年平均气温反映了各地区地表辐射-热量平衡和大气环流的特点。在我国东半部,年平均气温由南海诸岛25℃到黑龙江省北部-5℃以下,自南向北随纬度升高而降低。在西半部,因为主要受地势的影响,青藏高原大部地区的年平均气温在0℃以下。新疆境内除天山和阿尔泰山区处,大部分地区在0℃以上(图13)。
在现代气候条件下,年平均气温与多年冻土区(带)界限有一定的相关性。如在我国东北,多年冻土区南界与年平均气温0℃线相当;在西部高山、高原,多年冻土带下界大致与年平均气温-2~-3℃相当。年平均气温与冻土年平均温度(年变化深度、季节冻结和融化层底面)之间也有良好的相关关系。对此,本书有关冻土特征的章节中还要作专门论述。
年平均气温的分布明显受到纬度、经度和海拔高度的影响。邱国庆、程国栋(1995)曾对我国各主要多年冻土区及其附近的年平均气温(T)与纬度(x1)、经度(x2)及海拔(x3)的关系,用表1-4回归方程予以概略描述。
由表1-4中式(1-5)至式(1-7)可见,在上述地区,年平均气温均有向北、向东及向高处降低的趋势。确切地说,在经度、海拔相同的情况下,年平均气温随纬度的增加而降低;在纬度、海拔相同时,年平均气温随经度的增加而降低;在相同的经度和纬度下,年平均气温随海拔的升高而降低。
表1-4 我国各地区年平均气温(T)和年降水量(P)与纬度(x1)、经度(x2)、
海拔高度(x3)的相关关系
类别 | 地区 | 站数 | 回归方程 xi(度) | 相关系数 R | 与Xi对应的标准 回归系数B i |
年 平 均 气 温 (℃) | 东北部 | 120 | T=59.499-0.8015 X1-0.1479 X2 -0.005036 X3 (1-5) | 0.9323 | B1=-0.6661 B2=-0.1595 B3=-0.4429 |
新疆地区 | 55 | T=67.3733-1.1583 X1-0.0594 X2 -0.005164 X3 (1-6) | 0.9389 | B1=-0.7798 B2=-0.0617 B3=-0.7917 | |
青藏高原 | 78 | T=66.3032-0.9197 X1-0.1438 X2 -0.005596 X3 (1-7) | 0.9526 | B1=-0.7674 B2=-0.1991 B3=-1.1159 | |
年 降 水 量 (mm) | 东北部 | 120 | P=-1017.4003-36.1157 X1+ 25.63 X2-0.03966 X3 (1-8) | 0.7364 | B1=-0.7002 B2=-0.6449 B3=0.0815 |
新疆地区 | 55 | P=-767.4394+28.2917 X1- 4.9901 X2-0.104 X3 (1-9) | 0.7154 | B1=-0.6783 B2=-0.1021 B3=0.5678 | |
青藏高原 | 78 | P=-1869.4323-38.7323 X1+ 33.8612 X2-0.08869 X3 (1-10) | 0.8332 | B1=-0.6378 B2=-1.0051 B3=0.3855 |
比较上述各式中对应于各因子xi的标准回归系数Bi值大小,可以看出:对于东北地区是|B1|>|B3|>|B2|,纬度是决定东北地区年平均气温的最显著因素,海拔第二,经度第三。对于新疆地区和青藏高原,均有|B3|>|B1|>|B2|,海拔是决定年平均气温的最显著因素,纬度第二,经度第三。
从全国来看,据666个站的资料统计,得到表1-5中的(1-11)至(1-13)式。由式(1-11)可见,全国范围的年平均气温同样具有向北、向东和向高处降低的趋势,而决定年平均气温最显著的因素是纬度,其次是海拔高度,第三是经度。式(1-12)表明,冬季气温的分布趋势及各因素显著性次序,均与年平均气温相同。而全国夏季气温随纬度、经度及海拔高度的分布趋势同前,但最显著因素是海拔高度,第二是纬度,第三是经度(见1-13)式。
表1-5 全国范围内气温(℃)和年降水量(mm)与纬度(x1)、经度(x2)、
海拔高度(x3)的相关关系
类别 | 站数 | 回归方程 xi(度) | 相关系数 R | 与Xi对应的标准 回归系数B i |
年平均气温 | 666 | T=52.5023-0.7108 X1-0.1219 X2 -0.0042 X3 (1-11) | 0.9792 | B1=-0.7497 B2=-0.2064 B3=-0.6886 |
冬季平均气温 (12-2月) | 666 | T w=57.8026-1.2584 X1 -0.1195 X2-0.0035 X3 (1-12) | 0.9781 | B1=-0.9025 B2=-0.1377 B3=-0.3892 |
夏季平均气温 (6-8月) | 666 | T s=45.9571-0.2224 X1 -0.1079 X2-0.0048 X3 (1-13) | 0.9653 | B1=-0.3069 B2=-0.2390 B3=-0.0202 |
年降水量 | 666 | P=1474.724-55.47 X1 +12.326 X2-0.097 X3 (1-14) | 0.8728 | B1=-0.7750 B2=0.2765 B3=-0.2096 |
冬季降水量 (12-2月) | 666 | P w=148.6501-5.4460 X1 +1.0097 X2-0.0165 X3 (1-15) | 0.7246 | B1=-0.6031 B2=0.1796 B3=-0.2823 |
夏季降水量 (6-8月) | 666 | P s=411.3320-20.7477 X1 +6.6101 X2-0.0195 X3 (1-16) | 0.7915 | B1=-0.6957 B2=0.3559 B3=-0.1008 |
注:本表资料据赵林计算。
从我国1月和7月平均气温分布图(图1-4和图1-5)上看出,1月平均气温分布受纬度影响明显,而7月平均气温分布受海拔高度影响更大些。1月份是全年最冷的月份(极少数滨海和岛屿地区除外),7月份多是各地最热的月份。这正是大陆性气候的特点。1月平均气温在大小兴安岭到-24℃~-30℃以下,黑龙江省、内蒙古的呼盟和锡盟地区、阿尔泰山和天山地区及藏北高原在-20℃以下。1月平均气温0℃线(即有名的秦淮线)为我国温带与亚热带的分界线,并作为季节冻土区的南界(耿大定等,1978;张家诚等,1985)。实际上,在此线以南仍有短时冻土,其存在时间不足1个月。1月份20℃等温线在海南岛最南部通过,南沙群岛最南部达25~26℃。7月份平均气温,在大小兴安岭、阿尔泰山和天山及青藏高原都低于20℃,青藏高原内部最低,在10℃以下,全国其他地区都在20~28℃之间。
冬季,由于极地冷气团和蒙古高压以及山地地形的影响,大兴安岭有冬季逆温层存在。如在大兴安岭北部的阿木尔地区,曾测得海拔650米的山坡上年平均气温为-3.4℃,而附近位于阿木尔河一级阶地上的阿木尔气象站(海550米),年平均气温为-4.7℃。由此逆温梯度约为-1.3℃/100米(顾钟炜等,1994)。可见,冬季逆温层影响到全年平均气温随海拔高度的分布。据汤懋苍等(1996)研究,在大兴安岭东坡逆温层高度在800米左右,逆温梯度为-0.6℃/100米。此外,在阿尔泰山、天山都有逆温层存在,大约在海拔高度600余米以上至2 000米以下的范围内(童伯良等,1989;邱国庆等,1981)。在蒙古国境内的阿尔泰山东坡,逆温层高度大致在2 200~2 400米,逆温梯度达到-1.4℃/100米(汤懋苍等,1996)。在西伯利亚南部山地,逆温层高度400~950米,有自北向南降低的趋势;逆温梯度为-0.6~-1.0℃/100米,有自北向南增大的趋势(Н.Н.Романовский,1985)。逆温层的存在使大兴安岭多年冻土区低洼处冻土温度比高处低,厚度比高处大;使西部山地出现低处季节冻结深度反比高处大的情况。
年平均气温较差随纬度增加而增大,随高度增加而减小。从南边的西沙(6.1℃)到最北边的漠河((49.0℃),年较差增大约43℃。大小兴岭都在40℃以上,黑龙江边的嘉荫站的年较差在全国为最大(49.2℃)。在西北,准噶尔和吐鲁番盆地年较差达40℃以上,但在阿尔泰山、天山随海拔增高而减小,在多年冻土带只20~24℃。在青藏高原,念青唐古拉山以南地区小于20℃,往北逐渐加大到28℃。气温日较差也是由南向北增大,由低处向高处减小。大小兴安岭14~15℃以上,青藏高原15~16℃以上,秦淮线以南减至10℃以下,华南沿海一般6~7℃,西沙只有3.8℃。
与世界同纬度地区相比,我国年平均气温和1月平均气温要低。如1月平均气温,在东北北部比同纬度平均偏低14~18℃,黄河流域偏低10~14℃,长江以南偏低8℃左右,华南沿海也要偏低5℃左右。而我国年平均气温较差,除青藏高原外,则比世界同纬度平均值为大,年较差随纬度而增加的速率也是世界同纬最大的(张家诚等,1985)。
张家诚等(1985)在气温年较差方面使用焦金斯基大陆度指标,以50为分界,并采用年、月平均日较差10℃为界作为划分大陆性、海洋性气候指标,将我国划为海洋性气候区(大陆度小于50,年平均日较差小于10℃)、大陆性气候区(大陆度高于50,年、月平均日较差大于10℃)和过渡性气候区(又有海洋性过渡气候区与大陆性过渡气候区之分)。据此,我国多年冻土区主要处于大陆性气候区,仅青藏高原东部部分地区划入大陆性过渡气候区(大陆度虽低于50,但年平均日较差仍大于10℃)。在山区,随海拔增加大陆度和年平均日较差减小,如天山北坡乌鲁木齐海拔654米,大陆度80.5,年平均日较差为11.2℃,而海拔2 160m的小渠子大陆度仅42.9,年平均日较差仅为9.9℃。山麓为大陆性气候,山上为海洋性气候了。
日平均气温≤0℃的持续时间,在大小兴安岭、长白山地一般始于10月中、下旬,止于4月上、中旬,长达150~200天,其中漠河203.6天(周琳等,1991)。青藏高原是我国日平均气温≤0℃持续时间最长的地方,多在215天以上,许多地区到265天以上(张家诚等,1985)。日平均气温≤0℃出现的南界,在115°E以东是沿30°N线,在115°~103°E间是在35°N与30°N间通过,再往西由30°N向西南方向延伸至青藏高原东南部。而日最低气温≤0℃在全国绝大部分地区都有出现,仅广东、广西沿海、台湾(东部一些高山山峰除外)、海南岛、云南最南部等地区除外。
以上气温分布的特征,对我国多年冻土和季节冻土的发育和分布有着重要影响。例如,在我国东部,多年冻土区南界、季节冻土南界分别与年平均气温0℃线、1月平均气温0℃线大致相当;在纬度、海拔相同的条件下我国西部的年平均气温比东部的高,多年冻土分布下界的海拔高度在西部高山比东部山地要高,等等。在后面的章节里将要谈到这方面问题。