地面温度与雪面温度对比

地面温度与雪面温度对比 地面温度不雪面温度对比 李凤于王玉山吴泽新刘春红 ()山东省德州市气象局 ,德州 253009 () () ( ) 摘要 通过平行观测 ,对德州市气象局所辖的陵县 2003～2004 年、武城 2004～2005 年、德州 2006～2007 年3 (ββ站冬季有积雪时 ,人工站不自劢站的地面温度观测资料进行统计分析 ,得出有积雪状况下的值 = 自劢观测地面 温 ) 度/ 人工观测雪面温度。自劢观测的地面温度更能代表实际地面状况 ,这种对比兲系可为使用地表温度的水文 β及农业部门提供一个更加准确的地面温度使用,以掌握地面温度的变化觃律 ,为地能 、地热 、地水的预测不判 断提供准确数据 。 关键词 雪面温度 地面温度 人工观测 自劢站 对比值分析 ( ) ) 度/ 人工观测地面温度 或雪面温度问进行探 引言 讨 。 随着科技的发展 ,自劢观测系统进入了气象观 1 资料来源与选取 测领域 ,大大提高了测报工作效率和观测数据的准 由于自劢观测系统开始投入各站使用是分批进确性 ,为气象预报和气象服务提供了更加及时 、完整 的气象资料 。为了了解取得资料的差异《, 地面气象 行的 ,所以对比观测时间也有所不同 。本文利用山 () 观测觃范》以下简称《觃范》觃定 :各观测站均对人 东省陵县 2003～2004 年 、武城 2004～2005 年 、德州 )( 工观测和自劢观测两种进行为期两年的平行观 2006～2007 年积雪深度大于等于 0 cm 共 70 天测 。 时 ,所对应日期内的人工观测资料中地面 0 cm 温度 人工观测是用人的眼睛去察看各种气象要素值 日平均值 、日地面最高温度 、日地面最低温度 、积雪 的方法 ,对不同状态下仪器的操作方法也有一些明 深度 、总于量平均值 、日照时数 ,以及对应时间内自 确的觃定 。就地面温度观测而言 ,无积雪时 ,是将地 劢站观测资料中的地面温度 0 c m 日平均值 、日地面 ( (面 3 支温度表 0 c m 温度表 、地面最高温度表 、地面 最高温度 、日地面最低温度 因积雪深度 、于 、日照时 ) ) 最低温度表水平放在地面上 ,感应部分及表身一半 数尚未 实 行 自 劢 观 测作 为 统 计 资 料 。选 取 德 州 ( 在地面上 ,一半在土中 ,观测得到的是地面温度 。而 2007 年 6～11 月人工站不自劢站地温资料 含地面有积雪时 ,是将地温表水平放在雪面上 ,感应部分及 0 c m 温度日平均值 、日地面最高温度 、日地面最低 ) β表身一半在雪面上 ,一半在雪中 ,观测得到的是雪面 温度,作为无积雪时求算对比值的统计资料 。 温度 ,而不是实际地面温度 。 2 无积雪条件下观测资料对比分析 自劢观测地面温度 ,也是将地温传感器一半埋 对德州 2007 年 6～11 月地温资料进行统计 ,得入土中一半在地面上 。地面有积雪时 ,地面温度传 β感器的位置不变 。这样两种不同的观测方法所得数 出无积 雪 时 自 劢 观 测 不 人 工 观 测 资 料 对 比 值 () 据就会产生差异 。表 1。由表 1 可以看出 ,无积雪时 ,人工站和自劢 [ 1～5 ] 在已有的文献中,没有对转入自劢观测后 , 站虽然观测仪器不同 ,且存在观测时间上的差异 ,但 β冬季有积雪时地面温度发生了怎样变化方面的报 对比值?1 ,所以使用地温资料的部门 , 原来的方 β(β道 。本文就如何得到对比值= 自劢观测地面温 法仍可以继续使用 。 作者简介 : 李凤于 ,女 ,1963 年生 ,工程师 ,主要从事大气探测技术研究工作 , Email :lif engyun1963 @163 . co m 收稿日期 : 2008 年 12 月 18 日 ;定稿日期 :2009 年 4 月 20 日 β及其对比值 图 1 给出有积雪时人工站观测的雪面温度和自 地面 0 cm 地面最高 地面最低 劢站观测的地面温度曲线 。 温度温度温度 对 70 个样本资料统计得出有积雪时雪面温度 自劢观测地面温度合计/ ? 4148 . 1 6691 . 0 2799 . 0 β() 不地面温度对比值表 2。 人工观测地面温度合计/ ? 4106 . 1 6588 . 2 2762 . 1 从图 1 和表 2 可以看出 ,由于积雪层相当于土β( 自劢观测地面温度/ 人工1 . 010 1 . 016 1 . 013 壤不空气的一个绝热垫 ,阻碍了土壤不空气的热量 )观测地面温度 () () () ( ) () 图 1 雪面温度 人工不地面温度 自劢曲线 : a最高温度 , b最低温度 , c0 cm 平均温度 表 2 有积雪时自动观测地面温度与人工观测雪面 () 大于地面 图 1a 、b。就平均状况而言 ,由于积雪对 β 温度及其对比值 () 太阳辐射的反作用很强 平均反射率 60 %,而且又 ( ) 地面 0 cm 地面最高 地面最低 是良好的长波辐射体 其相对辐射率为99 . 5 %,所 温度/ ?温度/ ?温度 以雪面的辐射差额常为负值 ,加上雪的导热率很小 , - 131 . 9 174 . 1 - 297 . 8 自劢观测地面温度合计/ ? 不能及时地从较深的土壤中传来热量 ,补偿雪面的 人工观测雪面温度合计/ ? - 340 . 8 280 . 3 - 733 . 4 辐射失热 ,使雪面温度比其覆盖下的土壤表面的温 [ 6 ] () 度低图 1c。由于积雪对地面温度影响很大 ,长 β( 自劢观测地面温度/ 0 . 387 0 . 621 0 . 406 ) 人工观测雪面温度期使用地温资料的部门 ,使用资料时应特别注意 。 于量 、日照时数 、积雪深度对雪 面 温度 影响 较 大 。 ( ) ( ) ( ) 交换 , 使得雪面温度变化幅度明显大于地面温度变根据于量 N 、日照时数 S 、积雪深度 h分别 (β) 化幅度 , 即白天升温幅度和夜间降温幅度均是雪面对 70 个样本资料进行统计得出对比值表 3～5。 第 1 期 李凤于等 :地面温度不雪面温度对比 73 表 3 不同云量( N) 的地面温度与雪面温度对比值 N > 9 分类 分类 5 . 0 < N ?9 . 0 分类 N ?5 . 0 20 15 35 n/ 天 n/ 天 n/ 天 1 2 3 βββ= t′/ t0 . 392 = t′/ t0 . 335 = t′/ t0 . 396 0 0 00 0 00 0 0 βββ= t′/ t= t′/ t = t′/ t 0 . 728 0 . 876 0 . 459 g ggg ggg gg βββ0 . 489 0 . 396 0 . 386 = t′/ t= t′/ t = t′/ t d ddd ddd dd 注 : N 单位为成 , n表示日数 ; t、t′分别表示雪面 0 cm 温度和地面 0 cm 温度合计值 ; t、t′分别表示雪面最高温度和地面最高温度合计值 ; t、t′分别表 i、0 0 g g d d βββ示雪面最低温度和地面最低温度合计值 ;、、分别表示地面 0 cm 温度 、地面最高温度 、地面最低温度对比值 。0 g d 表 4 不同日照时数( S) 的地面温度与雪面温度对比值 S < 4 . 0 分类 分类 4 . 0 ?S < 7 . 0 分类 S ?7 . 0 31 13 26 n/ 天 n/ 天 n/ 天 1 2 3 ββ= t′/ t= t′/ tβ 0 . 369 0 . 320 0 . 416 0 0 00 0 0= t′/ t 0 0 0 βββ0 . 888 0 . 364 0 . 429 t′/ t= t′/ t= t′/ t =ggg ggg ggg βββ0 . 399 0 . 501 0 . 288 t′/ td′ = t′/ tt′/ t′ ==dd ddddd d 注 : S 单位为 h ,其他说明同表 3 。 表 5 不同积雪深度( h) 的地面温度与雪面温度对比值 分类 h = 0 cm 分类 h = 1 cm 分类 h = 2 cm 分类 h ?3 cm 11 19 16 24 n/ 天 n/ 天 n/ 天 n/ 天 1 2 3 4 0 . 839 0 . 659 0 . 445 0 . 177 β β β β=t′/ t=t′/ t=t′/ t= t′/ t 0 0 00 0 00 0 00 0 0 1 . 015 0 . 791 0 . 368 0 . 219 ββββ =t′/ t =t′/ t=t′/ t = t′/ t g ggg ggg ggg gg 0 . 992 0 . 659 0 . 403 0 . 157 ββββ =t′/ t =t′/ t=t′/ t = t′/ t d ddd ddd ddd dd 注 :说明见表 3 。 从表 3 可以看出 ,当无于或少于时 ,由于白天雪,夜间又气现象白天削弱了太阳对雪面的直接辐射 面接受的太阳直接辐射大于地面 ,升温幅度较大 ,所 能增大逆辐射减少地面的有效辐射 ,使雪面温度日 较差较小 ,使得雪面温度不地面温度差值相对减小 。以雪面最高温度明显大于地面最高温度 。同理 ,夜 而当日照时数较多时 ,说明天空于量较少或大气透 间由于雪面辐射降温强度大于地面 ,所以雪面最低 温度明显低于地面最低温度 。而多于或阴天时 ,由 明度较好 ,此时白天雪面升温幅度较大 ,同样夜间降 于白天于层削弱了太阳对雪面的直接辐射 ,使得雪 温幅度也较大 ,二者差值明显增大 。 面增温较小 。而夜间 ,于层又能增大逆辐射减少地 从表 5 可以看出 ,当积雪深度为 0 cm 时 ,雪面面的有效辐射 ,使得雪面降温较小 ,雪面温度日较差 温度不地面温度差值很小 ,随着积雪深度加大 ,二者 较小 ,从而使得雪面温度不地面温度差值减小 。二 差值增大 ,说明积雪越厚 ,隔热效果越好 ,对地面的 者差值还受于体厚度和于状的影响 ,当天空为低而 保护作用越强 。 厚的于影响时 , 二者差值较小 , 受高而薄的于影响 综上所述 ,积雪深度对地温影响最大 ,那些寒冷 时 ,二者差值较大 。 且长期有积雪覆盖的地区 ,使用地温资料或使用地 从表 4 可以看出 ,当 S < 4 . 0 时 ,说明天空状况 温不气温的兲系指导生产的部门 ,更应该清楚积雪 较差 ,于量较多或有天气现象存在 ,此时由于于或天 对地面温度造成的影响 。 () 符合实际 。 1根据 70 天观测数据得出的地面温度不雪面 β温度对比值,其计算方法和应用可成为长期使用 参考文献 地温资料的部门进行推算和判断趋向的比较客观的 [ 1 ] 王晓默 ,薛峰 , 章磊. 自劢气象站不人工观测的数据对比分析 依据 。 ( ) [J ] . 气象科技 ,2007 ,35 4:6022606 .() 2由于地温对农作物生长发育及其农作物对 [ 2 ] 成兆金 ,徐法彬 ,马品印 ,等. 农业气象自劢站不人工站观测值 水分 、养分的吸收 、农作物光合作用的进行 ,有着不 ( ) 对比分析[J ] . 气象科技 ,2008 ,36 2:2492252 . 同程度的影响 。分析雪面温度不地面温度的兲系 , [ 3 ] 王宝鉴 ,陈旭辉 , 陶健红 ,等. 兰州 CA WS6002R 自劢站不人工 ( ) 为对于调整农业结构 ,预测作物生长发育和科学防 观测资料对比分析[ J ] . 气象科技 ,2004 ,32 4: 2812285 . [ 4 ] 任芝花 , 郭 锡钦. 浅 层地温 对比 试验结 果 [ J ] . 气象 , 1996 , 22 灾减灾等农业生产管理实践活劢提供依据 ,具有重 ( ) 11:29232 . 要意义 。 [ 5 ] 胡玉峰. 自劢不人工观测数据的差异[J ] . 应用气象学报 ,2004 ,() 3通过对雪面温度和地面温度的分析 ,为以后( ) 15 6: 7192726 . 开展雪面温度观测提供依据 ,同时为气象人员在使 [ 6 ] 陈佑 淑 , 将 瑞 宾. 气 象 学 [ M ] . 北 京 : 气 象 出 版 社 , 1994 : 1572用观测资料或气象服务时提据参考 。 161 . () 4自劢观测已成为各台站的主要观测方法 ,观 Comparison of Ground Surface Temperature to Sno w Surface Temperature L i Fe ngyun Wa ng Yu sha n Wu Ze xi n L i u Chun ho ng ()Dezho u Meteo rolo gical Burea u , Sha ndo ng Pro vince , Dezho u 253009 Abstract : Thro ugh p a rallel o b se r vatio n , t he t e mp e rat ure dat a f ro m bo t h co nve ntio nal st atio n s a nd ( ) a uto matic weat he r st atio n s A WSi n wi nt er wit h sno w co ver at t hree st atio n s of Dezho u Met eo rolo gical () B urea u L i ngxia n , 2003 to 2004 ; Wu Yi , 2004 to 2005 ; Dezho u , 2006 to 2007a re a nal yzed st ati sticall y. The ratio of co nve ntio nall y mea sured sno w surf ace t e mp erat ure to t he A WS mea sure d unde r t he co nditio n of sno w co ve r i s gai ned. Si nce gro und t e mp erat ure ca n be bet t e r rep re se nt ative of t he act ual sit uatio n o n t he gro und , t he ratio ca n be u sed a s a u sef ul a nd bet t er p a ra met e r i n surf ace t e mp e rat ure mea sure me nt fo r scie nti st s i n t he relat ed fiel d s suc h a s hydrolo gical a nd a gric ult ural dep a r t me nt s. Key words : sno w surf ace t e mp e rat ure , gro u nd t e mp erat ure , ma n ual o b ser ratio n , a uto matic weat he r st atio n , co mp a rative a nal ysi s