李岩瑛，张爱萍，谢万银，3，刘曙红，段云峰

（1.武威市气象局，甘肃 武威 733000；2.民勤县气象站，甘肃 民勤 733300；3.乌鞘岭气象站，甘肃 天祝 733200；4.天祝县气象站，甘肃 天祝 733200）

从预报角度探讨乌鞘岭山区大气温差成因

李岩瑛1，张爱萍2，谢万银1，3，刘曙红4，段云峰4

（1.武威市气象局，甘肃 武威 733000；2.民勤县气象站，甘肃 民勤 733300；3.乌鞘岭气象站，甘肃 天祝 733200；4.天祝县气象站，甘肃 天祝 733200）

利用2009年7月—2015年12月河西走廊东部乌鞘岭和天祝逐时气温、日照、地面2 min风场及每隔6 h云量资料，详细分析乌鞘岭山区大气温差、云量特征的时间变化及其预报关系，旨在提高天祝最低气温的预报准确率。结果表明：冬季08时气温乌鞘岭高于天祝的频率超过50%，温差强度达4～6℃；春夏季5—9月气温乌鞘岭高于天祝的频率低于40%，温差强度较弱在2℃以下。云量中夜间至清晨（02—08时）少，傍晚较多；5—9月较多，冬季较少。天空状况除冬季晴天多，出现频率高于50%外，其它季节阴天较多，晴天次之，多云较少，不足20%。乌鞘岭谷风多，而天祝山风多。气温乌鞘岭高于天祝的频率和强度与云量、山谷风、太阳照射时间、季节和天气系统密切相关。晴天和阴雨天气报准，天祝最低气温预报准确率最多可能提高30%，晴天报准时预报准确率最多可提高10%以上。

大气温差；云量；山谷风；预报关系；乌鞘岭山区

随着中国气象局对气温预报质量考核标准的提高，如何较为准确地做好极端气温预报已成为预报员日常工作中的主要任务之一。乌鞘岭地处青藏高原东北坡和河西走廊最东端，其气象观测资料对中国大部分地区的天气预报具有举足轻重的指示意义。由于位于海拔3044 m高山，受近地面人为和环境因素影响较少，在武威市气象台近几年的气温预报中，乌鞘岭EC数值预报释用结果良好，24 h气温预报准确率较高在80%左右，质量较稳定。

杨萍[1]通过近40 a我国极端温度变化趋势和季节特征分析得出，极端冷指数冬季变化趋势最为明显，而且西北地区减幅最为明显。大量研究表明[2-8]，在山谷地形中大气逆温层的形成，夜间主要靠地表辐射冷却效应及山谷地形和干旱环境下裸露地表形成的强下坡风作用，白天主要靠太阳对地表加热所形成的上坡风作用和山顶的强加热效应，干旱环境下裸露地表使得地形作用更加明显。天祝位于乌鞘岭东南坡，海拔较乌鞘岭低600 m，天祝藏族自治县气象局旧址位于华藏寺镇中街社区范围内，2009年1—6月观测站还未建成，故无观测数据。2009年6月底建成天祝县气象局观测站，测站地处天祝藏族自治县华藏寺镇南山村，36°59′N，103°11′E，观测场海拔高度2 484.8 m。由于山区云量的影响，天祝气温预报准确率较乌鞘岭偏低10%，尤其是最低气温EC数值预报释用结果显著偏低，比乌鞘岭偏低20%左右，因而近几年的预报质量也是明显偏低的(图1)。最低气温预报方法是应用2010—2013年EC08时和EC20时实时资料中甘肃省武威市附近（35°～40°N，100°～105°E）的850～500 hPa高度、气温、湿度等资料，采用2.5×2.5格点插值方法插到9个格点上，计算出每个格点上的动力、热力和湿度等37个因子，应用PRESS准则选出相关性、物理意义较好的因子，再用最优子集回归做出分站点、分月的最低气温预报方程，在实际业务运行中代入EC 1～7 d预报场资料就可得出未来7 d内的最低气温预报结果。经2010—2014年运行检验，乌鞘岭效果好，但天祝的最低气温预报评分一直较乌鞘岭低10%左右，成了预报短板。本文的出发点是对比和分析两站的气温差异和成因，以乌鞘岭最低气温为基础，旨在提高天祝的最低气温预报准确率。实际预报中发现，在夜晚至清晨天气晴朗的时候存在明显的乌鞘岭高于天祝的温差特征，冬季高达7℃左右。2014年12月天祝站预报质量正式列入中国气象局目标管理考核中，文中利用2009年7月—2014年12月逐时气温、地面风场及每隔6 h云量资料，详细分析乌鞘岭山区大气温差、云量特征的时间变化及其成因关系。

图1 武威市气象台2010—2014年乌鞘岭山区最低气温预报准确率逐月变化

1 大气温差逐月变化特征

资料中的气温、云量、风场及日照时数主要来源于天祝、乌鞘岭2009年7月—2015年12月的地面A文件。应用2009年7月—2014年2月天祝、乌鞘岭逐时气温，以及02时、08时、14时和20时低云量和总云量（天祝缺02时，2014年以来云量不观测），重点分析了每隔6 h不同时段大气温差值≥0℃（（乌鞘岭—天祝）气温差）的频率和强度，以及云量的影响。

图2 每隔6 h不同时段极端气温温差（（乌鞘岭—天祝）≥0）的频率逐月变化

图2为不同时段极端气温正温差（（Tw-Tz）≥0）的频率月变化分析，最高气温主要集中时段为20—08时，出现在冬半年的10月至次年3月，隆冬12月至1月频率较高在40%以上；而最低气温除14—20时只在冬半年10月—翌年3月出现外，其它时段全年各月都会出现，隆冬12月—1月频率较高在60%以上。全天20—20时最高气温正温差只在1—2月出现，频率不足10%，而最低气温正温差冬季11月—翌年2月出现频率较高超过50%，隆冬12月—翌年1月频率高达80%左右，其它月份在40%左右。

大气温差强度冬季11月—翌年2月最强，最强最高气温温差出现在02—08时，最强最低气温温差出现在02—14时，强度均达4～6℃；春夏季5—9月温差强度较弱在2℃以下。最高气温温差除02—08时全年出现外，其他时段只在冬季出现，强度明显减弱在2℃以下。全天20—20时最高气温正温差只在1—2月出现，强度在2℃以下，而最低气温温差冬季12月—翌年4月较强超过3℃，隆冬12月—翌年1月最强在4℃左右，其它月份强度小于2℃（图3）。

图3 不同时段极端气温温差的强度月变化

2 云量分布

云量是影响气温的最主要因素，杨明[9]通过西部近50 a气温和云量变化特征分析指出，我国整个西部地区年均总云量和低云量均呈线性减少趋势，同时，总辐射也呈减少趋势，青藏高原区减少最多。乌鞘岭山区位于青藏高原东北边坡，山区天气气候特征表现显著。

2.1 云量日变化

夜间至清晨02—08时云量少，白天云量逐渐增多，傍晚云量较多，全天云量天祝较乌鞘岭略多（图4）。

2.2 云量逐月变化

云量整体白天多于夜间，20时云量较多，5—9月较多，冬季较少，其中在月际分布上总云量呈双峰型，5—6月和9月较多，而低云量呈单峰型，9月较多（图5）。

2.3 天空状况日数频率分布

将总云量≤3成定为晴天，4～8成多云，9～10成定为阴天，统计计算乌鞘岭山区不同时次天空状况日数的频率分布（图6）。

图4 乌鞘岭山区与天祝站不同时次云量对比

乌鞘岭山区阴天较多，晴天次之，多云较少低于20%。冬季11月—翌年1月晴天多，出现频率高于50%，最高达60%以上，阴天少低于40%；2—10月中夜间至清晨晴天出现频率在40%左右，阴天60%左右，午后到傍晚晴天出现频率在20%左右，阴天60%～80%左右，天祝云量与乌鞘岭云量反映大致相同，相比天祝全天阴天多8%，而晴天少5%。

3 天空状况、云量对温差的影响

从上述分析中，由于正的大气温差主要出现在最低气温中，我们关注的是最低气温预报，因而文中重点计算乌鞘岭山区最低气温正温差条件下天空状况、云量的变化特征。

正温差条件下天祝清晨08时晴天出现频率较高在60%以上，阴天在20%～40%，多云低于20%；中午14时除冬季11月—翌年2月晴天超过50%，其余月较低于40%，天空状况无显著差别；傍晚20时仅10月—翌年3月有逆温存在。晴天除2月较低为39%外，其它均在65%以上，10—12月高达90%以上（图7）。这说明乌鞘岭山区有正的大气温差时天空状况多为晴天，冬季和清晨较显著。

图5 乌鞘岭山区与天祝站不同时次云量逐月分布

正温差主要出现在08—14时，冬季11月—翌年2月正温差频率高超过60%，强度强在3℃以上，云量少小于4成，其中隆冬12月—翌年1月正温差频率最多达80%、强度最强在4～6℃之间，5—7月正温差频率较低不足20%，强度较弱不足1℃（图8、图9）。日变化中，08时正温差频率较高、强度较强、云量较少。

进一步分析最低气温大气温差强度在5℃以上时天空状况、云量的变化。

图9～10表明：乌鞘岭山区大气温差＞5℃主要发生在冬半年的08—14时，以晴天为主在80%左右，其次是阴天，多云最少不足10%，5—6月无。隆冬12月—翌年1月的晴天，春季3—4月和夏秋季7—9月有强冷空气来临的阴雨天也会出现5℃以上的强温差。

4 山谷风效应

应用乌鞘岭和天祝2009年7月—2014年12月逐时地面2 min风场，计算24个时次17个风向风速频率，分析其山谷风效应。风向说明：22.5×（k-1）≤风向＜22.5×k，k=1，16，k=1时是北风（N），风向每隔22.5°。k=17时为静风，0≤风速＜3 m/s。

图6 乌鞘岭山区不同时次天空状况日数频率逐月分布

图7 08时天祝最低气温正温差条件下天空状况日数频率逐月变化

从图11～13看出由于地形作用乌鞘岭、天祝山区存在明显的山谷风效应，日出升温（7—11时）和日落降温（19—20时）后风场有明显改变，乌鞘岭午后的谷风多，而天祝夜间的山风多，天祝的山风较强。天祝测站夜间19—09时吹东北东风，凌晨至日出前04—07时出现频次最多，白天10—18时吹西南西风，13—19时风速较大为3～4 m/s，午后至傍晚的谷风较强，冬季12月—翌年1月的山谷风效应最显著，山风月均日数达15 d以上；全年各月出现最多风向均为东北东风，冬季较多，这说明天祝夜间至日出前较显著的山风将山顶的冷空气带入地面形成较强的温差效应，可进一步解释冬季温差最大的成因。对山谷风影响最大的是位于测站东—东南至西南方的转嘴山，东南方最大相对高度110 m，西南方地势较低；年均最大风速6.7 m/s，以偏南风为主，时间集中在15—17时。

图8 08时天祝最低气温正温差＞5℃条件下天空状况日数频率逐月变化

图9 乌鞘岭山区正温差条件下不同时次频率（a）、强度（b）和总云量（c）逐月变化

乌鞘岭地处祁连山地冷龙岭分支的雷公山-毛毛山和马牙雪山之间，周围地形以山地为主，地形起伏，地势高耸；山谷风效应相对没有天祝显著（图1 1），夜间22—08时吹南南东风，白天09—21时吹北北西风，午后至傍晚14—17时出现频次最多，12—18时风速较大为6～7 m/s（图1 2）。春夏季北风较多，即午后到傍晚的谷风较显著。影响较大的是正南方向的马牙山，水平距离15.5 km，垂直相对高度为1401 m；年均最大风速10.4 m/s，以西南西风为主，时间集中在14—15时。月际变化中，天祝山区4—5月风速最强，乌鞘岭以西风为主，天祝以南风为主（图13）。

图10 乌鞘岭山区大气温差＞5℃条件下不同时次频率（a）、强度（b）和总云量（c）逐月变化

进一步应用2010—2015年6 a两站逐时日照资料对比说明：3—8月天祝日出早，在06—07时；9月—冬半年1月乌鞘岭日出早，在07—08时，冬季11—12月早10 min以上，乌鞘岭较天祝日照时间多半小时以上。

图11 乌鞘岭山区山谷风月均日数

图12 乌鞘岭山区山谷风风向分布

分析正温差原因是由山区云量、地形形成的山谷风、太阳照射时间、季节和天气系统造成的。天祝位于乌鞘岭的东南坡，比乌鞘岭海拔低600 m，在夜晚由于天祝山区的山风效应使山坡冷空气沉至谷底，形成逆温，在晴空辐射作用下，地面降温较快，逆温增强；冬季因冷空气和西北风较强，空气湿度小，云量少，夜晚时间最长，山风持续时间长达15～18 h，逆温增强，最强逆温常常出现在强冷空气过后转晴之日[10-11]；夏季偏南季风和高原对流云团发展，祁连山昼间的谷风向山顶辐合,抬升作用容易形成对流云带,使午后至夜晚云量丰富；夜间向山谷辐散的山风持续时间较短为10～12 h[12-14]，因而逆温频率低，强度较弱。

5 预报意义

结合武威市气象台2010年3月—2013年12月天祝最低气温逐日预报结果和天祝08时总云量（2010年3月开始考核预报质量，2014年开始天祝云量不观测），计算逐月预报准确率分析得出：天祝山区早晨主要以阴天居多占53%，其次是晴天占41%，多云占6%。不同天气状况下的最低气温24 h报错率阴天中较多，有36%报错，晴天中27%报错，多云中仅有2%报错；7 d综合报错率阴天中较多有39%，晴天有35%，多云有26%（图14）。

进一步计算不同天气状况最低气温可能提高的月平均最多预报准确率：24 h阴天19%，晴天11%，多云2%，而7 d综合预报中阴天21%，晴天14%，多云2%（图15）。利用2014年1月—2015年12月乌鞘岭08时逐日总云量及同期天祝最低气温预报结果分析得出：乌鞘岭山区早晨主要以阴天居多占51%，其次是晴天占41%，多云占8%。不同天气状况下的最低气温24 h报错率阴天较多占37%，晴天24%，多云33%；7 d综合报错率阴天较多占43%，晴天36%，多云有33%。计算不同天气状况最低气温可能提高的月平均最多预报准确率：24 h阴天18%、晴天10%、多云3%，而7 d综合预报中阴天22%、晴天14%、多云3%。可见最低气温预报中要重点考虑阴雨天气过程和晴天的预报，若这两种天气都报准，预报准确率最多可能提高30%左右，有一半天气报准，也可提高15%，晴天报准最多可提高10%以上。由此可见，阴雨天气和晴天报准，预报效果还是十分显著的。

图13 2010—2015年乌鞘岭、天祝山区最多风向（a）和频率（b）日变化

图14 天祝山区不同天气状况下的最低气温报错率

图15 天祝不同天气状况下最低气温可能提高的最多预报准确率

6 结论

乌鞘岭减天祝的正温差强度冬季11月—2月最强，最强最低气温正温差出现在02—14时，强度均达4～6℃；春夏季5—9月强度较弱在2℃以下，由此可以在晴天时用乌鞘岭最低气温预报天祝最低气温。

乌鞘岭山区云量白天多于夜间，20时云量较多，5—9月较多，冬季较少，其中在季节分布上总云量呈双峰型，5—6月和9月较多，而低云量呈单峰型，9月较多。

5℃以上强温差主要发生在冬季的清晨，晴天居多。分析正温差原因是由云量、山区地形形成的山谷风、太阳照射时间、季节和天气系统造成的。

提高天祝最低气温预报的关键在于：晴天和阴雨天气过程的预报，预报准确率最多可能提高30%，晴天报准时预报准确率最多可提高10%以上。因此，在日常预报中，注意结合云图和天气形势对晴天的出现和持续时间做出正确预报；降水天气过程结束后做准转晴的预报。

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Discussion on Formation Causes of Atmospheric Temperature Difference over Wushaoling Mountains for Prediction

LI Yanying1，2，ZHANG Aiping1，XIE Wanyin3，LIU Shuhong4，DUAN Yunfeng4
（1.Wuwei Meteorological Bureau，Wuwei 733000，China；2.Minqin Weather Station，Minqin 733300，China；3.Wushaoling Weather Station，Tianzhu 733200，China；4.Tianzhu Weather Station，Tianzhu 733200，China）

Using data of hourly temperature,sunlight and every 2 minutes surface wind,every 6 hours’cloud cover of Tianzhu and Wushaoling from July 2009 to December 2015 in eastern Hexi Corridor,temporal variations of atmosphere temperature difference,cloud cover characteristics and their forecast relations were analyzed in detail over Wushaoling Mountain to improve minimum temperature forecast accuracy in Tianzhu.The result showed that the percentage of temperature of Wushaoling is higher than that of Tianzhu over 50%at morning 8:00 in winter,and the temperature difference is about 4～6℃.The percentage that Wushaoling temperature is higger than Tianzhuis less than 40%in spring and summer,and the temperature difference is less than 2℃. For cloud cover,it was less from night to morning but more at dusk,and more from May to September but less in winter.For sky conditions,clear days were the most in winter,whose frequencies were higher than 50%.while cloudy days were more than clear days in other seasons. partly cloudy days were the lest,below 20%in other seasons.Valley breeze is more in Wushaoling, but mountain breeze is more in Tianzhu.Temperature frequencies and intensities of Wushaoling are bigger than that of Tianzhu，it were closely related to cloud cover,mountainous terrain mountain and valley breezes,and solar irradiation time,season and weather system.If the minimum temperatures of sunny and rainy weather would be forecasted accurately,minimum temperature forecast accuracy may be improved by 30%，sunny time forecast accuracy may be improved by more than 10%.

atmosphere temperature difference；cloud cover；mountain and valley breeze；forecast relations；Wushaoling Mountains

P468.0+21

B

1002-0799（2017）01-0058-09

10.12057/j.issn.1002-0799.2017.01.008

2016-05-25

甘肃省气象局气象科研项目（人才专项）“干旱风沙区小型机场候选地的近地面气象条件分析”资助。

李岩瑛（1970－），女，正研级高级工程师，主要从事天气预报及研究工作。E-mail：lyyqxj@163.com

李岩瑛，张爱萍，谢万银，等.从预报角度探讨乌鞘岭山区大气温差成因[J] .沙漠与绿洲气象，2017，11（1）：58-66.