張翠翠，孔宇，李霏，袁月，趙嫻

(濟(jì)寧市氣象局, 山東 濟(jì)寧 272000)

引言

濕地生態(tài)系統(tǒng)是地球表面三大生態(tài)系統(tǒng)之一，是處于陸地生態(tài)系統(tǒng)和水生生態(tài)系統(tǒng)之間的過渡區(qū)域，具有獨(dú)特的水文、土壤，兼具多種生態(tài)功能，既能協(xié)調(diào)水、陸各功能區(qū)的關(guān)系，又能滿足人類休閑游憩的要求，對(duì)于人類的生活、發(fā)展起著極為巨大的作用[1-8]。

南四湖位于山東省西南部，在微山縣境內(nèi)，是北方最大的淡水湖，作為大型濕地，它對(duì)周邊地區(qū)的氣候有一定的調(diào)節(jié)作用[9-11]。魯西南是傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)區(qū)，而溫度又是影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)最為重要的氣候要素之一[12-13]。因此，分析研究南四湖區(qū)的氣溫特征及其對(duì)魯西南氣溫分布的影響，對(duì)于湖區(qū)作物種植、指導(dǎo)區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要意義。

關(guān)于水體對(duì)氣候影響的研究，國(guó)內(nèi)進(jìn)行局地觀測(cè)研究的較多。劉甜甜等[14]研究了洞庭湖區(qū)的氣溫特征及其對(duì)湖南氣溫分布的影響；崔希東[15]開展了衡水湖濕地對(duì)降水量影響的初步研究；王國(guó)杰等[16]研究了洞庭湖流域氣候變化特征；楊秀琴等[17]研究了1960—2005年南四湖流域氣候變化趨勢(shì)及其突變分析；王浩[18]開展了陸地水體對(duì)氣候影響的數(shù)值研究；楊凱等[19]分析了上海中心城區(qū)河流及水體周邊小氣候效應(yīng)。本文著重研究南四湖這種大型水體對(duì)周邊區(qū)域氣溫的調(diào)節(jié)作用，分析這種調(diào)節(jié)作用對(duì)魯西南氣溫分布的影響規(guī)律，用于指導(dǎo)南四湖的生態(tài)環(huán)境建設(shè)和魯西南的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

1 資料和方法

采用1981—2015年魯西南25個(gè)國(guó)家級(jí)氣象站35 a整編資料，為了數(shù)據(jù)的完整性，故將江蘇的豐縣和沛縣加入，如圖1所示。分析氣溫日變化時(shí)使用了南陽、高河、魚山、石橋和柳行5個(gè)區(qū)域氣象站的逐時(shí)資料。使用空間制圖軟件Surfer11.0制作魯西南氣溫分布圖，并采用Kriging法進(jìn)行空間插值。

圖1 研究區(qū)域(藍(lán)色點(diǎn)為國(guó)家級(jí)氣象站位置，紅色點(diǎn)為區(qū)域氣象站位置)Fig.1 Study area (blue point for location of national meteorological station, red point for location of regional meteorological station)

2 南四湖區(qū)對(duì)平均氣溫分布的影響

由魯西南年平均氣溫分布(圖2)可見，整體呈東南高西北低的態(tài)勢(shì)，且東南部湖區(qū)被14.5 ℃的溫度線包圍，呈現(xiàn)出與南四湖的東南—西北走向一致的暖舌。由圖2還可以看出，處于湖區(qū)南部的微山、沛縣和薛城溫度明顯偏高，且在薛城有個(gè)氣溫高值區(qū)為14.7 ℃，較周圍高0.2 ℃，造成這種現(xiàn)象的原因除了這三個(gè)站地理位置偏南外，更重要的原因是距離湖區(qū)更近。另外，可以看到在鄒城站有個(gè)氣溫高值區(qū)，較周圍高0.4 ℃，根據(jù)實(shí)地調(diào)研得知，造成此現(xiàn)象的原因是鄒城觀測(cè)站被城區(qū)包圍，受城區(qū)熱島效應(yīng)影響明顯。以上表明，南四湖對(duì)年平均氣溫有一定的影響，造成了魯西南年平均氣溫在東南部的南四湖區(qū)偏高。

圖2 1981—2015年魯西南年平均氣溫分布Fig.2 Distribution of annual mean temperature in the southwest of Shandong Province from 1981 to 2015

圖3 1981—2015年魯西南逐月平均氣溫分布Fig.3 Distribution of monthly mean temperature in the southwest of Shandong Province from 1981 to 2015

由魯西南全年12個(gè)月的平均氣溫分布(圖3)可見，1月和2月魯西南月平均氣溫的分布呈南高北低態(tài)勢(shì)，其中魚臺(tái)處于低值中心；3月、4月和5月以魚臺(tái)為中心的低值區(qū)不斷擴(kuò)大，同時(shí)以單縣和薛城為中心的高值區(qū)逐漸削弱并瓦解，6月以鄒城為中心的高值區(qū)逐漸往南部延伸，7月在湖區(qū)周邊演化出與南四湖南北狹長(zhǎng)形狀相符的暖舌；8月、9月、10月和11月呈明顯的東高西低態(tài)勢(shì)；12月后又逐漸恢復(fù)到年初的南高北低態(tài)勢(shì)。由此可見，由于受南四湖的影響，包括南四湖水體及其所處地理位置和周邊地形地勢(shì)的共同影響，魯西南月平均氣溫呈現(xiàn)出南高北低型和東高西低型兩種截然不同的態(tài)勢(shì)，8—11月為東高西低型，12月—次年2月為南高北低型，而3—7月為調(diào)整過渡期。

3 南四湖區(qū)對(duì)最高最低氣溫分布的影響

圖4a是魯西南年平均最高氣溫分布圖，西北部氣溫偏低，偏南部的微山站、薛城站以及曹縣站、單縣站處于19.9 ℃的高值中心，應(yīng)該與這些站地理位置偏南有關(guān)，整體上來說，平均最高氣溫在湖區(qū)沒有表現(xiàn)出明顯偏低的趨勢(shì)。與年平均最高氣溫相比較，年平均最低氣溫對(duì)湖區(qū)的反應(yīng)更明顯(圖4b)，東南部基本被9.9 ℃溫度線覆蓋，靠近湖區(qū)的薛城站和沛縣站分別處于10.6 ℃和10.4 ℃的高值中心，較周邊同緯度區(qū)域高0.3～0.5 ℃，往西北方向呈遞減趨勢(shì)，整個(gè)魯西南地區(qū)的年平均最低氣溫總體呈東南高、西北低的態(tài)勢(shì)。

由此可見，南四湖區(qū)的平均最高氣溫沒有明顯特征，而平均最低氣溫較周邊地區(qū)偏高。

由圖4c極端最高氣溫的分布圖可看出，魯西南呈明顯西高東低態(tài)勢(shì)，整個(gè)湖區(qū)基本被37.3 ℃溫度線覆蓋，越靠近湖區(qū)溫度越低，低值中心魚臺(tái)站為36.9 ℃，往西呈明顯遞增趨勢(shì)，湖區(qū)較周邊區(qū)域偏低0.7～1.0 ℃。 圖4d是魯西南極端最低氣溫分布圖，可以看出魯西南呈南高北低的態(tài)勢(shì)，這應(yīng)該與地理位置有關(guān)系，在湖區(qū)沒有明顯偏高趨勢(shì)。

上述可見，湖區(qū)極端最高氣溫較周邊區(qū)域偏低，而極端最低氣溫沒有明顯特征。

以上表明，氣溫要素中的年極端最高氣溫和年平均最低氣溫在湖區(qū)都有明顯體現(xiàn)，這與其他學(xué)者的研究結(jié)論[14]一致，而年極端最低氣溫和年平均最高氣溫在湖區(qū)反應(yīng)不明顯，這可能與地形面貌及南北緯度差異等地理因素有關(guān)，具體原因有待進(jìn)一步研究。

圖4 1981—2015年魯西南年平均最高氣溫(a)、年平均最低氣溫(b)、年極端最高氣溫(c)、年極端最低氣溫(d)分布圖Fig.4 Distribution of annual mean maximum temperature (a), annual mean minimum temperature (b), annual extreme maximum temperature (c), and annual extreme minimum temperature (d) in the southwest of Shandong Province from 1981 to 2015

4 南四湖對(duì)氣溫日較差分布的影響

由魯西南年氣溫日較差平均值分布(圖5)看出，魯西南整體呈東南低西北高的態(tài)勢(shì)，湖區(qū)所處的東南部年氣溫日較差平均值均在9.9 ℃以下，且在南部湖區(qū)有兩個(gè)低值中心，分別是沛縣和薛城站，中心值分別為9.5 ℃和9.3 ℃，而周邊地區(qū)的年氣溫日較差平均值在10.0 ℃以上，比湖區(qū)低值中心高出0.5～0.7 ℃。

圖5 1981—2015年魯西南年氣溫日較差平均值分布Fig.5 Distribution of annual mean daily range of temperature in the southwest of Shandong Province from 1981 to 2015

圖6a是各代表站月氣溫日較差平均值的演變曲線圖，在各代表站中，南陽、石橋和柳行基本都處于116.6°E，南陽、高河和魚山也都處于35.1°N附近，其中選擇南陽站代表湖區(qū)是因?yàn)樗挥谀纤暮怪校蚁鄬?duì)于湖區(qū)南部的微山島站，它的位置偏北更接近魯西南地區(qū)的中心位置，能更好地反應(yīng)湖區(qū)對(duì)魯西南的影響。

由圖6a可見，無論是同經(jīng)度還是同緯度站點(diǎn)中，湖區(qū)代表站南陽全年各月氣溫日較差平均值均小于其他站點(diǎn)，夏季差異最小，秋季差異最明顯。南陽站月氣溫日較差平均值的演變曲線趨勢(shì)與其他站點(diǎn)基本一致，只是在下半年當(dāng)其他站點(diǎn)氣溫日較差在8月呈明顯的上升趨勢(shì)時(shí)，南陽站表現(xiàn)較為平穩(wěn)，9月當(dāng)其他站點(diǎn)上升達(dá)到下半年的峰值時(shí)，南陽站只呈輕微上升趨勢(shì)，10月南陽站與其他站氣溫日較差平均值的差異最大，達(dá)2.6 ℃以上，7月差異最小，為1.0 ℃以上。

圖6b是各代表站月氣溫日較差最大值的演變曲線圖,可以看出湖區(qū)代表站南陽的全年各月氣溫日較差最大值均小于其他各站，夏季差異最小，秋季差異最明顯，其中9月差異最大，在3.7 ℃以上，7月差異最小，為1.6 ℃以上。另外，南陽站變化趨勢(shì)與其余站點(diǎn)的變化趨勢(shì)幾乎一致，春季較大，夏季較小，最小值均出現(xiàn)在7月。

劉甜甜等[14]在研究洞庭湖區(qū)的氣溫特征及其對(duì)湖南氣溫分布的影響時(shí)，得出洞庭湖區(qū)代表站岳陽全年各月氣溫日較差的演變曲線趨勢(shì)與其他站基本一致，且日較差均小于其他站點(diǎn)，這與本文結(jié)論一致，只是湖區(qū)代表站與其他站氣溫日較差的差異最大值和最小值出現(xiàn)時(shí)間不一致，這應(yīng)該是南北氣候差異所導(dǎo)致的。

圖6 2016—2018年各站逐月氣溫日較差平均值(a)和各站逐月氣溫日較差最大值(b)Fig.6 Monthly mean daily range of temperature (a) and monthly maximum daily range of temperature (b) at each station from 2016 to 2018

5 南四湖區(qū)對(duì)氣溫日變化的影響

通過前文對(duì)魯西南35 a逐月平均氣溫分布和對(duì)5個(gè)代表站近3 a逐月氣溫日較差的分析可以看出：魯西南氣溫在8月至11月呈現(xiàn)出典型的東高西低態(tài)勢(shì)，且湖區(qū)與其他區(qū)域氣溫日較差的差異在經(jīng)歷了7月的最小值之后，從8月開始差異明顯增大，湖區(qū)對(duì)氣溫產(chǎn)生的影響逐漸體現(xiàn)，另外，8月正值山東主汛期[20-22]，在分析氣溫日變化時(shí)更有利于獲得陰雨天樣本數(shù)據(jù)。因此選取各代表站8月逐小時(shí)氣溫?cái)?shù)據(jù)，進(jìn)一步研究南四湖對(duì)周邊區(qū)域氣溫所產(chǎn)生的影響。

5.1 同經(jīng)度氣溫日變化的比較

圖7a為同經(jīng)度站點(diǎn)8月氣溫日變化圖，可以看出石橋站和柳行站氣溫變化曲線基本相同，表明緯度的差異對(duì)氣溫日變化的影響不大，而代表湖區(qū)的南陽站氣溫變化曲線較其他兩站有明顯差異，10—16時(shí)氣溫低于其他兩站，18時(shí)—次日09時(shí)氣溫高于其他兩站，可見與同經(jīng)度站點(diǎn)比較，南四湖區(qū)南陽站的氣溫在白天氣溫較高時(shí)段相對(duì)較低，在夜間氣溫較低時(shí)段相對(duì)較高，日變化曲線與同經(jīng)度站點(diǎn)相比表現(xiàn)平穩(wěn)。

三站日最低氣溫出現(xiàn)時(shí)間均在06時(shí)前后，而日最高氣溫出現(xiàn)時(shí)間有差異，石橋、柳行站出現(xiàn)在14時(shí)前后，南陽站出現(xiàn)在15時(shí)前后，約遲1 h?？梢姡c同經(jīng)度站點(diǎn)相比，湖區(qū)白天最高氣溫出現(xiàn)時(shí)間有推遲。

5.2 同緯度氣溫日變化的比較

圖7b為同緯度站點(diǎn)8月氣溫日變化圖，可以看出高河站與魚山站的氣溫日變化曲線圖比較一致，而代表湖區(qū)的南陽站氣溫日變化曲線存在明顯差異，10—17時(shí)低于兩站，18時(shí)—次日09時(shí)高于兩站。由此可見，與同緯度站點(diǎn)比較，南四湖區(qū)南陽站的氣溫在白天氣溫較高時(shí)段相對(duì)較低，在夜間氣溫較低時(shí)段相對(duì)較高，日變化曲線與同緯度站點(diǎn)相比表現(xiàn)平穩(wěn)。

圖7 2016—2018年8月南陽、石橋、柳行站(a)和南陽、高河、魚山站(b)氣溫日變化Fig.7 Daily range of temperature (a) at Nanyang Station, Shiqiao Station, and Liuhang Station and daily range of temperature (b) at Nanyang Station, Gaohe Station, and Yushan Station in August from 2016 to 2018

由圖7b還可以看出三站的最低氣溫均出現(xiàn)在06時(shí)左右，最高氣溫出現(xiàn)時(shí)間存在差異，高河、魚山站出現(xiàn)在14時(shí)前后，而南陽站出現(xiàn)在15時(shí)前后，約遲1 h?？梢姡c同緯度站點(diǎn)比較，湖區(qū)白天最高氣溫出現(xiàn)時(shí)間推遲。

5.3 不同天氣條件下氣溫日變化的比較

圖8a、b、c分別為南陽站和高河站不同天氣條件下的氣溫日變化圖,其中選取樣本數(shù)分別為：晴天48個(gè)，陰天21個(gè)，雨天25個(gè)。由圖8可見，無論是晴天、陰天和雨天，只要在相同的天氣條件下，南陽站的氣溫日變幅總是小于高河站，這與劉甜甜等[14]研究的洞庭湖區(qū)的氣溫特征及其對(duì)湖南氣溫分布的影響以及陳翔等[23]研究的洪澤湖區(qū)的氣溫 特征及其對(duì)蘇北氣溫分布的影響中得出的結(jié)論一致。南陽站氣溫在白天氣溫較高時(shí)段偏低，在夜間氣溫較低時(shí)段偏高，日最低氣溫較高河站高，日最高氣溫較高河站低。與高河站相比較，兩站日最低氣溫的差距和日最高氣溫的差距，均為晴天最大，陰天次之，雨天最小。在晴天條件下，南陽站的日最低氣溫約高2.3 ℃，日最高氣溫約低1.9 ℃；在陰天條件下，南陽站的日最低氣溫約高1.6 ℃，日最高氣溫約低0.9 ℃；在雨天條件下，南陽站的日最低氣溫約高1.2 ℃，日最高氣溫約低0.3 ℃。

圖8 2015—2019年南陽站和高河站8月氣溫日變化(a.晴天，b.陰天，c.雨天)Fig.8 Daily range of temperature at Nanyang Station and Gaohe Station in August from 2015 to 2019 (a. clear sky, b. overcast sky, c. rainy day)

6 結(jié)論與討論

南四湖是山東最大的淡水湖，湖區(qū)的氣溫呈現(xiàn)出一些顯著的特征，并影響魯西南氣溫的分布。

1)年平均氣溫在東南部出現(xiàn)與南四湖東南—西北走向一致的暖舌；南四湖使得魯西南一年中月平均氣溫分布呈現(xiàn)出除南高北低型以外的另外兩種典型類型：東高西低型和過渡型。

2)湖區(qū)是年平均最低氣溫的高值區(qū)，年極端最高氣溫的低值區(qū)。湖區(qū)年氣溫日較差平均值較周邊地區(qū)偏小。

3)相對(duì)于魯西南同經(jīng)度和同緯度地區(qū)，南四湖區(qū)的月氣溫日較差平均值偏小，與其他區(qū)域的差值在夏季最小，秋季最明顯，最小差值出現(xiàn)在7月，最大差值出現(xiàn)在10月；月氣溫日較差最大值偏小，與其他區(qū)域的差值在夏季最小，秋季最明顯，最小差值出現(xiàn)在7月，最大差值出現(xiàn)在9月；湖區(qū)的氣溫日變化曲線平穩(wěn)，白天氣溫較高時(shí)段偏低，夜間氣溫較低時(shí)段偏高；湖區(qū)日最高氣溫出現(xiàn)的時(shí)間偏晚，約遲1 h；在同一天氣條件下，湖區(qū)日變幅總是偏??；在不同天氣條件下，日最高氣溫的差值和日最低氣溫的差值，均表現(xiàn)為晴天最大，陰天次之，雨天最小。

4)湖區(qū)水體對(duì)周邊區(qū)域氣溫的影響機(jī)理還有待研究。湖區(qū)水體對(duì)整個(gè)魯西南氣溫分布起到一定的調(diào)節(jié)作用，它與地形地勢(shì)等因素共同影響和改變了魯西南氣溫的分布態(tài)勢(shì)，至于它們各自對(duì)氣溫分布的影響程度有待進(jìn)一步探討。