 12- 122- 14- 142- 1635 月68 月911 月122 月 年平均010

8、01001001001021601900019221216106176141218411142104217451442181516231537134011291191910161012716916418513214016313214118012010111019010014010013012010010010011012010010010011010010010010010日平均气温 24h 变温的频数分布基本对称, 表示年内气温升降相间出现, 累积效应相 等, 气温的年际差异相对较小。全年各季都呈 负 偏 态, 春 ( 35 月)、 夏 ( 68 月 )、 秋 (911 月)、 冬 (122

9、 月) 四季频数分布的 偏态系数 分 别 为- 112、 - 018、 - 111 和 -014。说明各季都是降温次数少, 升温次数多,全年两者次数之比约为 4357。日平均气温 24h 变温的季节差异, 主要表 现为春季冷暖空气活动最强, 冬季最弱。由春 到冬, 日平均气温 24h 变温的均方差逐渐减 少, 依次为 2. 7、213、117 和 113。春季大地 回暖, 气温变化幅度最大, 是全年最易出现降 温和寒潮的季节, 此季节出现日平均气温下降4以上的概率为 8. 5% 。冬季是全年气温最低时期, 但气温变化相对最小, 出现日平均气温下降 4以上的概率 为 0. 6% , 在 1991

10、1994 年的 4 个冬季, 24h 变温都在6以内。值得注意的是夏季, 其日平均气温 24h 变 温的均方差仅次于春季, 出现日平均气温下降4以上的概率为 7. 1% 。在这 5 年内, 68 月还出现过 48h 平均气温下降 12以上的事 例 (1991 年 8 月 2527 日)。由于此季节最低 气温高于 5, 对农业生产影响不大, 但对城 市生产和生活有一定影响, 随着气象服备领域 拓宽, 应引起重视。312降温和回暖的持续性 不同间隔的日际变温的频数分布, 在一定程度上反映出气温变化持续性的某些气候特征。我们分析 15d 内不同间隔的变温频数分布, 得到兰州气温变化持续性与季节的关

11、系。春季降温强, 回暖快, 持续性降温较少。 在这 5 年内, 48h 负变温最大可达 16以上,但 120h 负变温最大仅为 1214。春季回暖过程则不然, 有较明显的持续性。春季 24h 变温最大值不超过 6, 但连续回暖的累积效应 明显。120h 正变温曾出现 1416的事例。表2 给出春季不同日际间隔变温的频数百分率分布, 可以从频数分布随日际间隔的变化看 出, 春季降温和回暖持续性的总体差异。表 2 春季各级日际变温频数百分率分布表182 162 142 122 102 8262422202 - 42 - 62 - 82 - 102 - 102 - 122 - 142 - 162T

12、( ) 16 14 12 10 8 6 4 2 0 - 2 - 6 - 8 - 10 - 10 - 12 - 14 - 16 - 18 T 24T 48T 72T 96T 1200100100100100100100100100100120100100100120170100100171142110100171134155130102197148126172161212131910191013221225131810161814154111191816181616181815161518151015101516919812111010151018418786137176172144104195

13、10319019118116215215012012019017116012017019019012010012014010010010012010010010值基本一致。 春季为 0. 2, 秋季为- 012, 即春季平均每天上升 0. 2, 秋季平均每天下降0. 2, 各定时气温 24h 变温在一定程度上都 能反映均值的 24h 变温。不同定时 24h 变温估 算均值 24h 变温的误差都呈正态分布, 但均方 差不同。 大致情况是用 17 时 24h 变温值估算日平均气温 24h 变温, 均方误差最大, 11 时冬 季 气 温 变 化 的 持 续 性 与 春 季 不 同 ,2 4 h 最

14、大 降 温 虽 然 只 有 4 6 , 但 3 5 d 总 降 温可达1 0 1 6 , 表明冬季降温的持续性 比春天明显。这类长时间的持续降温是中期 转折预报应该重视的问题。冬季升温过程一 般不会太持久, 3 5d 内最大升温值均为6 8。夏秋季节日平均气温下降和回暖的持续 性介于冬春之间。4 气温极值和均值的短时估算气象服务经常用到的是温度极值 (最高和 最低气温) 和均值 (日平均气温) , 但常规天 气报告能够及时提供的仅是 8 次定时观测气 温, 气温极值一般在出现 69 时之后才能提 供, 均值则在一天结束之时得到。因此实际工 作中经常采用估算方法, 即由定时气温的 24h变温估计

15、极值和均值的 24h 变温。例如: 14 时24h 变温值估算日平均气温, 均方误差最小。所以,选择 11 时气温的 24h 变温值估算当天日平均气温 24h 变温为最佳。进一步分析发现, 用 11 时 24h 变温值估 算日平均气温 24h 变温的偏差, 还与 11 时的24h 变温有关。当 11 时的 24h 变温 0, 即气温 上升时, 平均偏差为正, 估算的日平均气温上 升值也偏强, 平均偏差 1左右。表 3 给出各 季 11 时的 24h 变温与日平均气温 24h 变温的 平均偏差和均方差, 可供业务应用参考。一般 而言, 11 时的 24h 变温绝对值减少 1, 大致 就是日平均气

16、温 24h 变温。412最高、 最低气温的短时估算 采 用 同 样 分 析 方 法 , 分 析 定 时 2 4 h 变 温对极端气温 24h 变量的估算误差。结果是: 08时气温 24h 变温是估算最低气温 24h 变温的或 17 时的 24h 变温为-气温下降 6左右。6则推断当天最高为了研究采用哪个定时气温的 24h 变温值估算当天气温极值和均值的 24h 变温值效 果最好, 我们还分析了各定时气温 24h 变温与 各气温服务量 24h 变温值的偏差及其分布特征, 找出最佳的估算方法。411日平均气温 24h 变温的估算定时气温、极值、均值的 24h 变温月平均表 3用定时气温的 24h

17、变温估算当天极值和均值日平均气温 24h 变温最佳时间的平均偏差和均方差估算日最高气温估算日最低气温估算日气均气温定时气温的 0 0 0 24h 变温平均 均偏差 方差平均 均偏差 方差平均 均偏差 方差平均 均偏差 方差平均 均偏差 方差平均 均偏差 方差时间时 间时 间时 间时 间时 间35 月68 月911 月 122 月111114-112 3131. 0 2. 70. 5 2. 01111140. 70. 70. 52. 72. 41. 9080808-0. 2 1. 60. 3 1. 40. 3 1. 00808080. 20. 30. 31. 51. 41. 1111111-1.

18、 2 1. 81. 2 1. 70. 7 1. 21111110. 80. 80. 71. 51. 51. 217 - 0. 5 2. 1 17 0. 4 1. 7 08 - 0. 2 0. 8 08 0. 2 0. 8 11 - 0. 7 1. 0 11 0. 6 0. 9 最佳选择, 估算最高气温 24h 变温的最佳选择与季节有关。以往认为 17 时最接近最高气温, 应当用17 时 24h 变温估算最高气温 24h 变温。 实际 统计结果表明, 仅秋冬季如此, 春夏季则不然。 原因是春夏季 17 时的 24h 变温受局地对流系 统影响大, 反而不如 11 时和 14 时 24h 变温更 能

19、反映最高气温变化趋势。过去还认为, 最高、最低气温的升降幅度 与相近定时气温升降幅度大致相等。统计结果 表明, 最高、最低气温 24h 变化较稳定, 其均 方差小于相近定时 24h 变温的均方差。气温上 升或下降时最高气温的 24h 变温应小于天气 图上看到的定时的 24h 变温, 平均相差 1左 右; 最低气温的 24h 变温应小于天气图上看到 的 08 时 24h 变温, 平均相差 0. 5左右。统 计结果见表 3。5结论511 全年兰州气温日变化的特点是升温时段短, 回暖迅速, 降温时段长, 变化平稳。预报 白天升温是短时订正的重点。512 春季 24h 变温幅度大, 是冷空气活动频 繁

20、的季节, 8. 5% 的日子有 4以上降温, 但 降温持续时间短, 回暖快。春季回暖过程相对 平稳, 但可以出现持续性回暖。中期预报应重视。513冬季 24h 变温幅度最小,只有 0. 6% 的日 子有 4以上降温, 但可能出现持续性降温, 也是中期预报应予重视的问题。514 选用定时气温估算当天极值和均值时, 建议采用 08 时 24h 变温值估算最低气温、 日 平均气温 24h 变温, 11 时 24h 变温估算日平 均气温的 24h 变温, 采用哪个定时估算最高气 温的 24h 变温因季节而异。致谢: 本文在夏建平高级工程师指导下完成, 特致谢意 1CL IM A T IC CHA RA

21、CTER IST ICS A ND A PPL ICA T IO NO F L A NZHO U TEM PERA TURE VA R IA T IO NN iu X im e i(L anzho u C en t ra l M e teo ro lo g ica l O b se rva to ryZ h ou P in gL anzho u 730020)(L anzho u O b se rva t io na l S ta t io n L anzho u 730020)A bstra c t U sin g sta t ist ica l an a ly sis m e tho d

22、fo r day to day, te rm ho u r tem p e ra tu re an d ex t rem e tem p e ra tu re in L an zho u , c lim a t ic ch a rac te r ist ic s o f sho r t- ran ge an d sho r t- te rm tem p e ra tu re a re stu d ied. T h e re su lt s show th a t tem p e ra tu re redu ce s rap id ly an d it s du ra t io n issho

23、r t in L an zho u in th e sp r in g. W in te r is w eak e st sea so n o f co ld an d w a rm a ir m o t io n , b u t it s can h ave du rab le de tem p e ra tu re. T h e m e tho d o f u sin g te rm ho u r tem p e ra tu re (T 24 ) to ea st im a te m ean da ily tem p e ra tu re (T 24 ) an d da ily ex t rem e tem p e ra tu re (T m ) h ad g iven fo r refe ren ce o f sho r t te rm se rv ie.Key word stem p e ra tu re va r ia t io nc lim a t ic ch a rac te r ist ic s