菏泽市最高和最低气温变化特征分析

孔刘备

(菏泽市气象局，山东菏泽 274000)

随着生产和生活水平的提高，人们对气象要素的变化和天气的关注度越来越高，尤其是日最高、最低气温更引起人们的重视。最高和最低气温的变化对环境和植物生理活动有着重要的作用[1]。最高、最低气温是每天的天气预报中都涉及的，也是较难预报的气象要素，相邻县区同一时刻气温可差2～3 ℃，气温与测站位置、季节、天气系统密切相关[2]。数值预报对不同地区气温的预报尚存在一定误差。不同季节，日最高、最低气温的预报难度也不同。观测数据表明，一个地方最高、最低气温的变化具有一定的规律。对于最高、最低气温的研究以气候特征及趋势阶段分析等宏观研究较多[3-7]，针对具有地方特点的最高、最低气温细致探讨并不多。利用1998—2017年菏泽市逐日气温观测数据，统计分析最高、最低气温的变化规律，为气温观测、预报业务及有关部门的研究提供参考依据。

1 资料和方法

选取菏泽市牡丹区观测站1998—2017年逐日平均气温和最高、最低气温数据，统计分析平均气温和平均最高、最低气温的月、旬变化特征。以每2 ℃为一个区间，按月统计逐日最高、最低气温及当日与翌日最高、最低气温变幅Δt在各区间的出现频率，并初步分析Δt的变化与天气的关系。

2 月、旬平均气温和平均最高、最低气温变化特征

2.1 月、旬平均气温和平均最高、最低气温

统计菏泽市1998—2017年各月平均气温和平均最高、最低气温(表1)。从表1可以看出，全年中，1月平均气温最低为-0.5 ℃，7月平均气温最高达27.2 ℃；1—7月是上升趋势，8—12月是下降趋势。其中，2—5月上升最快，平均每月上升6.2 ℃；9—12月气温下降最快，下降速率为每月平均6.8 ℃。由此看来，春季气温上升速率比秋季气温下降速率慢。

旬平均气温随时间变化特征见图1。从图1可看出，旬平均气温的变化曲线呈准抛物线状，曲线的拐点分别在1月中旬和7月下旬。1月下旬到7月下旬气温上升，8月上旬到翌年1月中旬气温下降，气温上升区间和下降区间不对称，后者比前者少近一个月。因此，秋、冬季比春、夏季短，降温比升温快。

表1 菏泽1998—2017年各月平均气温和平均最高、最低气温 ℃

月份123456789101112平均气温-0.51.87.914.720.525.427.225.821.114.57.61.1平均最高5.48.614.821.227.636.932.030.426.122.014.16.7平均最低-3.9-0.43.111.216.220.623.422.317.811.24.7-2.0

从表1、图1可看出，月(旬)平均最高、最低气温变化分别与月(旬)平均气温的变化特征基本一致。

2.2 旬平均气温场分析

2.1的分析只反映了20 a气温的总体特性，实际上气温年际间存在差异，个别年份差异较大，为此作旬平均气温年际演变图(图2)，构成一个气温场，了解20 a间逐旬平均气温的演变特征。

图2 荷泽1998—2017年逐旬平均气温场(单位为℃)

由图2可以看出，12月上旬到翌年2月中旬(即冬季)，6月上旬到8月下旬(即夏季)等温线较稀疏，表明冬、夏季气温变化较平稳，大幅度升、降温的天气较少。而春、秋季不同，2月中旬到5月有两个等温线密集带，一个在2月下旬到3月中旬，另一个在5月上中旬，反映这期间气温回升较快。2月下旬到3月中旬等温线的曲率较大，表明初春气温大幅回升时间的年际变化较大，可相差2～3旬；5月中下旬，等温线较平直，表明春、夏季转换期间气温跳跃性回升，且年际间变化不大。秋、冬季气温跳跃性下降也有两个阶段：一是9月上中旬，为夏、秋转换；二是10月下旬到11月，为秋、冬转换，且变化更为明显。从冬、夏季气温场看出，近几年来有气温升高的趋势，高温酷暑的天气增多，冬季严寒的天气减少，气温场的特征与近年实测高温酷暑和极寒的记录是吻合的。旬平均最高、最低气温场特征与旬平均气温场基本相同。

从图2还可以看出，上半年等温线从下到上大多数向左倾斜，下半年等温线从下到上略向右倾斜，表明20 a来春、夏季提前，而秋、冬季延后，造成冬季有缩短的倾向，这一点有待进一步研究。

3 日最高、最低气温变化特征

3.1 日最高、最低气温的季节变化

按每2 ℃为一区间，以1、4、7、11月为代表月分别代表冬、春、夏、秋四季，统计1998—2017年各季逐日最高、最低气温的分布特征(见表2、表3)。由表2、表3可以看出，日最高、最低气温的分布区间跨度差异很大。7月日最高、最低气温的跨度只有16 ℃和10 ℃，1月跨度稍大，而4、11月日最高、最低气温跨度较大，最大跨度可达26 ℃。可见春、秋季气温变化大，不稳定，气温升降幅度大；冬、夏季气温变化较小，相对稳定。从频率分布上看，日最高气温或最低气温在平均值附近出现频率最大，向均值两侧逐渐变小。用柯尔莫可洛夫方法[8]分别检验各月逐日最高、最低气温20 a总样本分布，均为准正态分布。

3.2 气温日较差旬、月变化

气温日较差是指一天中最高与最低气温之差，也是了解气温变化特征的重要方面[9]。图3给出了1998—2017年气温日较差旬平均变化曲线。由图3可看出，年内有两个日较差较小时段，分别在11月下旬到翌年2月下旬和6月下旬到9月下旬，日较差平均在8～9 ℃。两个日较差较大的时期分别在3月上旬到6月中旬和10月上旬到11月中旬，平均气温日较差在11 ℃左右，正好是气温回升和气温下降较快的时期，天气通常表现为冷暖空气交替频繁。全年各月中最小日较差都在2 ℃左右，这种状况出现在终日降水和终日大雾及个别终日阴天的情况下；各月较大日较差一般出现在冷空气过后，天气突然转晴，干燥风小，冷平流弱的情况下。

表2 菏泽1998—2017年1、4、7、11月日最高气温分布特征

表3 菏泽1998—2017年1、4、7、11月日最低气温分布特征

图3 菏泽1998—2017年气温日较差旬平均变化曲线

表4给出了1998—2017 年逐月气温日较差在各温度区间的出现频率。由表4可以看出各月气温日较差在均值附近出现频率最大，距离均值愈远，出现频率愈小。1—2月和7—8月气温日较差跨度小，在[6,10)℃区间出现频率较大；4—6月和10—11月气温日较差跨度大，4—6月在[8,14)℃区间出现频率较大, 10—11月在[8,12)℃区间出现频率较大。12—2月，气温日较差在 [0，4)℃区间出现频率较大，其他月份频率较小。这可能是由于冬季常出现终日大雾和阴雨(雪)天气，导致气温日较差很小。气温日较差分布与最高、最低气温的分布特征类似，也为准正态分布。

4 翌日最高、最低气温变化特征

4.1 翌日最高、最低气温变幅的季节变化

按每2 ℃一个区间，以1、4、7、11月为代表月，统计1998—2017年各季当日与翌日最高气温和最低气温变幅的分布特征(见表5)。由表5可知，1月和7月翌日最高气温变幅Δt分别为-9～9 ℃和-9～7 ℃，最低气温变幅分别为-8～8 ℃和-6～4 ℃。4月和11月翌日最高气温变幅Δt分别为-8～10 ℃和-10～6 ℃，最低气温变幅分别为-8～8 ℃和-10～8 ℃。冬、春季日最高、最低气温翌日升降区间比夏、秋季略大；夏季最高、最低气温翌日变幅最小，较平稳。日最高、最低气温翌日升降幅度出现最多的频率都分布在-3～3 ℃。可见气温连续日变化有一定的惯性，没有明显的天气系统影响，气温不会有太大变化。

表4 菏泽1998—2017 年逐月气温日较差分布特征 %

注：—表示未出现，下同。

表5 菏泽1998—2017年1、4、7、11月翌日最高、最低气温变幅的分布特征

4.2 最高、最低气温变化与天气的关系

当日与翌日最高与最低气温的变化情形有4种：同升、同降、高温升低温降、低温升高温降。这4种变化各月出现频率均相似。同升、同降占40%左右，其余两种占60%左右。统计发现同升、同降变化方式所对应的天气特征：必须在天气晴好少变、较稳定的天气条件下才可出现[10]。另外两种变化所对应的天气特征：须在天气转变情况下出现，天气类型比较复杂。如：夜里开始阴天，夜里或早晨、中午冷锋入境，降水之前等情况下，低温升高，高温降低；冷锋过后，雨后初晴、早晨有雾，天气干燥，晴天等情况下高温升高，低温降低；其他天气类型较少见。细致做好这方面的工作对气象测报、预报有较大的参考价值，后期将进一步研究。

5 结论

(1)夏、冬季最高、最低气温变化范围较小，因而气温比较平稳，春、秋季最高、最低气温变化范围较大。各月最高、最低气温分布均为准正态型，在均值附近出现频率最大。

(2)春、秋季气温日较差区间跨度大，尤其是4—6月在 [8,14)℃出现频率较大；夏、冬季气温日较差区间跨度较小，在[6,10)℃的出现频率较大。日较差在 [0，4)℃的频率冬季较大，其他季节较小。气温日较差的分布与日最高、最低气温的分布特征类似，也为准正态分布。

(3)从20 a逐旬气温场来看，近年冬季有缩短的倾向，严寒天气减少，夏季酷暑天气增多；由冬到夏、由夏到冬各有两次气温快速升降期。

(4)翌日最高、最低气温有一定的惯性，变幅大多在-3～3 ℃。最高、最低气温升降主要受天气变化的影响。