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体感0温度计算方法 孙凤华 班显秀 齐丽丽 辽宁省气象局沈阳区域气象中心研究所 沈阳 110016 辽宁省自然科学基金项目 002022 资助 来稿日期 2002 年 1 月 28 日 定稿日期 2002 年5 月 14 日 作者简介 孙凤华 女 1963 年出生 1985 年毕业于南京气象学院气象系 副研究员 主要从事城市环境气象和应用气候研究 摘要 根据沈阳观象台 2000 年 1 月至2001 年12 月百叶箱外温度和同期常规气象观测资料 分析了百叶箱外温度 的分布特征及成因 百叶箱外温度与百叶箱内温度相比 具有日较差增大 日最高温度夏季增幅最大 日最低温度 秋季减幅最大等特点 可以更好地代表体感温度 专业气象服务中可采用百叶箱外温度加上风速和温度订正计算 体感温度 应用逐步回归分析方法建立了百叶箱外日最高 日最低温度的预报模型 关键词 百叶箱外温度 体感温度 计算方法 引言 在目前广泛开展的城市环境气象服务中 体感 温度的预报是重要的服务项目之一 研究人员对体 感温度的定义是比较一致的 即考虑了空气温度 辐 射 湿度和风速等因素的综合影响 人体所感受到的 冷暖程度为体感温度 但在具体应用时 计算方法 却不尽相同 没有一个统一的指标 通常是气温加上 一个或几个影响体感温度要素的订正值 称为体感 温度 为了研究体感温度的计算和预报等问题 一 些城市开展了百叶箱外温度的观测项目 有的城市 直接将百叶箱外温度当作体感温度 1 本文根据 实测资料分析了百叶箱外温度与体感温度的关系 给出采用百叶箱外温度计算和预报体感温度的方 法 1 资料 百叶箱外温度不属于常规观测要素 普遍采用 的观测方法是 在观测场百叶箱附近裸露设一温度 观测架 温度表或温度感应头的高度和位置设置与 百叶箱内相同 这样就可获得与百叶箱内温度同步 的百叶箱外温度资料 以 1 月 4 月 7 月和 10 月分 别代表冬季 春季 夏季和秋季 沈阳观象台获得了 2000 年 1 月 4 月 7 月 10 月百叶箱外的逐日 4 个 时次温度 02 08 14 20 时 和日最高温度 日最低 温度的观测资料 2000 年 10 月至 2001 年 12 月的 自动气象站自记观测资料 利用这些资料与同时段 的常规观测数据做了对比和相关分析 2 百叶箱外温度的时空分布特征 211 日最高温度和日最低温度温差分布特征 表 1 给出百叶箱外与百叶箱内日最高温度和日 最低温度温差 表 1 百叶箱外与百叶箱内日最高和日最低温度温差 e 1月 冬季 4 月 春季 7 月 夏季 10 月 秋季 最大 差值 最小 差值 日最高温度温差1 61 62 21 64 6 0 5 日最低温度温差 1 2 1 9 3 1 3 60 1 4 2 由表 1 可见 与百叶箱内温度相比 百叶箱外具 有日最高温度较高 日最低温度较低的特点 温度日 较差增大 百叶箱外与百叶箱内日最高温度温差的 年平均值为 1 75e 最大差值 4 6e 出现在冬季 月平均差值夏季最大 为 2 2e 冬 春 秋季基本相 同 百叶箱外与百叶箱内日最低温度的年平均值为 2 38e 最大差值 4 2e 出现在夏季 月平均差值 以秋季最大 冬季最小 分别为 3 6 e 和 1 2 e 百叶箱外与百叶箱内温差的日变化特征为 早 第 30卷第 5期 2002年 10 月 气 象 科 技 METEOROLOGICAL SCIENCE AND TECHNOLOGY Vol 30 No 5 Oct 2002 上 07 时至晚上 18 时 百叶箱外温度高于百叶箱内 温度 在 13 时温差最大 18 时至 08 时 百叶箱外温 度低于百叶箱内温度 212 日最高和最低温度温差与总云量的关系 把日平均总云量分为四段 风速从 0 开始按 1m s 间隔分段 统计分析各段百叶箱外与百叶箱内 日最高和日最低温度温差的平均值 结果表明 日 最高温度温差与总云量呈明显的负相关 总云量值 越大 日最高温度温差越小 反之 日最高温度温差 越大 日最低温度温差与总云量无关 表 2 日最 高和日最低温度温差与风速相关不显著 表 2 日最高温度温差和日最低温度温差 与总云量的统计结果 总云量 成 N 22 N 5 5 8 样本数 个 29264028 平均日最高温度温差 e 2 111 721 691 00 平均日最低温度温差 e 1 88 1 88 2 34 2 11 2 3 百叶箱外与百叶箱内温度差异的原理解释 白天自然情况下 在百叶箱外测得的温度包含 了观测元件吸收太阳辐射 使百叶箱外温度较高 而 人体对太阳辐射的感觉与观测元件感应温度的趋向 是一致的 在同等气温条件下 太阳辐射越强 人感 觉越热 观测元件感应的温度也越高 比较而言 百 叶箱内温度能较好的代表气温 而百叶箱外温度比 百叶箱内温度能更好的代表人体感觉温度 箱外最 低温度低于箱内温度的主要原因有两个 一是百叶 箱等设备白天吸收热量而夜间以长波辐射的形式释 放出来 使百叶箱内气温较高 二是百叶箱内气流速 度远小于百叶箱外 一般认为百叶箱内风速约为百 叶箱外风速的三分之一 致使测量元件与自然空气 达到热平衡的时间延长 夜间 地面净辐射为负值 温度持续降低 在日出前达到最低 日出后 净辐射 转为正值 温度很快回升 受其影响 近地层气温也 呈此变化 2 这样 百叶箱内最低温度要高于实际 的最低温度 因此 夜间在百叶箱外测得的最低温 度应该更接近自然空气的最低温度 采用在百叶箱 外温度加上风速和湿度影响的订正值计算体感温度 效果会更好 3 百叶箱外最高温度和最低温度预报 在专业气象服务中 通常给出日最高和日最低 体感温度的预报 采用百叶箱外温度后 体感温度 Tg 的表达式可写为 Tg To Tu Tv 1 式中 To为百叶箱外温度 Tu Tv分别为湿度和风 速对体感温度的订正值 根据沈阳观象台获得的数 据分析 百叶箱外与百叶箱内的最低温度温差变化 比较平稳 但有季节变化 可在不同季节加入一个常 量订正 计算百叶箱外最低温度 Tomin 的公式为 Tomin Timin Toimin 2 式中 Timin为百叶箱内最低温度 Toimin为百叶箱 外与百叶箱内最低温度之差 不同季节的取值见表 1 第 2 栏 百叶箱外与百叶箱内日最高温度温差主要受辐 射条件的影响 我们选择同期和前期的气象因子与 日最高温度温差做逐步回归分析 3 得到日最高温 度温差 Toimax 的回归方程为 Toimax 1 4445 0 1244x1 0 17303x2 3 计算百叶箱外日最高温度 Tomax 的公式为 Tomax Timax Toimax Timax 1 4445 0 1244x1 0 17303x2 4 式中 x1为日照时数 x2为日平均 4次观测平均 总云 量 Timax为百叶箱内最高温度 式 3 的 F 值为23168 达A 0 05 显著水平 这表明白天造成百叶箱外和百 叶箱内最高温度温差的主要因素是辐射条件 采用式 1 和式 4 代入天气预报和数值预报 结果 即可算出百叶箱外最高温度和最低温度的预 报结果 由于体感温度受到诸多因素的影响 体感 温度与百叶箱外温度不是简单的线性关系 因此 没 有一种方法在任何情况下都适用 需根据本地的气 候特点进行订正 在东北地区 辐射和风速订正非 常重要 全年都要考虑 而在非沿海地区很少需要做 湿度订正 据张书余的湿度订正表 1 订正值 015e 的气象条件为 日平均相对湿度 f 90 且 Tmax 33e f 75 且 Tmax 35 e f 60 且 Tmax 36e 4 f 50 且 Tmax 39e 根据 订正值 015 e 的气象条件 沈阳地区 2000 年无一 日达到订正条件 4 小结 1 百叶箱外温度与百叶箱内温度有较大差 下转 303 页 2835 期 孙凤华等 体感0温度计算方法 表 3 700hPa 引导气流与相应地面系统移速 引导气流风速 m s 1地面系统移速 km h 1 24 3 48 6 613 0 817 3 1021 6 1225 8 1430 2 1634 6 213 预报及评定标准 在实际预报中 以能被 5 整除的数作为基数 相 对湿度预报值跨度为 5 如预报第二天最小相对 湿度 45 50 每天下午发布当日 20 时和第 2 天 02 08 14 时最大 最小相对湿度 预报评定标准 见表 4 表 4 相对湿度预报评定标准 预报误差 评定 得分 01 0 1 50 8 6 100 6 100 将每天的实况和上一天的预报进行评定 计算 总得分 除以当月的天数 得出当月的预报准确率 3 小结 1 三峡坝区相对湿度的年际变化不明显 年降 水量和年雨日的年度差异是造成相对湿度年际波动 的直接原因 受季风气候的影响 三峡坝区具有雨 热同季 温湿同步的变化特征 一般情况下相对湿 度的日变化与气温反位相 但对特殊天气应进行具 体分析 2 应用马格努斯经验公式 建立了三峡坝区相 对湿度与气温和露点温度的定量关系式 从而将相 对湿度的预报转化为气温和露点温度的预报 其预 报思路清晰实用 经 2000年 10 11 月试用 准确率 达 92 3 参考文献 1 苏联中央预报研究所 短期天气预报指导 李艺 张杏珍译 北京 科学出版社 1965 1 17 上接 283 页 别 比较而言 百叶箱外温度能更好的代表体感温 度 引入百叶箱外温度计算体感温度效果较好 2