温度对比是指使用温度测量手段对物体温度与大气温度进行比较，测量物体在持续高温大气环境下的温度状态值。

中文名：温度对比

外文名：Temperature comparison

描述：物体温度与大气温度进行比较

应用：防晒

学科：气象学

温度对比在日常生活中应用较广泛，例如利用专业的气象观测用温度表进行了气温与车内温度的对比观测实验，发现晴天气温 33.0℃时的车内温度竟达到了 78.5℃，便于给广大公众提供一个准确的观测数据，提前做好预防工作。

随着科技的发展，自动观测系统进入了气象观测领域，大大提高_r测报工作效率和观测数据的准确性，为气象预报和气象服务提供了更加及时、完整的气象资料。为了了解取得资料的差异，《地面气象观测规范》(以下简称《规范》)规定：各观测站均对人工观测和自动观测两种方法进行为期两年的平行观测。

人工观测是用人的眼睛去察看各种气象要素值的方法，对不同状态下仪器的操作方法也有一些明确的规定。就地面温度观测而言，无积雪时，是将地面3支温度表(0cm温度表、地面最高温度表、地面最低温度表)水平放在地面上，感应部分及表身一半在地面上，一半在土中，观测得到的是地面温度。而有积雪时，是将地温表水平放在雪面上，感应部分及表身一半在雪面上，一半在雪中，观测得到的是雪面温度，而不是实际地面温度。

自动观测地面温度，也是将地温传感器一半埋人土中一半在地面上。地面有积雪时，地面温度传感器的位置不变。这样两种不同的观测方法所得数据就会产生差异。

在已有的文献中，没有对转入自动观测后，冬季有积雪时地面温度发生了怎样变化方面的报道。本文就如何得到对比值β(β=自动观测地面温度/人工观测地面温度(或雪面温度))问题进行探讨。

资料来源与选取

由于自动观测系统开始投入各站使用是分批进行的，所以对比观测时间也有所不同。本文利用山东省陵县2003～2004年、武城2004～2005年、德州2006～2007年积雪深度大于等于0cm(共70天)时，所对应日期内的人工观测资料中地面0cm温度日平均值、日地面最高温度、日地面最低温度、积雪深度、总云量平均值、日照时数，以及对应时间内自动站观测资料中的地面温度0cm日平均值、日地面最高温度、日地面最低温度(因积雪深度、云、日照时数尚未实行自动观测)作为统计资料。选取德州2007年6～11月人工站与自动站地温资料(含地面0cm温度日平均值、日地面最高温度、日地面最低温度)，作为无积雪时求算对比值β的统计资料。

无积雪条件下观测资料对比分析

表1 无积雪时自动观测地面温度与人工观测地面温度及其对比值

对德州2007年6～11月地温资料进行统计，得出无积雪时自动观测与人工观测资料对比值口(表1)。由表1可以看出，无积雪时，人工站和自动站虽然观测仪器不同，且存在观测时间上的差异，但对比值β=1，所以使用地温资料的部门，原来的方法仍可以继续使用。

有积雪条件下雪面温度与地面温度比较

图1 雪面温度与地面温度曲线：最高温度，最低温度，0cm平均温度

图1给出有积雪时人工站观测的雪面温度和自动站观测的地面温度曲线。对70个样本资料统计得出有积雪时雪面温度与地面温度对比值卢(表2)。

表2 有积雷时自动观测地面温度与人工观测雷面温度及其对比值

从图1和表2可以看出，由于积雪层相当于土壤与空气的一个绝热垫，阻碍了土壤与空气的热量交换，使得雪面温度变化幅度明显大于地面温度变化幅度，即白天升温幅度和夜间降温幅度均是雪面大于地面(图1a、b)。就平均状况而言，由于积雪对太阳辐射的反作用很强(平均反射率60%)，而且又是良好的长波辐射体(其相对辐射率为99.5%)，所以雪面的辐射差额常为负值，加上雪的导热率很小，不能及时地从较深的土壤中传来热量，补偿雪面的辐射失热，使雪面温度比其覆盖下的土壤表面的温度低(图1c)。由于积雪对地面温度影响很大，长期使用地温资料的部门，使用资料时应特别注意。

表3 不同云量的地面温度与雪面温度对比值

从表3可以看出，当无云或少云时，由于白天雪面接受的太阳直接辐射大于地面，升温幅度较大，所以雪面最高温度明显大于地面最高温度。同理，夜间由于雪面辐射降温强度大于地面，所以雪面最低温度明显低于地面最低温度。而多云或阴天时，由于白天云层削弱了太阳对雪面的直接辐射，使得雪面增温较小。而夜间，云层又能增大逆辐射减少地面的有效辐射，使得雪面降温较小，雪面温度日较差较小，从而使得雪面温度与地面温度差值减小。二者差值还受云体厚度和云状的影响，当天空为低而厚的云影响时，二者差值较小，受高而薄的云影响时，二者差值较大。

表4不同日照时数(s)的地面温度与雪面温度对比值

从表4可以看出，当S<4.0时，天空状况较差，云量较多或有天气现象存在，此时由于云或天气现象白天削弱了太阳对雪面的直接辐射，夜间又能增大逆辐射减少地面的有效辐射，使雪面温度日较差较小，使得雪面温度与地面温度差值相对减小。而当日照时数较多时，天空云量较少或大气透明度较好，此时白天雪面升温幅度较大，同样夜间降温幅度也较大，二者差值明显增大。

表5 不同积雪深度的地面温度与雪面温度对比值

从表5可以看出，当积雪深度为0cm时，雪面温度与地面温度差值很小，随着积雪深度加大，二者差值增大，说明积雪越厚，隔热效果越好，对地面的保护作用越强。综上所述，积雪深度对地温影响最大，那些寒冷且长期有积雪覆盖的地区，使用地温资料或使用地温与气温的关系指导生产的部门，更应该清楚积雪对地面温度造成的影响。

研究结论

（1）根据70天观测数据得出的地面温度与雪面温度对比值β，其计算方法和应用可成为长期使用地温资料的部门进行推算和判断趋向的比较客观的依据。

（2）由于地温对农作物生长发育及其农作物对水分、养分的吸收、农作物光合作用的进行，有着不同程度的影响。分析雪面温度与地面温度的关系，为对于调整农业结构，预测作物生长发育和科学防灾减灾等农业生产管理实践活动提供依据，具有重要意义。

（3）通过对雪面温度和地面温度的分析，为以后开展雪面温度观测提供依据，同时为气象人员在使用观测资料或气象服务时提据参考。

（4）自动观测已成为各台站的主要观测方法，观测员在日常工作中，一定要高度负责，发现疑、误、漏现象，及时采取措施，确保资料序列完整和统计结果符合实际。

交通道路是国家物资运输的大动脉，其发达程度是一个国家经济实力的重要标志。但公路都会面临冰雪雨雾等恶劣天气的影响，而恶劣天气通常会导致高速公路路段出现诸如能见度低、路面积冰(积水)打滑等恶劣路况，蕴藏着交通事故隐患，并常常引发重大安全事故。公路交通安全运输属于对气象高度敏感的行业，其所追求的快速、高效、安全、准时的目标，在很大程度上要受到气象因素的制约。提供准确及时的公路气象与路状信息对道路交通安全保障具有至关重要的作用。

路面温度状况的研究己经有半个多世纪的历史。综合各国学者的研究方法，大致可以归纳为两类：一是理论分析法，即根据气象学和传热学的基本原理采用数值分析方法建立路面温度场的预测模型。二是统计分析法，即通过大量的实测数据进行回归分析，建立路面温度同当地气温、太阳辐射等环境气象要素之间的定量关系。该类国内研究较少，大都针对一种或者两种下垫面。虽然基于理论的地温数值预测模刑能够从本质上反映各种因素对路而温度场的影响机理，但理论模型形式复杂，输入参数多且不易获得。求解过程也较为繁琐。用统计分析方法虽然需要大量的实测数据，但其却克服了参数多、计算繁琐等缺点。研究主要采取统计分析法，研究冬季土壤、水泥、沥青三种常用的下垫面温度与气温等气象要素之间的关系，建立相应的多元回归拟合公式，并分析下垫面结冰的气象条件。

资料与方法

研究主要采用湖北省气象局在恩施雷达站和咸宁金沙区域大气本底站安装的一套自动监测三种不同下垫面包括土壤、水泥、沥青的温度传感设备、下垫面表面镶嵌的温度计以及记录常规气象要素的自动气象站资料。

观测地点和时间：恩施雷达站位于湖北省西南部利川市石板岭雷达站山顶(30°17’N、109°16’E)，海拔1722.2m，观测起止时间为2009年1月12日至2月28日。金沙区域大气本底站位于湖北省东南部崇阳县金沙管理区韭菜岩山顶(29°38’N、114°12’E)，海拔751.4m，观测起止时间为2009年1月1日至2月28日。

观测方法及项目：自动气象站逐分钟记录本站气压、气温、相对湿度、风速风向、降水量、能见度。三种下垫面温度传感器逐小时记录下垫面温度。为保证资料的准确和仪器的正常使用，并辅以每天4次人工观测，分别在北京时间02、08、14、20时记录三种下垫面表面温度计温度值、降水量、天气现象。

三种下垫面温度监测简介：水泥下垫面和沥青下垫面的场地规格均为2m(东西)×1m(南北)×30cm(厚)。传感器位于观测地段的中央，埋入水泥或柏油下垫面一半，与水泥或柏油下垫面紧贴，另一半露于空中。水泥和沥青下垫面按省级1级公路等级标号设定。并在土壤、水泥和沥青下垫面偏西的位置设置安装三支地面温度表，用来人工观测下垫面温度，以对比验证自动检测数据的准确性。

三种下垫面温度对比观测

图2 恩施冬季i种下垫面温度与气温的平均日变化

考虑到恩施资料较为完整，通过对恩施冬季1和2月三种下垫面逐时温度求取平均值，得到三种下垫面温度冬季平均日变化，如图2。由图可见，三种下垫面温度逐时变化曲线均呈波浪型，日变化趋势基本一致，但在温度范围和极值上有所差异。

一方面，通过下垫面温度日变化可以看出，恩施日出前和日落后，即夜晚时三种下垫面温度非常接近，并维持在1℃低温左右。从08时三种下垫面温度均开始急剧升高。并在14至15时左右达到峰值。之后急剧降低，在18时左右变化放缓，进入低温维持阶段。

表6不同道路材料的比热容取值

表7 不同下垫面的辐射特性

另一方面，通过对比土壤、水泥、沥青三种不同下垫面温度可以看出，水泥和土壤下垫面温度变化幅度小于沥青下垫面温度，且二者变化趋势非常一致，在14时左右达到峰值9℃左右。沥青下垫面平均温度在14时左右最高可达11℃左右，而夜间三者温差不大，在0.3℃左右，沥青略低。表6给出了不同国家和地区不同研究者分析路面温度时根据不同路面性质所采用的比热值。可以看出，虽然同种材料比热取值存在差异，但普遍认为沥青的比热容小于水泥的比热容，土壤与水泥比热容近似相等。因此，沥青路面温度日变化幅度较大町能由于其比热容较小，在白天同样的太阳辐射条件下，升温和降温更为剧烈所致。表7给出了不同下垫面的平均反照率和长波比辐射率主要两种辐射特性。可以看出，沥青的反照率最小，且因其颜色最深，相同的太阳辐射条件下，吸收的太阳辐射最多。因此在白天升温速度最快。由于夜问温度受长波辐射影响较大，而由表7可知三种下垫面的长波比辐射率相差不大，因此三者夜间温度较为接近。

研究结论

(1)通过对比土壤、水泥、沥青三种不同下垫面温度平均日变化可以看出，水泥和土壤下垫面温度变化幅度小于沥青下垫面温度，且二者变化趋势非常一致。白天后者比前二者温度可高2℃左右，而夜间三者温差不大，在0.3℃左右，沥青略低。

(2)白天下垫面温度对气温有正强迫，夜晚反之。冬季1、2月恩施、金沙两地分别计算白天和夜晚的三种下垫面温度与气温相关性比不分白天和夜晚的相关性均有显著提高，最高达97%以上，表明气温是影响下垫面温度变化的因素中最为重要的一个。

(3)将恩施、金沙两地天气条件分为雨、雾天，少云、晴天以及多云、阴天三种，同时考虑气温、风速、降水量以及相对湿度四种气象要素对三种下垫面温度进行多元回归拟合，雨、雾天恩施夜晚土壤、水泥、沥青下垫面温度的相关系数分别高达98.68%、97.26%、97.01%。从误差分析也可看出，两地三种下垫面温度拟合值与实测值相关系数大多在0.9以上。预报误差在-3～3℃之间的频率最大，分别占到了90.6%、94.02%、87.37%，金沙分别占了83.95%、81.58%、74.74%。以上结果均表明该拟合公式拟合效果较好。

(4)分析下垫面结冰气象条件发现，路面温度维持在0℃及以下，是路面结冰的必要条件，也是相关性最高的条件。较低的风速、较大的相对湿度和地面湿度，有利于低温路面结冰现象的形成。