麗水市白云山森林公園山地立體氣候資源分析

　　摘要: 根據(jù)麗水市白云山森林公園 5 個(gè)不同海拔的氣象自動(dòng)站逐時(shí)氣溫、降水、風(fēng)速資料，研究白云山氣候資源隨時(shí)間、海拔的變化規(guī)律，從而探究麗水白云山立體氣候資源的分布特征。結(jié)果顯示，麗水市白云山森林公園氣溫日( 年) 變化，日( 年) 最高出現(xiàn)在 14 時(shí)( 7 月) ，最低出現(xiàn)在 06 時(shí)( 1 月) ，隨著海拔的增加，氣溫日( 年) 較差縮小。氣溫隨海拔的遞減率約 0. 6 ℃ /100 m，午后( 夏季) 遞減率較高，夜間( 冬季) 較低。降水日( 年) 變化特征，午后至上半夜( 夏、秋季) 降水較多，17 時(shí)( 6 月) 出現(xiàn)峰值，20 時(shí)( 8—9 月) 次之。降水隨海拔變化先增加后減少，最大降水量高度約為海拔 700 m。風(fēng)速日( 年) 變化特征，白云山頂風(fēng)速最大，林場風(fēng)速最小，高海拔風(fēng)速夜間( 3—8 月) 較大，低海拔風(fēng)速受下墊面影響波動(dòng)變化。

　　關(guān)鍵詞: 氣候?qū)W; 氣溫; 降水; 風(fēng)速; 立體氣候; 白云山

　　0 引 言

　　中國是多山的國家，山地類型多樣復(fù)雜[1]，當(dāng)前國內(nèi)針對(duì)山地氣候的研究主要集中在川藏、秦嶺、南嶺等大地形區(qū)，如胡繼華等通過分析川西高原氣候資源，得出亞熱帶、溫帶、寒帶 3 個(gè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展氣候帶[2]; 易新民等結(jié)合有關(guān)考察資料對(duì)川東南立體氣候特征進(jìn)行了分析[3]; 高翔等分析了秦嶺南北坡半個(gè)世紀(jì)氣溫與降水的變化趨勢(shì)及特征[4]; 劉尉等建立了粵北山區(qū)南嶺各熱量因子與海拔的線性回歸模型[5]; 杜軍等利用西藏色齊拉山地區(qū)不同海拔的近地面觀測資料，探討了東、西坡局地氣候特征差異形成的原因[6]。目前對(duì)中國東南部的丘陵山地一帶的研究較少，王國新等分析了浙江省臨安市山地氣候旅游資源時(shí)空分布特征[7]。山地氣候是氣候系統(tǒng)中最為復(fù)雜的類型系統(tǒng)[8]; 不僅氣候要素的變異性和穩(wěn)定性特征復(fù)雜，并且其組合類型多樣，整個(gè)山地氣候系統(tǒng)實(shí)際上是一個(gè)隨機(jī)系統(tǒng)。正是由于山地氣候的這些特點(diǎn)，使任何一個(gè)山地系統(tǒng)都能成為一個(gè)氣候環(huán)境多樣，氣候資源豐富的多功能氣候系統(tǒng)，對(duì)于人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展來說，具有明顯的優(yōu)越性[9-10]。

　　麗水市地處浙江省西南部山區(qū)，屬亞熱帶濕潤氣候，溫暖濕潤，雨量充沛，四季分明，無霜期長。地勢(shì)以中山、丘陵地貌為主，由西南向東北傾斜。西南部以中山為主，有低山、丘陵和山間谷地; 東北部以低山為主，間有中山及河谷盆地，是個(gè)“九山半水半分田”的地區(qū)，具有明顯的山地立體氣候特征。麗水森林覆蓋率 80. 79% ; 海拔 1000 m 以上山峰 3573 座。2014 年，麗水榮膺“中國氣候養(yǎng)生之鄉(xiāng)”; 2017 年 3 月，入選中國首批氣候適應(yīng)型城市，氣候生態(tài)優(yōu)勢(shì)顯著。以往的山地氣象資料大多由周邊地區(qū)有限的氣象臺(tái)站用離散點(diǎn)等值線、模型以及 DEM 空間模擬等方法求得[11]。這些方法雖然能反映山區(qū)氣候的一般趨勢(shì)，但是不能真實(shí)地顯示復(fù)雜地形條件下的小氣候特征。加上以前山地氣候觀測資料稀少，氣候空間差異大，對(duì)山地氣候變化的研究很少。隨著氣象現(xiàn)代化發(fā)展，麗水的自動(dòng)氣象站密度一直在增加，目前平均站點(diǎn)間隔已經(jīng)達(dá)到 6 km，為研究麗水山地小氣候變化提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。麗水白云山森林公園位于麗水城北部 2 km 處，與城區(qū)接壤，森林茂密，綠海萬象，是徒步健身、避暑休閑、旅游觀光的好去處，總面積達(dá) 2666. 6 hm2 ，是麗水的后花園，也是城市的天然生態(tài)屏障。本研究結(jié)合地形實(shí)際，利用白云山森林公園的自動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)，初探麗水白云山山地氣候特點(diǎn)，分析其熱量、降水、風(fēng)速的立體氣候資源分布，以便為打造宜居氣候、推進(jìn)麗水生態(tài)氣候資源開發(fā)提供理論基礎(chǔ)和科學(xué)依據(jù)。

　　1 資料與方法

　　近年來白云山森林公園山腳、山腰、山頂?shù)炔煌０渭茉O(shè)了自動(dòng)氣象監(jiān)測站，為系統(tǒng)地對(duì)白云山進(jìn)行山地立體氣候方面的觀測與研究提供了氣象資料。

　　資料主要來源于白云山 5 個(gè)不同海拔自動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)( 區(qū)域站點(diǎn)信息見表 1) ，由于區(qū)域站啟用時(shí)間不一樣，選取共有的時(shí)間段 2014— 2017 年 4 a 逐時(shí)、逐日的氣溫、降水、風(fēng)速等氣象要素資料，應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，研究不同時(shí)間尺度白云山立體氣候資源隨時(shí)間和高度的變化規(guī)律。

　　2 白云山森林公園氣溫立體氣候變化特征

　　2. 1 氣溫立體日變化特征

　　圖 1 給出了麗水白云山森林公園不同海拔溫度的日變化趨勢(shì)。圖 1a 中可以明顯看出，不同海拔的溫度日變化特征基本一致，低海拔地區(qū)氣溫較高，高海拔地區(qū)氣溫較低。海拔 170 m 的綠谷莊園日平均氣溫 18. 9 ℃，隨著海拔的升高，氣溫逐漸降低，450、640、756 m 處的日平均氣溫分別為 17. 0、16. 0 和 15. 4 ℃，而在接近白云山頂?shù)?1072 m 日平均氣溫只有 13. 2 ℃。日平均氣溫從山腳( 170 m) 到山頂( 1072 m) 下降了約 5. 7 ℃，平均每 100 m 約降低 0. 63 ℃。但在一天的不同時(shí)刻，氣溫隨海拔降低的幅度是不同 的，變 幅 較 大 的 是 在 午 后 13: 00—18: 00 時(shí)，海拔每升高 100 m，氣溫下降約 0. 8 ℃ ( 0. 76 ～ 0. 82 ℃ ) ，其中以 16: 00 時(shí)氣溫隨海拔遞減率最大( 0. 82 ℃ /100 m) ; 其次在 11: 00—12: 00 時(shí)和 19: 00—21: 00 時(shí)，海拔每升高 100 m，氣溫下降約 0. 7 ℃ ( 0. 66 ～ 0. 73 ℃ ) ; 隨后在 09: 00— 10: 00 時(shí)和 22: 00—01: 00 時(shí)，海拔每升高 100 m，氣溫下降約 0. 6 ℃ ( 0. 55 ～ 0. 63 ℃ ) ; 而在夜間 02: 00—08: 00 時(shí)，海拔每升高 100 m，氣溫下降約 0. 5 ℃ ( 0. 46 ～ 0. 54 ℃ ) ，其中以 06: 00 時(shí)氣溫隨海拔遞減率最小( 0. 46 ℃ /100 m) 。圖 1a 中 K9091 和 K9092 站的溫度在09: 00 時(shí)有輕微的交叉，可能與兩個(gè)站點(diǎn)所處的坡向相關(guān)，位于東坡的 K9091 站比西坡的 K9092 站接受太陽輻射更早。

　　不同海拔溫度的日變化還可以看出，都是午后 14: 00 左右最高( 19. 5 ℃ ) ，早晨 06: 00 前后最低( 13. 6 ℃ ) ，但是隨著海拔的增加，氣溫日較差逐漸縮小，在海拔 170 m 處氣溫日較差有 7. 5 ℃，在海拔 450 m 處氣溫日較差縮小為 6. 3 ℃，在海拔 640 m 和 756 m 處氣溫日較差分別為 5. 6 ℃和 5. 8 ℃，而在海拔 1072 m 處氣溫日較差只有 4. 4 ℃。說明山腳氣溫變化幅度較大，隨著海拔升高，氣溫變幅縮小，山頂氣溫變幅最小，相對(duì)穩(wěn)定少變。結(jié)合圖 1b 可以看出，各海拔都是白天溫度明顯高于夜間，而且在低海拔白天和夜間的溫度差更明顯( 170 m 相差 4. 2 ℃ ) ，高海拔溫度差明顯縮小( 1072 m 山頂相差 2. 5 ℃ ) 。白天的氣溫隨海拔的遞減率 ( 0. 73 ℃ /100 m ) 明 顯 大 于 夜 間 ( 0. 54 ℃ / 100 m) 。

　　2. 2 氣溫立體年變化特征

　　麗水白云山森林公園氣溫的年變化特征如圖 2 所示。不同海拔的氣溫月變化曲線均呈單峰分布( 圖 2a) ，峰值出現(xiàn)在 7 月，谷值出現(xiàn)在 1 月。氣溫隨著海拔的升高而逐漸降低，海 拔 1072 m 的白云山氣溫最低 ( 年 平 均 氣 溫 13. 2 ℃ ) ，海拔 170 m 的綠谷莊園溫度相對(duì)最高 ( 18. 9 ℃ ) ，其他3 站點(diǎn)氣溫居中。另外，隨海拔升高，氣溫年較差減小，山頂?shù)陌自粕秸練鉁啬贻^差 19. 5 ℃，山腳的綠谷莊園氣溫年較差 20. 7 ℃，但幅度不大( 1. 2 ℃ ) 。年平均氣溫隨海拔遞減率降低為0. 6 ℃ /100 m，不同月份氣溫隨海拔遞減率有所差異，以 7 月最高，1 月最低。海拔每升高 100 m，7—10 月份氣溫下降約0. 7 ℃ ( 遞減率 0. 68 ～ 0. 70 ℃ /100 m) ，1—6 月和 11— 12 月氣溫隨海拔的遞減率約 0. 6 ℃ /100 m( 0. 57 ～ 0. 63 ℃ /100 m) 。

　　根據(jù)白云山森林公園四季溫度隨海拔變化特征( 圖 2b) 可以看出，夏季溫度最高( 5 站點(diǎn)平均溫度 24. 6 ℃ ) ，冬季氣溫最低( 6. 5 ℃ ) ，秋季和 春 季 居 中，且 秋 季 ( 17. 7 ℃ ) 高 于 春 季 ( 15. 5 ℃ ) ，年平均氣溫也比較舒適( 16. 1 ℃ ) 。不同季節(jié)氣溫都是隨海拔升高而降低的，四季溫度遞減率變幅也較為接近，分布在 0. 59 ℃ / 100 m ( 冬 季) ～ 0. 66 ℃ /100 m ( 夏 季) ，相 差不大。

　　3 白云山森林公園降水立體氣候變化特征

　　3. 1 降水立體日變化特征

　　從麗水市白云山森林公園不同海拔降水的日變化特征( 圖 3a) 可以看出，白云山森林公園降水主要集中在午后至上半夜時(shí)段( 13: 00— 23: 00) ，且在傍晚 17: 00( 5 站點(diǎn)平均小時(shí)降水量 0. 30 mm) 出現(xiàn)峰值; 除此以外，在上半夜 20: 00 也出現(xiàn) 1 個(gè)次峰值( 0. 26 mm) 。不同海拔的降水總體隨時(shí)間變化趨勢(shì)一致，只是變化幅度稍有差異，總體表現(xiàn)為中海拔的 3 個(gè)站點(diǎn)( 快活林 450 m，實(shí)驗(yàn)林場 640 m 和陳寮山756 m) 的降水量比高海拔站點(diǎn)( 白云山1072 m) 和低海拔站點(diǎn)( 綠谷莊園 170 m) 降水量偏高。

　　白天和夜間降水量對(duì)比( 圖 3b) 來看，白天降水明顯多于夜間，主要是因?yàn)槲绾蠼邓^多，以及 17: 00 點(diǎn)最大降水出現(xiàn)在白天段( 08—20 時(shí)) 。降水隨海拔變化，無論白天還是夜間，都呈現(xiàn)出“先增多，后減少”的變化趨勢(shì)，中間 3 個(gè)海拔的降水量明顯多于山頂和山腳，尤其是 640 m 高度降水量最為明顯。

　　3. 2 降水立體年變化特征

　　根據(jù)白云山降水的年變化特征( 圖 4a) 可以看出，不同海拔降水量的月變化趨勢(shì)基本一致，降水量峰值都出現(xiàn)在 6 月，次峰值出現(xiàn)在 8—9 月。從天氣形勢(shì)角度出發(fā)，5—6 月又被稱為主汛期，初夏梅雨期，多連陰雨天氣，雨量集中，暴雨次數(shù)多，常造成洪澇災(zāi)害，降水比其他月份明顯偏多; 8—9 月經(jīng)常受到熱帶氣旋的影響，是臺(tái)風(fēng)影響最頻繁的時(shí)候，雨量較為充沛，因此也稱這段時(shí)間為臺(tái)汛期，降水也相對(duì)較多[12]。而秋、冬季則多受高壓系統(tǒng)控制，天氣晴朗少雨，降水明顯偏少。不同海拔降水對(duì)比來看，整體表現(xiàn)為中間海拔的 3 個(gè)站點(diǎn)，快活林 450 m、實(shí)驗(yàn)林場 640 m 和陳寮山 756 m 的年降水量 ( 分 別 是 1665. 4 mm、1704. 9 mm 和 1680. 4 mm) ，比高海拔站點(diǎn)白云山 1072 m( 年降水 量 1458. 8 mm) 和低海拔站點(diǎn)綠谷莊園 170 m( 年降水量 1403. 3 mm) 降水量明顯偏多。降水還與坡度有一定關(guān)系[13]，今后將結(jié)合 GIS 做進(jìn)一步分析。

　　白云山森林公園季節(jié)降水隨海拔變化特征 ( 圖 4b) 可以看出，夏季( 6—8 月) 降水量最多，各海拔平均降水量 660. 8 mm，春季次之( 3—5 月 432. 9 mm) ，隨之是秋季( 9—11 月331. 1 mm) ，冬季最少( 12—次年2 月162. 0 mm) 。另外，海拔較高觀測點(diǎn)( 1072 m 的白云山) 和較低觀測點(diǎn)( 170 m 的綠谷莊園) 降水比中間區(qū)域( 海拔在 450、 640 和 756 m 的快活林、實(shí)驗(yàn)林場和陳寮山) 的降水量明顯偏少，即降水量隨著海拔的增加都是先增大后減小的，在海拔 600 ～ 800 m 之間降水量較大。綜合來看麗水白云山森林公園的最大降水高度約為海拔 700 m 左右，在最大降水量高度 700 m 以下降水量隨海拔的增加而增大，其中以夏季降水量隨海拔的遞增率( 41. 0 mm /100 m) 最大，過了最大降水高度，降水量隨海拔增加而減少。

　　4 白云山森林公園風(fēng)速立體氣候變化特征

　　4. 1 風(fēng)速立體日變化特征

　　從白云山森林公園風(fēng)速隨海拔的日變化特征( 圖 5a) 可以看出，1072 m 的白云山頂風(fēng)速最大，日平均風(fēng)速 4. 7 m /s，由于山頂?shù)貏?shì)空曠，下墊面摩擦作用小，風(fēng)速在各時(shí)段都明顯大于其他高度，夜間風(fēng)速較為平穩(wěn)，約 5. 2 m /s，在 21: 00 達(dá)到最大值 5. 4 m /s，但在白天段 08: 00— 20: 00 形成一個(gè)風(fēng)速低谷，尤其是午后 14: 00 左右風(fēng)速達(dá)到最低值( 3. 5 m /s，與最大風(fēng)速相差 1. 8 m /s) 。756 m 的陳寮山站風(fēng)速較山頂( 白云山站) 明顯減小，日平均風(fēng)速 2. 4 m /s，風(fēng)速隨時(shí)間也是“先減小，后增大”的變化趨勢(shì)，但變幅明顯減小，最大與最小風(fēng)速僅相差 0. 8 m /s。3 個(gè)低海拔的風(fēng)速日變化趨勢(shì)較為相似，風(fēng)速由高到低分別是 170 m 綠谷莊園( 1. 6 m /s) ，450 m 快活林( 1. 2 m /s) ，最低的是 640 m 的實(shí)驗(yàn)林場 ( 僅 1. 1 m /s) ，這與站點(diǎn)分布的地理位置、坡向坡度、植被密度等因素有關(guān)，實(shí)驗(yàn)林場周邊植被茂密，一定程度上阻礙了空氣的流通，從而降低了風(fēng)速。低海拔的 3 站點(diǎn)，風(fēng)速日變化特征與高海拔的相反，隨時(shí)間“先增大，后減小”的變化趨勢(shì)，在白天段 08: 00—20: 00 形成一個(gè)小高峰，從上午 08: 00 左右風(fēng)速開始逐漸增大，在午后 15: 00 左右達(dá)到最大值，隨后再逐漸減小，風(fēng)速最低值出現(xiàn)在早晨 07: 00 左右。

　　白云山風(fēng)速隨海拔變化( 圖 5b) 來看，風(fēng)速都是隨高度先減小后增大，其中夜間風(fēng)速隨海拔的變化幅度更大。另外，白天與夜間風(fēng)速曲線在海拔 700 m 左右出現(xiàn)交叉，即 700 m 以上高度，夜間風(fēng)速大于白天，700 m 以下高度，白天風(fēng)速大于夜間。

　　4. 2 風(fēng)速立體年變化特征

　　白云山風(fēng)速年變化趨勢(shì)如圖 6a 所示，不同海拔月平均風(fēng)速白云山頂最高( 7. 6 m /s) ，實(shí)驗(yàn)林場最低( 2. 8 m /s) ，這與林場周邊植被茂密，下墊面風(fēng)阻較大有一定關(guān)系。白云山頂植被較為稀疏，地勢(shì)空曠，風(fēng)速變化受下墊面的影響較小，比較有代表性，山頂風(fēng)速隨月份主要表現(xiàn)為 “先增大，后減小”的趨勢(shì)，形成“兩峰兩谷”的分布特征，3—8 月風(fēng)速相對(duì)較大，其中 6 月風(fēng)速最大( 9. 0 m /s) ，次峰值在 4 月( 8. 5 m /s) ，2 月和 9 月風(fēng)速最小( 均為 6. 7 m /s) 。而其他幾個(gè)海拔風(fēng)速受白云山森林公園茂密樹林分布的影響較大，風(fēng)速隨月份波動(dòng)變化為主，變化幅度不一致，風(fēng)速峰值和谷值出現(xiàn)時(shí)間也不一致。

　　四季風(fēng)速相差不大( 圖 6b) ，春、夏季風(fēng)速稍大( 4. 6 m /s) ，秋、冬季風(fēng)速稍小( 4. 1 m /s) 。風(fēng)速隨海拔都表現(xiàn)為先減小后增大，640 m 實(shí)驗(yàn)林場是風(fēng)速變化的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，640 m 以下風(fēng)速遞減率較小，隨海拔每升高 100 m，風(fēng)速下降 0. 1 m /s ( 冬、春季) ～ 0. 2 m /s( 夏、秋季) ; 640 m以上風(fēng)速隨海拔快速遞增，每升高 100 m，風(fēng)速約增加 1. 0 m /s( 冬季) ～ 1. 3 m /s( 夏季) 。隨著海拔的增加，風(fēng)速受下墊面的影響減小，風(fēng)速增加也較為明顯。

　　相關(guān)期刊推薦：《氣候與環(huán)境研究》(雙月刊)創(chuàng)刊于1996年，由中國科學(xué)院大氣物理研究所;世界氣候研究計(jì)劃中國國家委員會(huì)主辦。本刊刊登的稿件主要有：反映氣候與環(huán)境領(lǐng)域代表我國科研水平的、具有一定創(chuàng)造性的學(xué)術(shù)論文、短論和研究簡報(bào)，有關(guān)國內(nèi)外氣候與環(huán)境領(lǐng)域新動(dòng)向、新問題的綜合評(píng)述，有關(guān)學(xué)術(shù)會(huì)議的報(bào)道，書刊評(píng)介等。有投稿需求的，可以與在線編輯聯(lián)系。

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