基于不同雪深的地面温度_雪_草_面温度与气温的关系

基于不同雪深的地面温度_雪_草_面温度与气温的关系 基于不同雪深的地面温度、雪(草)面 温度与气温的关系 12344 王秀琴 ，马玲霞 ，卢新玉 ，孙智娟 ，王艳 ,1.昌吉州气象局,新疆 昌吉 831100,2.塔城地区气象局,新疆 塔城 834700, 3.新疆师范大学地理与旅游学院,新疆 乌鲁木齐 830054,4.富蕴县气象局,新疆 富蕴 83610,0 摘 要,以新疆塔城基准站自动气象站 2006年 11 月—2010 年 3 月积雪深度0 cm 的? 451 d 为样本,对 0 cm 地面温度、雪面,草面,温度、气温及云量、日照时数、雪深进行统计分 析,找出不同积雪深度下地面温度 、雪,草,面温度与气温的关系 ,结果显示 ,雪,草,面温度 在积雪期 ,变化趋势与气温一致 ,受云量及日照时数影响明显 ,平均雪温低于 平 均 气 温 ,地 温随雪深变化有 20 cm 和 50 cm 两个分界点,雪深20 cm 时,地温受雪深、气温影响较大, ? 变化趋势与气温基本一致,地温高于气温,雪层较薄时,受云量和日照影响较明显 。雪深超 过 20 cm 时,地温变化仅受长时间温度变化影响 ,地温变幅趋向定值 ,且不低于 -5 ?,雪 深 超过 50 cm 时,地温趋于定值,-1 ?,。 关键词,雪深,地面温度,雪,草,面温度,气温 中图分类号,S162.54文章编号,1002079-,92012,0064-04文献标识码,B04- 地温对农作物的正常生长发育有十分重要的作工观测的地面温度反推历史时期地界面温度的波用，对种子发芽、出苗的影响无疑比气温直接得多， 动情况，在作物的关键期起到指导作用。已有文献 故一般采用地温作为播种指标;地温不但影响农作 中，多人工站冬季非稳定积雪地区的地面温度 物对水分、养分的吸收，还影响农作物光合作用的进 与雪面温度的关系，指出积雪深度对地温影响最大，行;同时对植物的块茎、块根的形成，病虫害的发生、 [18]- 云量和日照时数对雪面温度影响较大 ，但没有对发展，土壤微生物的活动都有不同程度的影响。地 转入自动观测后不同积雪深度下地面温度、雪(草) 温的变化除了受到天气、气温、光照以及本身土质等 面温度与气温的相互关系进行分析。本文重点阐述 的影响外，地面状况(包括植被及积雪等)也是影响 了冬季稳定积雪地区不同积雪深度对地温的影响及 地温变化的重要因素。本文主要通过对冬季不同雪 积雪深度有较大变化时地面温度、雪面(草面)温度 深下地温及雪面温度变化情况的分析，找出地温变 与气温的关系。为本地农作物种植提供借鉴，对调 化的规律和特征，从而更好地为农牧业生产服务。 整农业结构、合理安排播期、预测作物生长发育和科 新疆北部地区每年积雪期最长可达 5 个月 (从 学防灾减灾等农业生产管理实践活动提供理论指 10 月下旬到次年 3 月)之久，因积雪是热的不良导 导。 体(即热绝缘体)，冬季积雪覆盖能提高地温增加土 壤水分，保护越冬作物安全越冬，研究雪面下地温的 变化情况对农业生产、特别是春耕春种有十分重要 1 数据来源与选取 的意义。 自动观测系统投入使用后，测温仪器均采用铂 利用丰富的资料，结合各要素之间的定量关系， 电阻温度传感器。随之地面温度的观测方法也有了 可以在一定范围内进行地面温度预测，还可利用人 很大不同，原地温观测为人工观测，即:无积雪时，将 地面 3 支温度表(0 cm温度表 、地面最高温度表、地 面最低温度表)水平放在地面上，感应部分及表身一 收稿日期:2011-04-20 半埋入土中;有积雪时，将地温表水平放在雪面上， 作者简介:王秀琴(1981-)，女，工程师，现从事地面测报业务管理。 度变幅随积雪深度的增加逐渐减小，雪深超过20 不同观测方法测得的地面温度所代表的意义并不相 同。本文选用新疆塔城地区塔城基准站 (自动站部 cm 时，变幅趋向定值，雪深超过50 cm，地温变幅迅 分)2006 年 11 月—2010 年 3 月，积雪深度?0 cm 速变小，趋于 0，说明随雪深的增厚，雪的保温效果 (共 451 )d时，所对应的 0 cm 地面温度、雪面(草面) 越来越显著，且达到某个临界点后，地温只受少数几 温度、气温等不同温度序列及云量、日照时数、雪深 个或几乎不受外界因素的影响。 作为统计分析资料。 3.2 不同积雪深度下地温与气温、雪(草)温与气温 其中雪面(草面)温度的观测区域位于地温场的 的关系 2西侧，面积约 1 m，传感器的安装大致与地面平行且 由图 2 可以看出，积雪深度为0 ~5 cm时 ，地温 高于地面 6 cm。在冬季，当积雪低于6 cm 时，则进 与气温变化拟合率较高，地温与气温相差不大，雪深 行草温观测，当积雪超过6 cm 时，将传感器置于原 超过 20 cm时，地温在 -3 ?以内变化的天数为134 来位置的雪面上，进行雪面温度观测。各数据的采 d，占此类样本数量 174 d 的 77%，且其中有 15d 是 [9]集严格按《地面观测》及精度进行。 前期地温低至-6.2 ?，一日间积雪由2 cm 突增至 31 cm，致使地温持续偏低。从统计的0~20 cm的 2 研究方法277 个样本资料看，只有积雪为 0~1 cm时 ，偶有地 温<气温，其它均表现为地温>气温，就此状况而言， 将积雪深度分成 10 级，分别计算不同深度下地 面温度、雪(草)面温度及气温的变幅(在给定条件 主要是由于土壤潜热和积雪绝热作用的共同结果， 下，最高值与最低值的差)。找出影响地温变化的两 且随雪深的增厚，雪的保温效果越显著。个分界点为:雪深 20 cm 和 50 cm，然后分两部分进 行分析，一部分分析雪深20 cm 以下时，地面温度 与气温的关系，一部分分析雪(草)面温度与气温的 关系。 3 结果与分析 3.1 不同积雪深度下地面温度、雪(草)面温度及气 温变幅的关系 不同积雪深度下，地面温度、雪(草)面温度与气 图 2 雪深与地温及气温的关系 温的变幅关系见图 1，当积雪深度为 0~5 cm时 ，地 面温度、雪(草)面温度与气温差值很小，随着积雪深 度的加大，地面温度与雪面温度在相同的气温条件 地温低值多为气温持续较低，导致地面以上积下表现出不同的变化趋势。 雪自身温度下降，由于雪的热传导慢，地温降低与升 高滞后于气温，雪深越深，滞后越明显。雪深超过50 cm 以上时，地面温度已基本趋于定值(-1 ?)，气温 与雪深变化对地温的作用已经很小，在绝缘积雪和 土壤潜热的共同作用下，地表界面之间温度维持在 冰点附近。 对雪(草)面温度而言0，~5 cm雪深时 ，偶有雪 (草) 温>气温，主要是因为当时测得的温度为0 ~5 cm 处的空气温度，而非真正的雪(草)面温度(图 3);其它各样本均表现为雪(草)温低于气温，分析原 图 1 不同积雪深度下,地面温度、雪,草,面温度 因主要为积雪对太阳辐射的反射作用强，平均反射 与气温的变幅 率 60%;而且又是良好的长波辐射体，其相对辐射 不同日照时数时地面温度,20cm 以下雪深,、表 2 雪,草,面温度与气温的比值 率为 99.5%，使得雪面的辐射差额常为负值;加上雪 的导热率很小，不能及时地从较深的土壤中传来热 雪深 云量 0~2 cm 3~5 cm 6~10 cm 11~15 cm 16~20 cm 大于 20 cm 量，补偿雪面的辐射失热，造成雪面温度比气温低。 0~3.9 0.769 0.690 0.541 0.585 0.397 地面温 4-6.9 1.012 0.638 0.474 0.378 0.268 度/气温 7 及以上 0.866 0.570 0.485 0.482 0.347 0~3.9 1.029 1.087 0.971 1.196 1.117 1.059 雪(草)面 4-6.9 1.159 1.215 1.156 1.244 1.348 1.187 温度/气温 7 及以上 1.186 0.722 0.869 1.207 1.413 1.936 律的变化。 对地面温度而言，积雪较薄时，随着云量的增 多，地面温度变化幅度较气温大，比值拉大，说明云 量越少，地面因有积雪不能受太阳直接辐射，同时又 图 3 雪深与雪,草,温及气温的关系 因雪面的辐射而失热，抵消了一部分积雪的保温，比 值约为 1，随着积雪深度的增加，这种作用越来越不 3.3 不同天气状况下气温对地温及雪(草)面温度 明显，地面温度变化主要取决于积雪深度和气温的 变化。 的影响 影响气温的主要因子有:纬度、天气状况、季 由表 2 可以看出，日照越多，说明云量越少或大 节、 气透明度较好，雪面的反射辐射越强，失热越多，比 地形地势、海拔及下垫面等。本文着重分析不同积 值越大，且不随雪深增加的影响。同样，对地面温度 雪深度下地温、雪(草)温与气温的关系。相对而言， 来说，日照时数只对较浅层积雪下的地温有影响，变 气温的变化主要与天气状况有关，我们从云量和日 化趋势与无云或少云时的趋势一致。 照时数入手，用计算比值的方法分析雪(草)面温度 综合分析，雪(草)温及雪深不足20 cm 时的地 20 cm以 下时地温与气温的关 与气温的关系及雪深 温与气温的变化趋势一致。雪(草)面温度及0~5 cm 系。 地温与气温关系受云量及日照影响明显。 根据云量和日照时数观测资料的基本特征，将 云量和日照时数均分三个不同量别，分别讨论各量 别在各层积雪深度下地面温度、雪(草)面温度与气 4 结论 温的比值(表 1、表 2)。 (1)雪(草)面温度在积雪期，变化趋势与气温一 表 1 不同云量时地面温度,20cm 以下雪深,、 致，由于雪面的反射辐射作用，平均雪温低于平均气 雪,草,面温度与气温的比值 温，但差值均在2 ?左右。 雪深 云量 (2) 地温受雪深变化影响明显，存在 20 cm和 0~2 m c3~5 m c6~10m c11~1m5 c16~20 cm 大于 20 cm 0~1.9 0.957 0.629 0.523 0.410 0.346 50 cm 两个分界点:雪深?20 cm，地温的变化受雪 地面温2~8 0.875 0.655 0.454 0.429 0.269 深、气温变化的影响较大;雪深超过20 cm，地温 度/气温 8.1~10 0.698 0.547 0.591 0.789 0.433 的变幅趋向定值，仅受长时间温度变化的影响，且 0~1.9 1.065 1.104 1.161 1.361 1.387 1.212 不超过-5 ?;而 50 cm 以上雪深时，地温趋于定值 雪(草)面2~8 0.979 1.200 1.138 1.234 1.483 1.174 温度/气温 (-1 ?)，充分说明随雪深的增厚，雪的保温效果越 8.1~10 0.888 0.792 1.023 1.079 1.108 1.030 显著，且达到某一临界点后，几乎不再受外界因素的 影响。 (3)雪深?20c m 时，地温变化趋势与气温基本 由表 1 可以看出，当无云或是少云时，由于雪面 一致，且受云量和日照时数变化的影响较明显，由于 的反射辐射，雪(草)面温度低于气温，比值均大于 1，随着云量的增多，削弱了太阳对雪面的直接辐射， 积雪的保温作用，地温总是高于气温。 [6] 张敏，张荣霞，王新燕.聊城市地面温度与气温的相关分 越少，这也是实际应用中应该注意的地方。析[J],山东气象，2005，25(4):19-20. 参考文献,孙军杰，于溪滨，郭松林,等.不同积雪深度对地面温度的 [7] 增温效应[J],中国农业气象，1995，16(6):49-50. 娄德君，李凤云，王玉山，吴泽群,等,地面温度与雪面温度对比[J], [1] 气象科技，2010，38(1):71-74. 段永红，李本纲，陶澍.李治民，孙卫国.夏季不同下垫面气象要素的对 比分析[8] 冬小麦田午时冠层温度与气温和 地温的关系[J],应用气[J],气象科技，2006，34(2):166-169. 地面气象观测规范[2] 象学报，2003，14(3):356-361. 贾金明，朱腾冉，王惠芳[S],中国气象局，2003:85-89. 等.濮阳市 0 cm 地温变化特征及 成因分析[J],气象科技，[9] [3] 2009，37(3):330-335. The Relationship BetweenAir Temperature and Ground, Snowor Grass Temperature underthe Conditionsof Different SnowDepth 12344WANG Xiu-qin，MA Ling-xia，LU Xin-yu，SUN Zhi-juan，WANG Yan (1.Changji Meteorological Burea，Changuji 831100，China;2.Tacheng Meteorological Burea， uTacheng 83470，China0;3.Xinjiang NormUniveral sity，Urumqi 830054，China;4.FuyunM eteorological Bureau，Fuyun 83610，Chin0a) Abstract:Taking samples of 451 days when snow depth is greater than or equal to 0 cm from November2006 to March2010 at the automatic weather stationsin Tacheng, ground temperature, snowor grass surface temperature, 0 cm surface temperature, cloudiness, sunshineand tim snow e depth were analyzed. Th e results show follow:as the snow or grass surface temperature was consistentwith air temperature, and it was influenced obviously by cloudiness and sunshineti me, and the average snow surface temperature lower was than the average air temperature in snow season; there are two distinctions when ground temperaturewith varied snow depth: 20 cm and 50 cm; when snow depth was less than or equal to 20 cm, the ground temperature was reatly g influenced by snow depth andair temperature, andits change trend was mainly consistentwith air temperature,and the ground temperature was higher than air temperature; when snowthinner, was the ground temperature was influenced obviouslyby cloudiness and sunshine; when snow depth was more than20 cm but less than50 cm, the ground temperature onlywas influenced by the long time air temperature change, therefore, the ground temperature varying ranges tendedto a fixed value, and it wasno less than 5 ?; whenthe snow depth was more 50than cm ，the ground temperature - tended to the fixed valu(e1?). - Key words:snow depth;ground temperatur;snoweor grass surface temperatur;air teemperature