青海湟源地区草面温度变化特征分析

引言
根据业务需要，2014年1月草面温度作为新增常规地面气象观测要素，纳入湟源气象站的观测范围。

草面温度观测是探测近地层植被表面温度，较地面温度(裸露地面)、气温更能代表近地表层温度的自然状况。

草面温度的观测区域位于裸地地面温度观测区西侧，草地面积约为1m2。

传感器安装在距地6cm高度处，并与地面大致平行。

当草株高度超过10cm时，应修剪草层高度[1]。

邓天宏等[2]对草面温度、0cm地面温度、气温间变化规律进行了分析；王秀琴等[3]研究了不同积雪深度下地面温度与草面温度的相关；李风云等[4]对比了地面温度与雪面温度的变化；很多学者[5-8]研究了草面温度的变化特征等。

湟源县气象站位于湟源县城关镇河拉台，海拔高度2675.0m，由于缺乏历史资料，关于湟源地区草面温度的变化特征以及与地面温度、气温、不同积雪深度等气象要素的相关性研究尚未见到。

通过2014—2016年的草面温度资料，分析草面温度的变化特征及其与气温、地面温度之间的关系，对不同积雪深度下草面温度与地面温度、气温的变化及差值进行分析，其结果对于及时掌握草面温度的变化规律，为本地农作物种植提供参考，对调整农业结构、合理安排播种期预测作物生长发育、科学防灾减灾等农业生产管理实践活动提供可靠的理论依据。

1资料与方法
1.1资料来源
分析资料来源于青海省气象信息中心。

选取湟源县气象站2014年1月—2016年12月逐日草面温度和相应的0cm地面温度、气温等资料。

选取近2014—2016年58d积雪日作为样本分析不同积雪深度对草面温度的影响等。

1.2方法
运用气候统计诊断方法[9]分析草面温度的变化特征、草面温度与气温、地面温度的关系等；采用变
青海湟源地区草面温度变化特征分析
马汝忠1
(青海省西宁市气象局,西宁810001)
摘要:利用湟源县气象站2014年1月—2016年12月草面温度观测资料,运用气候统计诊断方法对湟源地区草面温度的变化特征、草面温度与气温、地面温度的关系等进行了分析,结果表明:草面温度呈一高一低的日变化特征,草面温度日最低出现在6时,14、15时达到日最高值,说明太阳辐射是影响草面温度日变化的主要因素。

月平均最低值出现在1月,为-7.8℃,月平均最高值为18.5℃,出现在7月。

最大变温出现在11月和3月,其主要原因是由于11月至次年3月冷空气活动频繁;季节变化表现为夏季>春季>秋季>冬季的气候特征。

湟源地区草面温度与气温、地面温度呈极显著的正相关关系,通过了0.01的显著性检验水平。

各层积雪深度下草面温度与气温、地温均呈正相关,差值的大小与天空状况有关,说明天空状况的变化,也是造成两者差值大小的原因之一。

当地面被积雪覆盖时,各层均表现为地面温度>草面温度>气温的特征,且积雪深度越厚,草面温度、气温和地面温度越高。

关键词:变化特征;积雪深度;草面温度;湟源
1.作者简介：马汝忠（1968.9—），男，青海西宁人，大学本科，助理工程师，现从事气象业务管理，E-mail：736481146@
温[当前时次（月）草面温度变温=当前时次（月）草面温度平均值-上一时次（月）草面温度平均值)]，描述草面温度的小时（月）变化幅度；采用差值法对草面温度与地面温度的变化规律进行分析。

为系统分析湟源气象站草面温度的变化特征，以及草面温度与气温、地面温度的关系，3—5月为春季，6—8月为夏季，9—11月为秋季、12月—次年2月为冬季生成逐季序列，对湟源县草面温度进行分析和研究，以揭示其变化特征，期待为指导农业生产提供参考依据。

2草面温度的变化特征2.1草面温度的日变化
图1为湟源地区草面温度的日变化曲线。

由图可见，草面温度呈一高一低的日变化特征，草面温度日最低为-3.2℃，出现在6时，14、15时达到日最高，为20.7℃，说明太阳辐射是影响草面温度日变化的主要因素。

从总体上看（表略）
，日最大变温为6.1℃，分别出现在10时；7—15时草面温度呈升高趋势，原因之一是因为日出后总辐射迅速增加，草层因总辐射吸收的热量大于草面水汽蒸发与草面有效辐射所支出的热量，使草面温度剧烈升温，其二是太阳辐射直接照射在草面温度传感器上，使草面温度随着辐射量的改变而变化；日最高值出现在14、15时，最低值出现在6时，16时至次日6时草面温度呈下降趋势，23—6时降幅最为缓慢，其主要原因是日落后总辐射均为零，由于日出前草面水汽凝结所收入的热量与草面有效辐射所支出的热量达到了平衡状态，使草面温度变化平缓，其结果与青海省草面温度的变化趋势完全一致[10]。

图2为湟源地区月平均草面温度变化曲线。

由图1可见，月平均草面温度呈正弦波曲线，月平均最低值出现在1月，为-7.8℃，月平均最高值为18.5℃，出现在7月。

从总体上看(图略)，月平均绝对变温为4.3℃；最大变温为7.4℃，出现在11月，最大变温秋季和春季最大；2—7月各月草面温度呈升高趋势，8月绝对变温仅为0.7℃，为全年最小；8月至次年1月各月草面温度呈下降趋势，9—11月降幅最明显。

最大变温出现在11月和3月，是由于11月至次年3月冷空气活动频繁，出现降雪天气过程时积雪覆盖时间较长，是草面温度显著下降的主要原因。

年极端最高值出现在7—8月，年极端最低值出现在12—2月。

2.2草面温度的季节变化
图3为不同季节草面温度的日变化曲线，由图可以看出，近3年春、夏、秋、冬季草面温度分别为8.5℃、17.6℃、6.8℃和-5.9℃，表现为夏季＞春季＞秋季＞冬季的气候特征，春季由于太阳辐射量增幅明显，地面接受的热量也迅速增加，所以下垫面迅速增温，近地层温度开始回升，草面温度与冬季相比上升最快，增幅为14.4℃，冬季下降最明显，比秋季
减
图1湟源地区草面温度日变化图2湟源地区月平均草面温度变化
图3湟源地区不同季节草面温度的日变化
幅12.7℃；夏季太阳辐射量最多，平均草面温度为17.6℃，说明下垫面状况不同，对草面温度的影响也不同；秋、冬季由于日照时间明显缩短，冷空气活动趋于频繁，草面枯黄稀疏，土壤湿度减小，下垫面状况的改变使草面温度接近于地面温度。

与春、夏季相比，各时草面温度均明显偏低，以上分析说明草面温度的季节变化特征主要与太阳高度角的高低、日照时间长短以及下垫面状况关系密切。

3气象要素对草面温度的影响3.1
气温对草面温度的影响
利用湟源站资料对草面温度与气温的日平均资料进行一元线性回归分析。

由图4可见，日平均草面温度与日平均气温的相关系数为0.9908（P ＜0.01），通过了极显著性水平检验，日平均草面温度与日平均气温之间这种显著的正相关关系说明了气温
越
图4草面温度与气温（a ）、地面温度（b ）的关系
高，草面温度也越高；年平均草面温度为6.7℃，高于年平均气温1.7℃；从季节分布看，湟源地区春、夏、秋季草面温度比气温高，夏季偏幅最大，为3.0℃，秋季偏高1.4℃，冬季气温略高于草面温度0.1℃。

从月变化看(表1)，除1、12月外，月平均草面温度均比月平均气温高，有6个月偏高2.0℃以上，7月偏高幅度最大，为3.3℃，11月仅偏高0.5℃，1月、
l2月平均草面温度虽低于月平均气温，但仅偏低0.4～0.5℃；从极端温度看，草面温度的极端值振幅比气温大，年平均最高草面温度比气温高12.4℃，而年平均最低草面温度比年平均最低气温低3.6℃。

两者之间的极值差异主要是由于两种传感器自身的放置状况不同，气温传感器放置在离地面1.5m 高度处的白色百叶箱内，百叶箱可以防止太阳对仪器的直
表1草面温度与气温、地面温度的差值（℃）
月份123456789101112气温-0.50.8 1.7 2.5 2.6 2.9 3.3 2.9 2.3 1.40.5-0.4地温
-1.2
-1.8
-1.6
-1.9
-2.4
-2.2
-1.1
-1.1
-0.6
-0.9
-1.0
-1.0
接辐射和地面对仪器的反射辐射，保护仪器免受强风、雨、雪等的影响，因此温度变化要小于草面温度的变化。

也说明气温的高低可以作为判断草面温度是否正确的依据。

3.2地面温度对草面温度的影响
对草面温度与地面温度的日平均资料进行一元线性回归分析（图4b ）表明：湟源地区草面温度与地面温度的相关系数达到0.9915（P ＜0.01），通过了极
显著性水平检验，表明二者之间呈非常显著的正相关，同时说明草面温度和地面温度日变化趋势完全一致。

从年变化看，地面温度高于草面温度，年平均约高1.4℃；从季节分布看，春、夏、秋、冬四季地面温度均高于草面温度，偏高幅度在0.8～2.0℃之间，春季偏高幅度最大，秋季最小；从月平均变化看（表1），草面温度全部低于地面温度，5月差值最大，为2.4℃，9月仅相差0.6℃，表明春、夏、冬季地面温度
比草面温度变化明显，秋高气爽的秋季地面温度变化相对较弱；从极端温度和振幅看，地面温度的年平均最高值为50.1℃，草面温度年平均最高为44.8℃，均出现在7月；年平均地面最低温度为-20.8℃，比草面温度年平均最低值-25.7℃偏高4.9℃；草面温度的年平均极端值振幅比地表温度振幅偏小，表明增加植被覆盖度可以使地表温度变化趋于缓和，使极端最低草面温度下降；
其次，地面温度和草面温度的极值差异还与两种传感器自身的放置状况不同有关，地面温度传感器裸露在土壤表面，温度变化较大，草面温度传感器放置于雪面面上或草层中，温度变化较小，说明草面温度受太阳直接辐射和地面长波辐射的影响要大于地面温度，同时也说明草面温
度传感器直接暴露于大气当中，能更好的反应出近地表层温度的变化状况。

3.3不同积雪深度对草面温度的影响
根据《规范》规定，当气象地区四周视野地面被雪覆盖超过一半时，
即达到积雪[1]标准。

选取降雪天气时或降雪停止后地面有积雪的58d 作为分析样本（见图5），因湟源地区积雪出现的时间在春、秋、冬三季，所以平均值偏低，通过对积雪日气温、地面温度和草面温度比较发现，
地面温度日平均振幅最小，是由于积雪层阻碍了土壤与空气的热量交换，使得地面温度变化幅度较小，而气温和草面温度分别为1.5m 和6cm 以下的气温，日平均振幅受下垫面的影响相对较小。

图5有积雪时草面温度与地面温度变化曲线
要素0~1cm 2~5cm 6~10cm ≥11cm 地温-1.549-2.055-0.252-1.408气温
1.401
1.214
0.715
0.931
统计58个样本资料得出地面有积雪时草面温度与地面温度、
气温的差值(表2)。

可以看出，当积雪深度为0~1cm 时，草面温度与地面温度差值较大，积雪深度达到2~5cm 时，两者差值最大，说明积雪深度在5cm 以下时，积雪越厚，隔热效果越好，对地面的保护作用也越强；积雪深度达到6~10cm 时，草面温度与地面温度差值很小，当积雪深度≥11cm 时，两者的差值与0~1cm 时接近，是由于地面温度传感器上部被积雪覆盖时，下部不断得到土壤深层向上输
送的热量，地面温度保持相对平稳，积雪深度在5cm 以下时，积雪不能及时传来土壤深层的热量来弥补雪面的辐射失热，使草面温度明显低于地面温度。

当积雪深度达到6cm 时，地面温度传感器和草面温度传感器均被积雪覆盖，两者的保温效果基本一致，草面温度与地面温度的差值也会达到最小。

当积雪深度达到某些临界点后，地温受少数几个或几乎不受外界因素的影响。

草面温度与气温的差值除积雪深度≥11cm 外，其它各层草面温度均大于气温，积雪
表2不同积雪深度时草面温度与气温、地温的差值（℃）
表3不同积雪深度时气温、地温、草面温度的变化（℃）
厚度越深，差值越小，说明积雪深度对草面温度的影响要大于气温。

其次，
差值的大小与天空状况有关，说明天空状况的变化，也是造成两者差值大小的原因之一。

由表3可见，当地面被积雪覆盖时，各层均表现为地面温度＞草面温度＞气温的特征，
且积雪深度越厚，草面温度、气温和地面温度越高，说明积雪深度对温度的保温作用越明显。

由表3还可以看出，不同积雪深度下，草面温度与气温、
地面温度的变化趋势一致。

积雪深度为0~1cm 、2~5cm 、6~10cm 、≥11cm 时，地面温度与草面温度之间均为正相关关系，相关系数分别为0.964、0.831、0.607和0.944，其中积雪深度为0~1cm 时相关性最好，6~10cm 时相关性最差，这主要与草面温度传感器安装在6cm 高度，地面温度为传感器一半埋入土中，
一半露出地面测得的温度，传感器被积雪覆盖时仍按正常观测有关；只要地面温度传感器被积雪覆盖时即受到保温作用，
但草面温度传感器在积雪深度达到6cm 时才能起到保温作用，其保
温效果远远赶不上地面温度传感器，
因此两者的相关性较差。

草面温度与气温的相关系数为0.754～0.921，≥11cm 时最好，6~10cm 时相关性最差。

4结论
①湟源地区草面温度呈一高一低的日变化特征，日最低出现在6时，14、15时达到一日最高，说明太阳辐射是影响草面温度日变化的主要因素。

月平均草面温度呈正弦波曲线变化，月平均最低值出现在1月，为-7.8℃，月平均最高值为18.5℃，出现在7月。

最大变温出现在11月和3月，其主要原因是由于11月至次年3月冷空气活动频繁；季节变化表现为夏季＞春季＞秋季＞冬季的气候特征。

②日平均草面温度与日平均气温的相关系数为0.9908（P ＜0.01），通过了极显著性水平检验，说明了气温越高，草面温度就越高；草面温度与地面温度温度的相关系数达到0.9915（P ＜0.01）通过了极显著性水平检验，表明二者之间呈非常显著的正相关。

③积雪深度为0~1cm 、2~5cm 、6~10cm 、≥11cm 时，地面温度与草面温度之间均为正相关关系，其中积雪深度为0~1cm 时相关性最好，6~10cm 时相关性最差，这主要与草面温度传感器安装在6cm 高度有
关。

除积雪深度≥11cm 外，其它各层草面温度均大于气温，积雪厚度越深，差值越小，说明积雪深度对草面温度的影响要大于气温。

其次，差值的大小与天空状况有关，说明天空状况的变化，也是造成二者差值大小的原因之一。

当地面被积雪覆盖时，各层均表现为地面温度＞草面温度＞气温的特征，且积雪深度越厚，草面温度、气温和地面温度越高。

参考文献院
[1]中国气象局.地面气象观测规范[M].气象出版社,2003.
[2]邓天宏,王国安,焦建丽,等.草面温度、0cm 地面温度、
气温间变化规律分析[J].气象与环境科学,2009,32(4):7—50.
[3]王秀琴,卢新玉,王金凤.不同积雪深度下地面温度与草面温度的相关[J].气象科技,2013,41(6):1068—1072.
[4]李风云,王玉山,吴泽新,等.地面温度与雪面温度对比[J].气象科技,2010,38(1):71—74.
[5]李静锋,赵艳玲,高筱英,等.城市草面温度变化规律的初步分析[J].广西农学报,2010,25(2):24—28.
[6]周晓香,黄少平,刘冬梅.江西省草面温度变化特征及与气象因子的相关关系[J].江西科学,2009,27(4):517—521.
[7]程爱珍,何秋香,黄理,等.气象要素对草面温度的影响分析及其质量控制方法[J].气象研究与应用,2009,30(1):70—72.
[8]张翠华,车少静,卞韬.石家庄草面温度变化特征[J].干旱气象,2011,29(1):17—22.
[9]魏风英.现代气候统计诊断预测技术[M].气象出版社,1999.[10]马汝忠,张焕平,马小萍,等.草面温度的变化特征及影响因素分析[J].青海环境,2017（2）:57—61.
要素
积雪深度
（cm ）0~12~56~10≥11温度（℃）
气温
-3.4-3.10.4 1.8地温-0.50.2 1.4 4.2草温
-2.0
-1.8
1.1
2.8。