乌鲁木齐市主城区气温日变化特征分析

　　摘要：本文利用 2008—2020 年自动气象站逐小时气温观测资料，研究了乌鲁木齐市主城区气温日变化特征。 结果表明：乌鲁木齐市主城区日最高气温主要出现在 14:00—17:00，日最低气温出现在 05:00—08:00。同一 季节内，各月的日最高气温出现时次最大相差 1 h;日最低气温出现时次在冬季各月间的差异较大，12 月 和 1 月的日最低气温出现时间与 2 月相差 4 h。此外，12 月和 1 月的日最低气温出现时间比其他月均早 2～ 3 h，与我国其他城市存在较大差异。乌鲁木齐市主城区各月的最高气温出现率的日分布曲线以“双峰”型为 主，主峰时次为 15:00—18:00，次峰时次为 21:00，夏季和冬季各月的日最高气温各时次出现率的时间分布 较为集中，春季和秋季相对分散。最低气温出现率的日分布曲线在春、夏、秋 3 季均呈“单峰”型，冬季峰 值特征不明显。春、夏、秋 3 季的最低气温在 07:00—10:00 的出现率较高，冬季 12 月和 1 月在 20:00 的出 现率相对较高。主城区 09:00—12:00 的 1 h 正变温较大;18:00—22:00 的 1 h 负变温较大，正负变温存在不 对称性，1 h 变温是乌鲁木齐市主城区变温的主导者。乌鲁木齐市主城区冬季气温的日变化特征比其他 3 个 季节更为复杂。

　　关键词：逐时气温;日变化;变温;乌鲁木齐

　　气温是影响人类日常生活和生态环境的重要气象指标之一，也是预报高温、寒潮、霜 冻、低温冷害等灾害性天气的重要指标[1-2]。日变化是气候的基本特征之一[3]，认识气温的 日变化特征，对于进一步理解大气环流演变与日变化的关系，提高气温精细化预报水平和灾 害性天气预报准确率等都有重要的意义[4-6]。

　　环境人员评职知识：《青海环境》(季刊)创刊于1984年，由青海省环境保护局主办。本刊作为宣传青藏高原环境保护工作的一个窗口，立足青海，面向全国，突出高原特点，反映高原环保科技成果。可供有关领导干部和从事环境保护工作的管理、科研、教学人员、大专院、校师生、企事业单位环境保护工作者以及社会各界热心环境保护事业的公众参阅。

　　由于受到观测技术水平的限制，早期开展的气 温日变化研究不论是空间尺度还是时间尺度都相对较粗，难以全面系统的理解和认识气温日 变化的内在特征。随着全球气象观测站网的不断完善，我们能够获得更多高时空分辨率的气 象资料，为深入系统的开展气温日变化研究提供了所需的条件[7-8]。

　　吕达仁等[9]指出，由于 受到太阳辐射日变化影响，我国大部地区近地面日最高气温一般出现在北京时间 14:00— 15:00，日最低气温一般出现在日出前后。由于受到下垫面状态、天气现象等因素的影响， 近地面气温在日出后升温速率较快，进入夜间后气温的变化速率趋于平缓。相关研究表明 [10]，不同的下垫面条件和天空状况对某一区域一天中最高气温和最低气温的出现时间也有 影响。

　　杨萍等[11]利用北京地区 2007—2010 年的自动气象站资料分析了北京市城区和郊区气 温的日变化差异及季节特征，指出城市热容量差异是城、郊气温差异的主要原因。胡文志等 [12]使用香港城、郊代表站的逐小时气温资料，对比研究了二者气温的日变化差异。黄良美等[13]通过对南京市 4 种不同下垫面进行观测对比，发现 4 种下垫面白天气温成林地<水体 <草地<水泥地的变化趋势，夜晚则相反。郑易飞等[14]统计分析了深圳地区夏季气温日变 化特征及时空分布，发现气温日平均变化中城市建成区地表气温的上升率和冷却率均低于城 市郊区，气温日变化的水平分布直接受城市不同地表热容量差异分布、地理地形以及局地风 环流等影响。

　　高红燕等[15]对比分析了西安和咸阳两站的日变化特征，指出西安气温季节变 化趋势最明显的是春季，其次是冬季，夏季最小，咸阳气温变暖趋势比西安滞后 5~8 a;二 者 6 h 气温变化幅度最大的是早晨至中午，最小的是夜间到早晨。 城市是地球表面重要的组成部分之一，也是人类活动最频繁的区域，它对区域气候变化 和生态环境都有显著的影响。近年来，随着我国城市化进程的快速发展，城市化对气温变化 的影响越来越受到人们的关注[16]。乌鲁木齐市是新疆维吾尔自治区的首府，也是中亚五国 第一大城市，随着城市化的快速发展，在城市复杂下垫面的作用下，乌鲁木齐市主城区昼夜 气温变化的特征是怎样的，这一问题尚不明确。

　　以往针对乌鲁木齐市气温的研究多从年代际、 年际、季节等时间尺度来进行分析，更多关注气温的长期变化趋势及其影响[17-21]，而对城市 气温的精细化特征，特别是日变化特征研究的相对较少。近年来，已有气象学者使用日平均 气温、逐日最高、最低气温等资料对乌鲁木齐市的气温变化特征进行了一些研究[22-24]，但利 用时间分辨率更高的自动气象站逐小时气温资料来研究乌鲁木齐市气温日变化特征的工作 还较少。为进一步深入认识乌鲁木齐市气温的精细化特征，本文使用 2008—2020 年乌鲁木 齐市主城区自动气象站逐小时气温观测资料分析其日极值气温和变温的日变化规律，以期为 精细化天气预报和服务提供参考。

　　1 资料和方法

　　1.1 资料

　　本文使用新疆维吾尔自治区气象局气象信息中心提供的 2008 年 1 月—2020 年 2 月乌鲁 木齐国家级自动气象站(87°39′00″E，43°47′00″N，海拔高度 918.7 m)逐小时气温观测资料， 首先对自动气象站数据进行了查验，剔除了异常值和不完整的资料。

　　1.2 研究方法

　　主要使用参考文献[11]中关于出现率、变温等的相关定义，具体如下：

　　(1)出现率为出 现次数与总次数的比值，可以表征日最高(低)气温在各时次出现的概率。

　　(2)变温指单位 时间内气温的变化幅度，是天气预报中评估天气过程强度的重要指标之一。本文重点针对 1 h 变温、3 h 变温和 6 h 变温进行分析。 2 结果分析 2.1 气温日变化特征 图 1 给出了乌鲁木齐市主城区 1—12 月的气温日变化分布，可以看出，12 月乌鲁木齐 市主城区日最高气温的出现时次最早，为 14:00;1、2 月和 11 月的日最高气温均出现在 15:00; 3 月和 10 月出现在 16:00;4—9 月都出现在 17:00。乌鲁木齐市主城区日最低气温的出现时次在 1 月和 12 月最早，均为 05:00;2 月最晚，为 09:00;5—11 月均出现在 07:00;3 月和 4 月出现在 08:00。综上可知，乌鲁木齐市主城区日最高气温在全年各月的出现时间主要分布 在 14:00—17:00，日最低气温的出现时间主要分布在 05:00—08:00;12 月的日最高气温和最 低气温的出现时间均为全年各月最早。

　　从日最高气温和最低气温出现时次的季节分布可以看 出，夏季的 3 个月乌鲁木齐市主城区的日最高气温都出现在 17:00，日最低气温都出现在 07:00;秋季日最低气温均出现在 07:00;日最高气温的出现时次呈现出逐月提早 1 h 的特征， 即 9 月出现在 17:00，10 月出现在 16:00，11 月出现在 15:00。同一季节内，各月的日最高气 温出现时次最大相差 1 h;但日最低气温出现时次在冬季各月间的差异较大，12 月和 1 月的 日最低气温出现在 05:00，2 月出现在 09:00，12 月和 1 月日最低气温出现时间比 2 月早 4 h。

　　3 结论

　　本文利用 2008—2020 年自动气象站逐小时气温观测资料，分析了乌鲁木齐市主城区日 最高、最低气温出现时间以及变温的总体规律，结论如下：

　　(1)乌鲁木齐市主城区日最高气温出现在 14:00—17:00，最低气温出现在 05:00—08:00。 同一季节内，各月的日最高气温出现时次最大相差 1 h;但日最低气温出现时次在冬季各月 间的差异较大，12 月和 1 月的日最低气温出现在 05:00，2 月出现在 09:00，12 月和 1 月日 最低气温出现时间比 2 月早 4 h。此外，12 月和 1 月日最低气温的出现时间比春、夏、秋 3 季各月均早 2～3 h，与我国其他城市存在较大差异。

　　(2)乌鲁木齐市主城区最高气温出现率的日分布曲线以“双峰”型为主，夏季和冬季各 月的最高气温各时次出现率的时间分布较为集中，春季和秋季相对分散。最低气温出现率的 日分布曲线在春、夏、秋 3 季均呈“单峰”型，冬季的峰值特征不明显;日最低气温最大出 现率的时次在 1 月和 12 月均为 20:00，与受太阳辐射日变化影响下的一般规律存在差异。

　　(3)乌鲁木齐市主城区 1 h 正(负)变温峰值时间出现在 09:00—12:00(18:00—22:00)， 最大正(负)变温幅度为 1.2～1.9 ℃(0.9～1.2 ℃之间);3 h 和 6 h 变温特征与 1 h 相似。 正负变温存在不对称性，负变温过程比正变温过程略平缓一些，平均最大变温主要发生在 1 h 以内。

　　(4)乌鲁木齐市主城区 1 h 最大正(负)变温最大概率时间主要分布在 10:00—12:00 (19:00—23:00);夏季 1 h 最大正变温峰值时刻出现率的数值最高，秋季 1 h 最大负变温峰 值时刻出现率的数值最高，冬季 1 h 最大正(负)变温峰值时刻出现率的数值均最低。乌鲁 木齐市主城区 1 h 最大负变温出现率的日分布曲线比 1 h 最大正变温出现率的日分布曲线的离散度大;1 h 最大负变温出现时间的最大概率也明显小于 1 h 最大正变温。

　　参考文献(References)

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　　[3]丁文魁, 杨晓玲, 汪作成, 等.河西走廊东部低温时间变化特征[J]. 干旱区地理, 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]宇如聪, 李建, 陈昊明, 等. 中国大陆降水日变化研究进展[J]. 气象学报, 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：杨霞1，赵逸舟 2，蔡梅 3，张超 1

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