南極中山站主要氣象要素特征分析

卞磊

摘要 ? ?南極地區(qū)是全球大氣研究計劃（GARP）、世界氣候研究計劃（WCRP）以及國際巖石圈-生物圈計劃（IGBP）研究全球變化的關(guān)鍵地區(qū)。全球大氣是一個相互作用和影響的統(tǒng)一整體，要了解全球氣候變化，就必須對南極地區(qū)有所研究。本文主要根據(jù)2008—2009年南極中山站氣象觀測資料，對站區(qū)周圍風(fēng)、溫度、濕度、氣壓等氣象要素的變化特征進行了統(tǒng)計與分析，有助于了解和研究中山站地區(qū)的氣候概況，對將來的南極科學(xué)考察及全球氣候變化研究有重要意義。

關(guān)鍵詞 ? ?中山站;南極;風(fēng);溫度;濕度;氣壓

中圖分類號 ? ?P412.3 ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼 ? ?A

文章編號 ? 1007-5739（2020）04-0172-03 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）

近年來，南極地區(qū)一直是世界各國研究的焦點和關(guān)鍵地區(qū)，已列入全球大氣研究計劃（GARP）、世界氣候研究計劃（WCRP）以及國際巖石圈-生物圈計劃（IGBP）。大氣系統(tǒng)是一個統(tǒng)一體，既相互作用又相互影響，要了解全球氣候變化，對南極地區(qū)的專項研究必不可少。氣象要素的分布和季節(jié)變化反映了南極地區(qū)的大氣背景情況，對了解南極氣候非常重要。因此，關(guān)于南極地區(qū)的氣象要素的研究對了解和研究南極天氣氣候以及探討全球氣候變化等具有重要的科學(xué)意義。

1 ? ?資料來源

本文數(shù)據(jù)來自2008—2009年南極中山站氣象觀測資料。中山站建站于1989年2月，位于南極東大陸的拉斯曼丘陵，海拔14.9 m，自建站以來就被列入了世界氣象組織（WMO）南極基本天氣網(wǎng)（ABCN）和南極基本氣候觀測系統(tǒng)地面站（ABSN）以及全球氣候觀測系統(tǒng)地面站網(wǎng)（GSN）。該站冬季被積雪覆蓋，夏季則為裸露的砂石，由于其位于南極圈以內(nèi)，每年都有55 d極晝（11月下旬至翌年1月上旬）與58 d極夜（5月下旬至7月上旬）。

2 ? ?各氣象要素分析

2.1 ? ?風(fēng)

空氣的運動產(chǎn)生氣流，氣象學(xué)規(guī)定空氣的水平運動稱作風(fēng)。熱力和地面摩擦等綜合作用使得空氣運動存在于水平方向和垂直方向上。一般來說，水平方向上的風(fēng)速比垂直方向上的大1個數(shù)量級以上，即水平風(fēng)速遠大于垂直風(fēng)速。為了使不同區(qū)域的觀測結(jié)果具有比較性，WMO規(guī)定所有氣象臺站的風(fēng)向風(fēng)速儀設(shè)在離地10 m高度處，并要求四周開闊、無障礙物。

分析中山站2008—2009年16方位風(fēng)向頻率可知，中山站的風(fēng)向以東風(fēng)為主，風(fēng)向頻率為35.2%;其次為東南東和東北東，風(fēng)向頻率分別為27.1%和18.3%，東北東（ENE）至東南東（ESE）風(fēng)向頻率高達80.6%。西北西（WNW）象限風(fēng)向全年出現(xiàn)頻率略高于2%，其他象限風(fēng)向的出現(xiàn)頻率則更低。

根據(jù)中山站每小時風(fēng)的觀測資料，逐月統(tǒng)計出的月平均風(fēng)速與大風(fēng)日數(shù)（表1）。可以看出，中山站的各月平均風(fēng)速介于3.7～6.3 m/s之間，年平均風(fēng)速為5.7 m/s。秋季（3—5月）、冬季（6—8月）風(fēng)速大于年平均值;最大風(fēng)速出現(xiàn)在4月，為6.3 m/s;7月以后風(fēng)速逐漸下降，春季（9—11月）、夏季（11月至翌年2月）風(fēng)速低于年平均風(fēng)速;最小風(fēng)速出現(xiàn)在1月，為3.7 m/s;1月以后風(fēng)速逐漸增加。

大風(fēng)日數(shù)定義為只要當(dāng)日最大風(fēng)速≥13.9 m/s，便記為1個大風(fēng)日。統(tǒng)計結(jié)果表明，中山站該年平均大風(fēng)日數(shù)為117 d，大風(fēng)日出現(xiàn)頻率為32%;全年7月出現(xiàn)大風(fēng)日數(shù)最多，為16 d;其次是2—4月，分別為12、12、13 d，1月大風(fēng)日數(shù)最少，僅有5 d;其他各月大風(fēng)日數(shù)均在7～9 d之間。該地之所以大風(fēng)頻繁，是因為其處于南極東大陸大冰蓋的前緣，受冰蓋的熱匯作用和冰面的冷卻效應(yīng)影響，產(chǎn)生了強烈的下降風(fēng)。

圖1和圖2分別為中山站風(fēng)向和風(fēng)速的各季節(jié)平均日變化曲線。可以看出，春、夏季風(fēng)向日變化明顯，風(fēng)速變化呈正弦波形。春季0：00—10：00之間風(fēng)向與風(fēng)速均較平穩(wěn)，之后風(fēng)速明顯減小，于20：00又開始增大，風(fēng)先向南偏轉(zhuǎn)后又于17：00開始向北偏轉(zhuǎn)，但始終為東風(fēng)。夏季，中山站的風(fēng)向與風(fēng)速的日變化幅度較大。可以看出，在0：00—7：00之間，風(fēng)速明顯加大，風(fēng)向平穩(wěn);之后風(fēng)速減小，風(fēng)向向南偏轉(zhuǎn);在日落之后，風(fēng)速再次加大，風(fēng)向開始向北偏轉(zhuǎn)。這是由于地表溫度的日變化，會導(dǎo)致近地層逆溫強度的改變，當(dāng)?shù)乇頊囟却笥跉鉁貢r，近地面暖空氣向山上爬升，出現(xiàn)上坡風(fēng)。發(fā)生上坡風(fēng)時，風(fēng)向的偏轉(zhuǎn)與中山站地處南高北低的地勢相符。秋季和冬季，風(fēng)速和風(fēng)向沒有明顯的日變化特征，這是因為全天地表溫度與氣溫均無明顯的日變化，溫差變化幅度較小，沒有導(dǎo)致坡風(fēng)的日變化，下坡風(fēng)持續(xù)盛行，風(fēng)速比夏季更大。

2.2 ? ?氣溫和地表溫度

從表2可以看出，該站的年平均氣溫約為-10.8 ℃，各月平均氣溫均低于0 ℃;1月、12月氣溫接近0 ℃，約為 -0.8 ℃;最低月平均氣溫為-21.0 ℃，出現(xiàn)在8月;氣溫年較差20.2 ℃。1—6月氣溫下降非常明顯，7月出現(xiàn)短暫回升并于8月達到全年最低氣溫;9—12月升溫十分迅速。地表溫度的變化趨勢與氣溫接近，年平均地表溫度為-9.4 ℃;1月溫度最高，為3.2 ℃;之后快速下降，8月達到最低溫度-24.5 ℃。整體特征類似于W.Schwerdtfeger指出的南極“無心冬季”和“短暫夏季”的氣溫變化特征[4]。

圖3反映了中山站氣溫與地表溫度的季節(jié)平均日變化特征。可以看出，氣溫在各個季節(jié)均無明顯的日變化，夏季最低氣溫出現(xiàn)在5：00—7：00;隨后氣溫緩慢升高，并于18：00—20：00升至最高;日較差僅為2.8 ℃。氣溫日變化幅度較小是夏季多極晝、多陰雨天氣且天氣形勢相對平穩(wěn)等因素共同作用的結(jié)果。夏季地表溫度高于氣溫，有明顯的日變化;夜間地表溫度下降，日出前地表溫度下降達到全天的最低值;日出后地表溫度開始上升，在日落時達到全天的最高溫度。在冬季，氣溫日較差僅有0.6 ℃，氣溫變化平緩，無峰谷值，是由于冬季多極夜、多陰天以及地表始終有冰雪覆蓋等因素造成;地表溫度低于氣溫，亦無明顯的日變化，這是由于太陽輻射的影響，夏季太陽輻射強且日變化明顯，而在冬季太陽輻射強度很弱。相較于中山站夏季地表溫度的日變化，氣溫日變化并不明顯。這是由于中山站地區(qū)的氣候較為干燥，地表的熱容量比大氣小很多，地表溫度會隨著太陽輻射強度的變化而迅速變化。

2.3 ? ?氣壓

測量氣壓、掌握氣壓變化規(guī)律，對于天氣分析和天氣預(yù)報具有重要的意義。中山站（東經(jīng)76°22′42″，南緯69°22′24″）坐落于南極東大陸的邊緣，極地氣候特征顯著。南極大陸終年被極地高壓控制，被活躍的繞極氣旋活動區(qū)所包圍，內(nèi)陸氣壓高，周邊氣壓低。由于常年受極地高壓和繞極氣旋的影響，特別是隨著極地高壓和副熱帶高壓的強弱變化，繞極低壓帶的位置有明顯變化，中山站多年平均氣壓僅為985.3 hPa。

圖4是中山站2008—2009年月平均氣壓的變化曲線。由圖可以看出，中山站氣壓的年變化幅度較小，年平均氣壓為986.9 hPa，2—7月平均氣壓高于年平均氣壓，其他月則低于年平均氣壓。全年以4月平均氣壓最高，為991.2 hPa;10月平均氣壓最低，為979.4 hPa;年較差11.2 hPa。最高氣壓與最低氣壓的月平均氣壓的變化趨勢相似。氣壓最高值為1 019.4 hPa，出現(xiàn)在4月;最低值為949.5 hPa，出現(xiàn)在11月。

3 ? ?結(jié)論

（1）風(fēng)向以偏東風(fēng)為主，全年東北東—東南東象限風(fēng)向頻率高達80.6%。年平均風(fēng)速為5.7 m/s;2—7月風(fēng)速較大，8月至翌年1月風(fēng)速較小;最大風(fēng)速為4月的6.3 m/s，最小風(fēng)速為1月的3.7 m/s。春季、夏季風(fēng)速日變化明顯，呈正弦波形;秋季、冬季風(fēng)速變化平穩(wěn)，日變化特征不明顯。受下降風(fēng)影響，全年大風(fēng)日數(shù)多。

（2）中山站2008—2009年氣溫較低，年平均氣溫為 -10.8 ℃，各月氣溫均低于0 ℃，1月氣溫最高，為-0.8 ℃，8月氣溫最低，為-21.0 ℃，較往年有降溫趨勢。地表溫度的變化趨勢與氣溫相似，但春季、夏季高于氣溫，秋季、冬季低于氣溫，年平均地表溫度-9.4 ℃;地表溫度最高與最低分別為3.2、-24.5 ℃，出現(xiàn)在1月和8月。

（3）空氣濕度小，氣候干燥，年平均濕度僅有2.76 g/kg，月變化不明顯，但有一定的季節(jié)差異。

（4）年平均氣壓986.9 hPa，月際變化平穩(wěn)，年較差小;最高氣壓月平均氣壓991.2 hPa，最低月平均氣壓979.4 hPa。

4 ? ?參考文獻

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[5] 楊清華，張林，李春花，等.南極中山站氣象要素變化特征分析[J].海洋通報，2010，29（6）：601-607.