引言

19世纪以来，小气候的研究取得了丰硕的成果，至今研究人员已经对山地、农林、绿洲、湿地、湖泊、沙地、城市等各类小气候都开展了研究工作。如，吉廷艳研究了贵州省低纬山地气候变化趋势^[1]。朱自玺等研究了麦田小气候特征^[2]。谢平等研究了海岸沙地防护林的小气候效应^[3]。冯起等研究了极端干旱地区绿洲小气候特征及其生态意义^[4]。张宇等研究了绿洲边缘夏季小气候特征^[5]。张艳武等研究了额济纳绿洲夏末典型晴天小气候特征^[6]。宝日娜等研究了达里诺尔湿地的小气候特征^[7]。卢兵等研究了鄱阳湖湖泊气候及其围垦后的变化^[8]。王敏仲等研究了南疆沙漠腹地夏季晴天的气象要素特征^[9]。李兴荣研究了北京的城市热岛效应及其影响因子^[10]。这些研究的特点是对某一类小气候区的气象要素特征进行专门研究。

深圳地处广东东南沿海，位于北回归线以南，属亚热带海洋性季风气候。陆域位置为22°26′59″~ 22°51′49″N、113°45′44″~114°37′21″E。地势东南高西北低，可概括分为半岛海湾带(南带)、海岸山脉带(中带)和丘陵地带(北带)三个地貌带。这3个地貌带形成3个小气候区，即北部丘陵小气候区、中部山地小气候区、南部半岛海湾带小气候区。不过，南部海湾带已经城市化，因此南部海湾带小气候区可看作城市小气候区。此外，深圳地处沿海，其南边的海洋可看作海洋小气候区。这样深圳地区粗略划分为丘陵、山地、城市及海洋等4个小气候区。把海洋单独划分为一个小气候区，目的在于研究海陆差异。本文综合研究这4个不同小气候区的气温、湿度及舒适度特征。特别要指出的是，当前海面上气象观测资料比较少，本文将海洋与陆地小气候区进行比较研究对于更深入了解海陆差异有重要意义。

1 观测资料及天气特征

观测资料来自各小气候区有代表性自动观测站。所用仪器是Vaisala 6要素观测仪。Vaisala观测仪可以测量风向、风速、气温、雨量、气压和湿度。城市小气候区以城市气象观测站为代表站，其海拔高度48 m，地理坐标是22°33′N、114°06′E；海洋小气候区以流花站为代表站，其海拔高度20 m，地理坐标是20°48′N、115°42′E，它在距离深圳陆地约200 km的海洋上，自动观测仪器设在海上石油平台上；丘陵小气候区以黄龙湖站为代表站，其海拔高度69 m，地理坐标是22°46′N、114°14′E；山地小气候区以三洲田站为代表站，其海拔高度377m，地理坐标是22°36′N、114°16′E。为了简略，下文“城市”表示城市小气候区，“海洋”表示海洋小气候区，“丘陵”表示丘陵小气候区，“山地”表示山地小气候区。

观测资料时段是2007年7月21日21时至23日20时，这期间深圳地区受西太平洋副热带高压控制，为夏季典型晴天天气。

2 夏季典型晴天不同小气候区气温、湿度及舒适度特征 2.1 夏季典型晴天不同小气候区气温特征

研究不同小气候区的气温特征，主要是比较研究各小气候区气温的最小值、最大值、平均值及日变化差异。

图 1给出了2007年7月21日21时至23日20时各小气候区气温逐时(整点时刻，下同)变化。

由图 1可知：海洋的气温在白天大部分时间低于城市和丘陵，午间至傍晚时段还低于山地，即午间至傍晚时段海洋的气温是4个小气候区中最低的。海洋的气温，在夜间和早晨大部分时间高于山地和丘陵，后半夜和早晨大部分时间还高于城市，即后半夜和早晨大部分时间，海洋的气温是4个小气候区中最高的。同一时间山地的气温总是低于城市和丘陵。城市气温在夜间和早晨高于丘陵，但在午后大部分时间低于丘陵。

表 1给出了22日和23日各小气候区气温的最小值、最大值、日较差及22日21时至23日20时48小时的平均值等。

由表 1可知：丘陵气温的日变化幅度最大，22日是8.2 ℃，23日是9.5 ℃；山地第二，22日是8.0 ℃，23日是9.2 ℃；城市第三，22日是5.9 ℃，23日是6.3 ℃；海洋最小，22日是2.1 ℃，23日是2.2 ℃。各小气候区气温的日变化，不仅海陆差异大，就是陆地的3个小气候区，差别也比较大。

此外，由表 1可知：早晨各小气候区的最低气温，海洋最高，22日是28.9 ℃，23日是29.0 ℃；城市次之，22日是28.5 ℃，23日是28.3 ℃；丘陵第三，22日是26.9 ℃，23日是26.2℃；山地最低，22日是24.9℃，23日是24.5 ℃。城市最低气温，22日比海洋低0.4 ℃，23日低0.7 ℃；丘陵最低气温，22日比海洋低2.0 ℃，23日低2.8 ℃；山地最低气温，22日比海洋低4.0 ℃，23日低4.5 ℃。海陆之间最低气温的差异，只有城市与海洋的比较接近，而丘陵和山地与海洋的差异明显。3个陆地小气候区的最低气温也有明显差异，特别是城市和山地的最低气温之差22日达到3.6 ℃，23日达到3.8 ℃。夜间城市最低气温接近海洋，高于丘陵，原因是存在城市热岛效应，城市构筑物白天吸收太阳辐射储存的热量在傍晚后逐步释放出来，使城市气温的下降速度慢于丘陵。

白天最高气温，丘陵最高，22日是35.1 ℃，23日是35.7 ℃；城市第二，22日是34.4 ℃，23日是34.6 ℃；山地第三，22日是32.9 ℃，23日是33.7 ℃；海洋最低，22日是31.0 ℃，23日是31.2 ℃。白天最高气温，丘陵22日比海洋高4.1 ℃，23日高4.5 ℃；城市22日和23日均比海洋高3.4 ℃；山地22日比海洋高1.9 ℃，23日高2.5 ℃。海陆之间最高气温的差异明显，其中丘陵和海洋之间差异最为显著，城市和海洋之间差异第二，山地与海洋之间差异最小。3个陆地小气候区的最高气温，丘陵比山地大2.0 ℃以上，比城市大1.0 ℃左右。此外，丘陵在22—23日均出现了35 ℃以上的高温天气，而其它3个小气候区没有出现，表明丘陵最容易出现高温天气。

2.2 夏季典型晴天不同小气候区相对湿度特征

研究不同小气候区的湿度特征，主要是比较研究各小气候区相对湿度的最小值、最大值、平均值及日变化差异。

图 2给出了2007年7月21日21时至23日20时各小气候区相对湿度逐时变化。

由图 2可知：各小气候区相对湿度的日变化，具有相似的特征，白天降低，夜晚升高；最小相对湿度出现在白天，最大相对湿度出现在夜间。

表 2给出了各小气候区相对湿度22日和23日的最小值、最大值、日较差及22日21时至23日20时48小时的平均值。

由表 2可知：夜间各小气候区的最大相对湿度有显著差异。丘陵最大，22日是90%，23日是91%；山地第二，22日是90%，23日是89%；城市第三，22日是79%，23日是78%；海洋最小，22日和23日均是76%。海陆最大相对湿度，丘陵比海洋大15%，山地比海洋大14%，城市比海洋大3%。陆地3个小气候区的最大相对湿度，丘陵和山地的相当，城市比丘陵和山地的小12%。

白天各小气候区最小相对湿度也有明显差异，特别是海陆差异尤为显著。海洋的最大，22日是66%，23日是65%；山地第二，22日、23日均是48%；城市第三，22日、23日均是46%；丘陵最小，22日是42%，23日是40%。海陆之间最小相对湿度，海洋比丘陵大25%，海洋比城市大20%，海洋比山地大18%。陆地3个小气候区的最小相对湿度，山地比丘陵大7%，城市比丘陵大5%。

此外，各小气候区相对湿度日变化幅度也明显不同。丘陵的日变化最大，约为50%；山地第二，约为40%；城市第三，约为30%；海洋最小，约为10%。

2.3 夏季典型晴天不同小气候区舒适度特征

综合考虑气温和湿度对人体舒适度影响的指标中应用最多的要数Thom提出的不适指数(Discomfort Index, 简称DI)^[11]。这个指数也称为温湿指数(Thermal Humidity Index，简称THI)或舒适度指数(Comfort Index，简称CI)，它的计算公式为：

$ THI = T-0.55\left( {1-RH} \right)\left( {T-58} \right) $

(1)

$ T = 1.8t + 32 $

(2)

由式(1)、(2) 得到：

$ THI = 1.8t-0.55\left( {1.8t-26} \right)\left( {1-RH} \right) + 32 $

(3)

式中THI、T、RH、t分别代表舒适度指数(℉)、华氏温度(℉)、相对湿度(%)和摄氏温度(℃)。实际计算发现式(3) 不切合深圳地区实际情况，由式(3) 计算得到的舒适度指数，日变化小，难以区分，而且所得结果，数值偏小，与国际上通行的舒适度指数与人体感觉程度的对应关系(见表 3)不符。原因在于式(3) 较适用于中纬度地区，而深圳靠近热带海洋，夏季大气水汽含量大，即使气温变化不大，人体的感觉也会有很大变化，为了充分体现气温与舒适度的这一关系，也为了与国际上通行的舒适度指数与人体感觉程度的对应关系(见表 3)一致。有必要减小公式中湿度项的权重，研究发现式(4) 在深圳比较实用。

$ THI = 1.8t-0.18\left( {1.8t-26} \right)\left( {1-RH} \right) + 32 $

(4)

由式(4) 计算得到21日21时至23日20时的各小气候区舒适度指数逐时变化如图 3。

由图 3可知，各小气候区舒适度指数的日变化，具有相似的特征，白天升高，午后达到最大值，夜晚降低，早晨达到最小值。白天各小气候区舒适度指数的最大值及夜间各小气候区舒适度指数的最小值差异较大。以各小气候区整点时刻的舒适度指数来比较，各小气候区白天最大舒适度指数，丘陵的最大，22日是91℉，23日是92℉；城市第二，22日是90℉，23日是91℉；山地第三，22日和23日均为88℉；海洋最小，22日是86℉，23日是85℉。夜间最小舒适度指数，海洋最大，22日和23日均为83℉；城市第二，22日是82.5℉，23日是82℉；丘陵22日是80℉，23日是79℉；山地22日是77℉，23日是76℉。各小气候区舒适度指数的日变化幅度也不同。丘陵的日变化最大，22日是11℉，23日达到了13℉；山地第二，22日是11℉，23日是12℉；城市第三，22日是8℉，23日是9℉；海洋的最小，22日是3℉，23日是2℉。

此外，为了方便实际中使用，表 3给出深圳夏季舒适度指数级别、指数范围及人体感觉程度等^[12]。

根据表 3，将由式(4) 计算得到的21日21时至23日20时各小气候区逐时的舒适度指数进行分级，得到这期间各小气候区不同舒适度级别出现时次的频数分布，见表 4。

由表 4可知：丘陵舒适度级别的日变化最大，22日和23日均从“微热”变化到“酷热”，跨了4级。山地的舒适度级别的日变化第二，22日和23日均从“微热”变化到“炎热”，跨了3级。城市的舒适度级别22日“较热”变化到“炎热”，跨了2级，23日从“较热”变化到“酷热”，跨了3级。海洋舒适度级别变化最平稳，23日从“较热”变化到“炎热”，只有2级变化，23日所有时次均为“较热”，只有1级变化。

午间至傍晚时段(10—20时)，是一天中最热的时段，丘陵和城市达到“炎热”和“酷热”舒适度级别的时次接近，平均每天约有10个时次，只是丘陵比城市多一个时次“酷热”级别，丘陵和城市都很不舒适；山地部分时间“较热”，部分时间“炎热”，是第三不舒适的；海洋大部分时间均处于“较热”的级别，是最舒适的。丘陵是最有可能出现“酷热”天气的地方，而海洋是最不可能出现“酷热”天气的地方。

夜间时段(21时至7时)，海洋全部时间都处于“较热”的级别，城市也是全部时间处于“较热”的级别。但海洋舒适度指数的最小值比城市大，因此夜间最不舒适的地方出现在海洋。而丘陵少部分时间为“微热”，大部分时间“较热”；山地全部时间为“微热”。因此，夜间，海洋最不舒适，城市第二，丘陵第三，山地最舒适。

3 结论

通过对深圳地区城市、海洋、丘陵、山地等4个小气候区夏季典型晴天条件下的气温、湿度及舒适度特征的研究，发现海陆之间以及陆地3个小气候区之间的气温、相对湿度和舒适度均存在显著差异，具体结论如下：

(1) 各小气候区气温特征存在显著差别。白天最高气温，丘陵最高，城市第二，山地第三，海洋最低，丘陵最高气温比海洋高4.0 ℃以上；夜间最低气温，海洋最高，城市第二，丘陵第三，山地最低，海洋最低气温比山地高4.0 ℃以上。各小气候区气温的日变化，丘陵最大，可达8.0 ℃以上，山地第二，城市第三，海洋最小，只有大约2.0 ℃。

(2) 各小气候区相对湿度的特征存在显著差别。夜间，各小气候区相对湿度，丘陵最大，山地第二，城市第三，海洋最小；白天，各小气候区相对湿度，海洋最大，山地第二，城市第三，丘陵最小。各小气候区相对湿度的日变化，丘陵最大，山地第二，城市第三，海洋最小。

(3) 各小气候区舒适度的特征存在显著差别。白天，最热的地方在丘陵，其次是城市，山地第三，海洋最舒适。夜间，最热的地方出现在海洋，城市第二，丘陵第三，山地最舒适。各小气候区舒适度指数的日变化，丘陵最大，山地第二，城市第三，海洋最小。丘陵是最有可能出现“酷热”天气的地方，而海洋是最不可能出现“酷热”天气的地方。