王国胜，何 清，金莉莉，赵佳伟，阿力木·阿巴斯，邢红艳

（1.新疆师范大学地理科学与旅游学院，新疆 乌鲁木齐 830054；
2.中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所/新疆塔克拉玛干沙漠气象国家野外科学观测研究站/中国气象局塔克拉玛干沙漠气象野外科学试验基地/新疆沙漠气象与沙尘暴重点实验室，新疆 乌鲁木齐 830002;3.云南大学地球科学学院，云南 昆明 650500）

沙垄是沙粒在风力作用下堆积形成的丘状或垄状风积地貌，广泛分布于沙漠地区垄间平地[1-2]。塔克拉玛干沙漠纵向沙垄及垄间平地分布范围较广[3]，尤以纵向沙垄分布最为典型。沙垄不同部位的风沙环境存在差异，次级沙丘的形态差异最明显[4-5]，一般认为沙垄表面或表层不同部位，不同时间段地表温度也不同[6]，地表温度差异反映了一定区域范围内地表热量和能量收支状况，是对局地小气候变化的集中响应。

开展野外试验是科学研究的重要环节。自20世纪80年代以来，国内外陆续开展针对陆面过程的研究试验，国际上早期针对沙漠化地区陆面过程研究以欧洲沙漠化地区陆面研究计划（EFEDA）为代表；
国内陆面过程研究以黑河陆面过程野外试验（HEIFE）为代表[7]。随着野外试验深入开展，国内陆续出现针对干旱、半干旱地区[8-9]以及荒漠地区[10-11]陆面过程观测试验，并取得了一定的研究成果。地表温度作为研究陆面过程的重要参数，直接反映了陆—气水热之间物质交换能量的强弱。近地表反照率[12]、粗糙度[13]、土壤温湿度[14]、土地利用/覆盖不同[15]，均会使地表温度产生差异。沙漠地表温度研究试验早期以人工实地观测为主，张杰对塔克拉玛干沙漠沙丘地表微地形上的各部位展开测温，揭示了沙丘各部位夏冬两季地表温度以及沙地导热率差异特征[16]。随着观测设备的发展，沙漠地表温度研究可以依靠试验仪器展开连续性观测。黄洁、金莉莉等[17-18]利用试验仪器连续观测资料，对南疆塔中地区的沙漠地表以及土壤温度在日、月、季、年等时间尺度上进行了成因分析及规律研究。此外，其他荒漠化地区也有针对地表温度和土壤温度的研究。李玉霖等[19]对科尔沁沙地地温展开观测；
曹兴等[20]秋季在北疆古尔班通古特沙漠地区展开浅层地温观测试验，分别揭示了科尔沁沙地以及秋季北疆地区沙漠地表温度和浅层土壤温度变化特征。目前陆面过程研究已经将地表温度作为诸多研究要素中的一种，利用地表温度进行模型驱动、数据对照以及数值模拟成为研究新热点[21-23]，开展实地观测试验可以继续为新研究提供新数据来源，所以不同野外观测试验对科学研究很重要。

白天地表温度能量主要源自太阳辐射活动，夜间能量主要源自地表辐射，不同地区地表温度变化反映出不同能量收支平衡关系。塔克拉玛干沙漠地表温度在沙丘小地形表面以及土壤温度研究已取得重要研究成果，但依托沙漠大起伏地形剖面开展地表温度变化的细化研究很少。塔克拉玛干沙漠作为中国最大的沙漠，在大起伏地形剖面上的地表温度细微变化必然有典型规律，本文运用2019年6月7日—9月2日对塔克拉玛干沙漠开展的夏季起伏地表温度观测试验数据，开展对塔克拉玛干沙漠起伏地形地表温度变化的细化研究分析，可充实塔克拉玛干沙漠地区地表温度在起伏地形上的研究成果，为后期开展沙漠地表温度研究提供理论和数据基础。

1.1 研究区概况

夏季沙垄地表温度观测试验依托中国气象局塔克拉玛干沙漠气象野外科学试验基地的塔中站（39°00′N，83°40′E）开展，塔中站位于塔克拉玛干沙漠腹地，是世界上唯一深入沙漠建立的大气环境观测站，该站点所在沙漠具有流动性强、气候干旱、植被稀少、沙丘类型复杂、潜在蒸发量大等特点[24-25]。被观测沙垄选在塔中站附近，距沙漠公路2 km，根据沙垄地形，沿沙垄起伏地形直线布设8个观测点，被观测沙垄以A、H观测点距离为水平距离，长约2 862.1 m，以沙垄A、E观测点距离为垂直距离，高约58.6 m，沙垄走向大致呈WWN-EES，被观测沙垄部位、观测点及剖面参数见图1和表1。

图1 沙垄被观测点、剖面及最大风速频率玫瑰示意图

表1 沙垄观测部位地理位置参数

1.2 数据来源与处理

地表温度数据为2019年6月7日—9月2日塔克拉玛干沙漠沙垄起伏地形夏季地表温度观测试验数据，观测地表温度所用仪器为Fourtec 5032P型（以色列）温度记录仪，采样数据为瞬时值，每30 s输出一次数据，测量范围为-40～80℃，分辨率为0.1℃，观测精度为±0.3℃，8个观测点同步观测。天气现象与风速风向数据采用塔中气象站2019年6—8月的逐日记录资料，由塔中站最大风速风向频率图（图1）可知，盛行风向为NNW-N-ENE，主要风向为偏北风，为反映迎风坡与背风坡地表温度差异，本文A、B、C点为迎风坡点，F、G、H点为背风坡点，D点为垄间谷地，E点为沙垄顶点。

2.1 地表温度时间变化特征

2.1.1 地表温度日变化特征

太阳辐射透过大气到达地表可以引起地表温度变化，地表温度变化直接反映了地表热量收支差异，起伏不一的地表导致不同地形部位受到太阳辐射和地表辐射影响程度有所不同[26]。观测期间，沙垄各地形部位地表温度平均日变化曲线均近似正弦曲线（图2），由于各观测点都位于地表，故日变化差异非常小，近乎重叠，地表温度平均日变化曲线在20～60℃。地表温度变化主要分3个阶段：夜间平稳、辐射上升及辐射下降阶段，夜间平稳阶段主要在22：00—次日07：00（地方时，下同），此阶段地表温度主要受地表释放的长波辐射影响，整体平稳；
辐射上升阶段主要在08：00—15：00，此阶段地表温度随太阳高度角变大，到达地表的太阳辐射增加，地表增温作用明显；
辐射下降阶段主要在16：00—21：00，此阶段随太阳高度角减小，辐射作用减弱，地表温度逐步呈减小趋势。

图2 夏季地表温度的平均日变化特征

根据沙垄不同地形部位地表温度日变化特征值（表2），最高温出现在垄间谷地（74.63℃），最低温出现在迎风坡底部（10.52℃）。极端温度出现部位说明在沙垄地区地表温度受地形影响，垄间谷地下凹，地形积温使此处温度高，而迎风坡底部四周相对垄间谷地较空旷，散热作用则使此处温度低。地表温度日平均值随高度升高呈减小趋势，日平均值最大在背风坡底部（35.63℃），最小在沙垄顶点（34.24℃）。夏季受太阳高度角影响，沙垄各部位受太阳最大入射角作用相当，故各部位地表温度的差异不明显。日较差的变化能突出不同地形部位能量交换的剧烈程度，日较差最大为55.80℃，在垄间谷地，最小为6.11℃，在迎风坡上部，随高度增加温差范围扩大。通过对不同部位的标准差进行分析，随着海拔升高，地表温度变化愈激烈，垄间谷地处受地形影响，地表温度标准差变化更明显。

表2 夏季沙垄不同地形部位地表温度日变化特征值 ℃

2.1.2 典型天气下地表温度日变化特征

从2019年6月7日—9月2日中分别选取晴天、多云、降水、浮尘、扬沙、沙尘暴6种典型天气，分析沙垄起伏地形不同部位地表温度的日平均变化特征（考虑到观测时长与天气的代表性，晴天、多云、降水、浮尘、扬沙、沙尘暴天气分别按塔中气象站逐日天气记录，各选择3 d数据进行平均处理）。为便于辨析，将不同天气类型地表温度变化以迎风坡点（A、B、C）、特殊点（D、E）以及背风坡点（F、G、H）按由左向右顺序进行分图展示。

沙垄各部位地表温度在晴天变化曲线均呈正弦曲线，为单峰型，谷值出现在07：00，峰值在15：00或16：00，白天波动明显，夜间较为平滑，各部位基本保持一致。除沙垄顶点外，各部位谷值均在20℃以下，峰值均在65℃以上，地表温度日较差在45℃左右，最高温出现在垄间谷地，最低温出现在迎风坡底部。沙垄顶点地表温度在22：00—次日08：00最高，其他时刻均低于其余部位，主要是晴天时白天热力差异条件下湍流作用产生风，而顶点受风力作用，导致此处白天地表温度低于沙垄其他部位（图3a～3c）。

与晴天相比，多云天各部位地表温度的夜间曲线更加平直，白天地表温度在波动中达到峰值，出现在16：00或17：00，谷值出现在08：00左右，峰值与谷值的出现较晴天均明显滞后1 h，所有部位最高温均在55℃以上，最低温也未低于15℃，地表温度日较差在40℃左右。多云天气时大量云层阻挡了太阳光照直接照射地表，使各部分地表温度变化幅度明显小于晴天，最高温出现在垄间谷地，最低温出现在迎风坡，垄间谷地地表温度最高，是受地形积温作用而成，迎风坡地表温度最低则主要受风力作用（图3d～3f）。

降水作用下使降水天气地表温度较晴天和多云天变化更明显。大气中云和水汽都有所增加，太阳光照透过云层和水汽能力减弱，太阳辐射能力相应减弱。试验期间降水主要发生在08：00—16：00，沙漠降水的不连续性，降水天气地表温度变化曲线呈双峰型，即降水在08：00开始出现，使各部位地表温度上升速度减缓，14：00达到峰值，16：00时降水结束后，降水作用减弱，太阳辐射作用增强，地表温度再次出现回升，在18：00达到次峰值。沙垄迎风坡、背风坡上部与底部均受地形影响，夏季盛行偏北风，风带来的水汽主要降落在迎风坡面，无遮蔽物阻挡使得迎风坡上部受风力作用，使地表温度降低；
底部则受地形积温作用，温度升高，故降水天气迎风坡底部与背风坡底部地表温度都较高，最高温出现在背风坡底部，最低温则出现在迎风坡上部（图3g～3i）。

根据不同沙尘天气下沙垄各部位地表温度的曲线变化可知，浮尘天气地表温度呈单峰型，峰值出现在16：00左右，最高温出现在背风坡上部，谷值出现在07：00左右，最低温在垄间谷地；
扬沙天气与沙尘暴天气均呈双峰型，扬沙日峰值出现在15：00，最高温出现在背风坡底部，谷值出现在07：00，最低温出现在垄间谷地；
沙尘暴日峰值出现14：00，最高温出现垄间谷地，谷值出现在08：00，最低温出现在背风坡上部。沙尘暴日峰值比扬沙和浮尘日提前1～2 h，谷值滞后1 h，对比沙尘活动出现时间，浮尘出现时间主要集中在11：00—17：00，扬沙出现时间在11：00—20：00，沙尘暴出现时间在08：00—20：00，浮尘以及扬沙天气不如沙尘暴天气时间持久，故沙尘活动时间及强度也可能导致地表温度特征出现差异（图3j～3r）。

图3 典型天气地表温度的日变化特征

沙尘活动出现时间、强度及沙尘颗粒对太阳辐射和地表辐射有显著影响，金莉莉等[27]、刘新春等[28]研究指出，沙尘活动中不同粒径大小的沙尘气溶胶质量浓度呈晴天＜浮尘天气＜扬沙天气＜沙尘暴的分布规律，不同沙尘活动影响太阳辐射的强弱也基本遵循这一规律。通过试验发现，扬沙与浮尘天气主要影响太阳辐射活动，对地表辐射作用不明显，沙尘暴天气则对太阳辐射以及地表辐射作用都明显，扬沙天气即扬沙11：00出现在正常太阳辐射活动中，使得太阳辐射减弱，到达地表的太阳辐射减少，地表温度开始波动，13：00前后扬沙作用最强，太阳辐射作用进一步削弱，此时地表温度下降前形成一个次级峰值，14：00左右扬沙作用减弱，地表温度在15：00达到主峰值，浮尘天气也遵循此规律。沙尘暴天气时，持续全天的沙尘活动使得太阳辐射作用整体减弱，地表温度平稳达到峰值，出现次峰值是由于空气中的沙尘颗粒对地表辐射产生反射作用，使进入到大气中的地表长波辐射再次返回地表，对地表形成“保温”作用后再升温而成。大气对地表辐射具有反射作用在高佳程等[29]、杨帆等[30]对沙漠和戈壁地区地表辐射研究时也有体现，由此可得沙尘天气对地表温度变化确有影响，且沙尘活动强度对不同沙尘天地表温度影响机制存在差异。

在对《孟子》一书进行翻译时，较多采用直译法，一方面能够保证《孟子》的行文风貌，让外国读者更为深入了解我国传统文献的原貌；
另一方面，大量使用直译法也能够很好地反映出译文忠实原文的翻译思想。因此，在翻译《孟子》一书时，充分使用直译法，能够在最大限度上保证原文意思的真实性，避免译文的失真，能够为外国读者呈现最为真实的语言信息及思想。例如，英语中“compass”表示圆规，“square”表示丁字尺，分别与汉语中的“规矩”相对应，在翻译时可以将规矩代指规则，着这样即能够保留原作中的借喻修辞，可见对规矩一词进行直译更为贴切。

通过对比典型天气下地表温度特征值（表3），不同天气下最高温及日均值的出现大致呈晴天＞沙尘暴天气＞浮尘天气＞扬沙天气＞多云＞降水天气；
不同天气下各点最低温的最大值波动较大，但最小值均出现在降水日；
均值差为各点典型天气的日平均值与夏季日平均值的差值，可以表现出典型天气日均温与夏季日均温之间的温差浮动状况，沙垄各点均值差变化大致表现为晴天＞降水日＞多云日＞扬沙日＞浮尘日＞沙尘暴日。地表温度日均值最大出现在晴天的垄间谷地，为43.31℃，比夏季日均温度高8.63℃，最小出现在降水天的迎风坡底部，为28.34℃，比夏季日均温度低7.02℃。

表3 典型天气地表温度特征值 ℃

2.2 地表温度空间差异特征

2.2.1 顶点与底部地表温度差异

地表温度在顶点与迎风坡、背风坡底部的温差变化可以反映出沙垄地表温度在垂直方向上的差异。表3、表4分别给出了典型天气下顶点与迎风坡、背风坡底部的地表温度特征值以及温差范围，顶点地表温度的最高温除多云天气以及降水天气大于两底部外，其余天气均小于两底部，3个部位的最低温波动较大，差异不明显。不同天气下顶点与两个底部地表温度温差范围不同，最大温差范围出现在晴天，沙垄顶点与背风坡底部的温差范围为0～18.62℃；
最小温差范围出现在降水天气，沙垄顶点与迎风坡底部的温差范围为0.01～6.18℃。降水天气温差小是因为降水时天空中云层和水汽阻挡了太阳辐射透过大气传到地表，加上降水对地表辐射的削弱作用，顶点与两底部地表温度的变化相差不大，故温差范围小；
晴天时，直射到地表的太阳辐射受云层等削弱作用小，到夜间顶点地表温度骤降，而两底部受地形影响降温慢，故温差范围大[31]。

表4 典型天气下地表温度温差范围特征值 ℃

观测区域沙尘天气频发，但沙尘天气持续时间较短，主要以晴天为主，为了解夏季沙垄地表温度随时间变化的差异，从沙垄顶点及两个底部地表温度数据中，每月各选择一个典型晴天（6月14日、7月25日、8月23日）地表温度数据，分别代表6—8月地表温度日变化特征，6月地表温度的最大值出现在背风坡底部，最小值出现在迎风坡底部，顶点与两个底部的地表温度温差范围为0.02～4.92℃，最大温差出现在15：00，最小温差出现在02：00。07月地表温度最大值出现在背风坡底部，最小值出现在迎风坡底部，顶点与底部的温差范围为0.11～12.71℃，最大温差出现15：00，最小温差出现在02：00。08月两个底部地表温度曲线变化较圆滑，顶点地表温度出现波动，最大值出现在背风坡底部，最小值出现在迎风坡底部，顶点与两个底部地表温度温差为0.03～8.33℃，最大温差出现在14：00，最小温差出现在04：00（图4）。通过对典型晴天地表温度的分析，日最高温以及日最低温始终交替出现在背风坡底部及迎风坡底部，顶点地表温度介于二者之间。夏季沙垄顶点地表温度呈先上升后下降趋势，两个底部地表温度变幅较小，顶点与两个底部间温差范围在扩大，受太阳直射点向南移动的影响，观测沙垄位于北半球，太阳直射点的南移，北半球辐射随即逐渐减弱，地表获得的辐射少，热量减少，顶点处无遮拦且受风力作用，地表温度下降明显，而两个底部地表温度受地形影响大，受风力作用影响小，其地表温度甚至高于顶点，进而导致温差扩大。综合与典型天气的温差，顶点与两个底部夏季综合温差范围在0～18.62℃。

图4 典型晴天日变化特征

2.2.2 迎风坡与背风坡地表温度差异

沙垄地表温度除垂直高度上的变化外，水平方向上也有差异，迎风坡与背风坡地表温度变化反映不同地形坡面在水平方向上接受太阳辐射的多少。日最高温除浮尘天外，背风坡均大于迎风坡，最高温70.22℃（表3），出现在晴天背风坡，最低温除多云天外，背风坡均小于迎风坡，最低温为16.02℃，出现在降水天背风坡；
迎风坡与背风坡地表温度日均值的最大值均出现在晴天，迎风坡为42.03℃，背风坡为42.34℃，均比其夏季日均温高6℃以上，日均值最小值都在降水天气，迎风坡为28.93℃，背风坡为29.23℃，均比其夏季日均值低6℃以上。

研究沙垄迎风坡与背风坡地表温度夏季随时间变化差异，同样各选一个典型晴天（6月14日、7月25、8月23日）地表温度数据，代表夏季6—8月地表温度日变化（图5）。迎风坡与背风坡最高温与最低温出现时间一致，最高温出现在15：00，最低温出现在07：00。6月两个坡面夜间地表温度均受地表辐射影响，几乎重合，15：00同时达到最高温后，二者开始产生温差，18：00温差达到最大，为6.06℃，到20：00左右差距缩小，最小温差出现在12：00，为0.11℃。7月夜间迎风坡地表温度整体大于背风坡，最小温差出现在01：00，为0.15℃，10：00背风坡地表温度开始超过迎风坡，12：00温差达到最大，为5.33℃，15：00地表温度差距减小，15：00—23：00背风坡地表温度高于迎风坡。8月地表温度变化与7月相比，夜间迎风坡地表温度低于背风坡，在10：00—15：00背风坡地表温度高于迎风坡，16：00—21：00背风坡地表温度高于迎风坡，最大温差出现在12：00，为4.58℃，最小温差出现在04：00，为0.04℃。以典型晴天地表温度变化为代表，夏季沙垄迎风坡与背风坡温差范围在逐步缩小，综合与典型天气的温差，夏季迎风坡与背风坡地表温差在0～16.93℃。

图5 典型晴天沙垄迎风坡与背风坡日变化特征

表5 典型晴天逐两小时风速特征值 m·s-1

3.1 讨论

现有沙漠地表温度研究结果表明，虽均在地表展开测温，但受到太阳辐射作用以及区域气候条件影响，不同地形区域、部位地表温度之间仍存在差异。本文通过对塔克拉玛干沙漠沙垄迎、背风坡各部位加以细化区分，根据地形状况加入顶点及垄间谷地展开夏季地表温度观测试验，发现沙垄各个观测点夏季地表温度同一时刻的地表温度虽接近，但仍存在0～18.62℃的温差，一天中最高温出现在15：00，最低温出现在07：00，这与已有研究沙漠极端气温出现时间结论一致[10，31]。与张杰、黄洁及金莉莉等[16-18]进行的地表温度研究存在差异，张杰每6 h收集一次地表温度，黄洁、金莉莉等选用典型晴天数据代表夏季地表温度变化，数据收集、处理不同是导致结论差异的重要原因。同时，与金莉莉、张杰等在沙漠地区沙丘上开展的地表温度研究不同，本次试验以沙垄剖面地表温度为研究对象，分析各部位地表温度细微差异。金莉莉、张杰的研究发现沙漠地表最低温均出现在迎风坡，最高温分别在沙丘顶点及背风侧的落沙坡，最大日较差也对应出现在最高温处，最低温与本试验细化研究出现在迎风坡底部结论一致，此次试验研究更具体。最高温与最大日较差均在垄间谷地，出现部位与已有研究结论不同但表现特征相同，即最高温与最大日较差均出现在同一部位，但最高温与最大日较差则受到太阳辐射及地形等条件影响，出现部位并不固定。试验还发现最低温稳定出现在迎风坡一侧且最小日较差也位于迎风坡一侧，说明风力作用可能使地表温度下降且温差减小，对典型晴天风力状况的分析也证明这一作用。

塔克拉玛干沙漠地表温度空间上的特征部位在典型天气下温差范围波动较大，迎风坡与背风坡在典型天气下的温差变化范围：晴天0.01～16.93℃，多云天气为0.01～8.55℃，降水天气为0.01～4.15℃，浮尘天气为0.01～11.58℃，扬沙天气为0.01～14.75℃，沙尘暴天气为0.01～13.85℃，其中温差范围最大是晴天，最小是降水天（表4）。顶点与迎风坡底部地表温度在典型天气下的温差范围分别为：晴天0.01～17.87℃，多云天气为0～7.02℃，降水天气为0.01～6.18℃，浮尘天气为0.01～14.48℃，扬沙天气为0.01～17.67℃；
沙尘暴天气0.06～10.43℃；
顶点与背风坡底部地表温度在典型天气下温差范围分别为：晴天0～18.62℃，多云天气为0.02～9.98℃；
降水天气为0～13.03℃；
浮尘天气为0～16.41℃；
扬沙天气为0.01～17.19℃；
沙尘暴天气为0.04～16.65℃，其中顶点与两底部最大温差范围均在晴天，顶点与迎风坡底部最小温差范围是降水天气，顶点与背风坡底部则是多云天气。

3.2 结论

通过对塔克拉玛干沙漠沙垄各地形部位夏季地表温度的日变化特征及典型天气下各部位地表温度变化进行分析，得出以下结论：

（1）夏季沙垄地表温度最高温出现在垄间谷地，为74.63℃，最低温出现在迎风坡底部，为10.52℃；
夏季地表温度平均日变化特征曲线受太阳活动影响呈正弦曲线，最高温出现在15：00左右，最低温出现07：00左右。地表温度日平均值随高度升高呈减小趋势，且高度愈高变化愈加激烈。

（2）典型天气下，晴天、多云以及浮尘天气各部位地表温度日均变化曲线呈单峰型，降水、扬沙以及沙尘暴天气均呈双峰型，不同典型天气出现的时间与地表温度变化时间基本一致，太阳辐射以及地表辐射的改变使地表温度发生变化。沙垄地表温度最高温与最大日平均温均出现在晴天的垄间谷地，最大日平均温为43.31℃，比该点夏季日均值高8.63℃；
地表温度最小值及日均温最小值均出现在降水时的迎风坡底部，最小日平均温度为28.34℃，比该点夏季日均温低7.02℃。

（3）通过对比沙垄顶点与两个底部、迎风坡与背风坡在典型天气下的地表温度差异，揭示沙垄地表温度变化的空间差异特征。沙垄顶点与两个底部最大温差范围是顶点与背风坡底部在晴天的温差范围，为0～18.62℃，最小温差范围是顶点与迎风坡底部在降水天的温差范围，为0.01～6.18℃；
迎风坡与背风坡地表温度温差范围最大是晴天（0.01～16.93℃），温差范围最小是降水天气（0.01～4.15℃）。在地表温度随时间变化差异研究中，沙垄顶点与两个底部的地表温度随时间变化，温差范围在扩大，顶点与两个底部夏季温差范围为0～18.62℃；
迎风坡与背风坡的地表温度则随时间变化温差范围在缩小，迎风坡与背风坡夏季温差范围在0～16.93℃。

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