1961～2015年福州地區(qū)霧日數(shù)的時空變化特征及其原因

林 艷 游 錚 林龍官

1961～2015年福州地區(qū)霧日數(shù)的時空變化特征及其原因

林 艷1游 錚1林龍官2

1.福建省氣象服務(wù)中心 2.閩侯縣氣象局

利用福州及其周邊的福清、連江、羅源、閩侯、閩清、永泰、長樂以及平潭共9個站點的霧日數(shù)和氣象資料，分析了近40年來9個站點霧日數(shù)的空間變化特征。再選取福州站代表城市站, 閩侯代表城郊站, 平潭代表郊區(qū)站，分析福州地區(qū)霧日數(shù)的時間變化特征及影響因子。結(jié)果表明，從20世紀(jì)80年代開始，福州站、平潭站和閩侯站的年霧日數(shù)均急劇下降，其中福州站和平潭站的下降趨勢最顯著。霧日數(shù)在2000年之后下降到最低值，2010年之后又開始小幅回升。平均相對濕度的減少和平均氣溫的升高是造成福州市霧日數(shù)減少和霾日數(shù)增加的原因之一，城市站和郊區(qū)站霧日數(shù)與年平均相對濕度和年平均氣溫的相關(guān)更為顯著。

福州 霧日數(shù) 空間變化特征 時間變化特征

隨著城市化和工業(yè)化的迅速發(fā)展，霧霾天氣已經(jīng)成為影響城市大氣環(huán)境的重要問題。霧霾天氣不僅降低能見度，影響居民生活及交通安全，還會使空氣質(zhì)量下降，對人體健康造成危害。國內(nèi)學(xué)者已經(jīng)開展了不少研究[1-6]，郭婷[7]統(tǒng)計分析了我國霧日和霾日的時空分布特征及我國東部城市群(長三角和京津冀)霧日的長期變化趨勢及影響因素，指出長三角地區(qū)年霧日數(shù)呈先升后降的趨勢，區(qū)域氣候變化和城市化導(dǎo)致的溫度上升，空氣污染加劇導(dǎo)致的氣溶膠增加，是造成長三角霧日變化特征的原因。吳濱[8]等應(yīng)用1961～2004年福建省50個氣象站逐月大霧及濃霧日數(shù)資料, 分析了全省大霧日數(shù)及濃霧日數(shù)的年、季分布特點、長期變化趨勢、年代際變化特征，研究指出，年霧日數(shù)與年平均氣溫有較好的負(fù)相關(guān)關(guān)系, 而與年平均相對濕度有很好的正相關(guān)關(guān)系, 同時與森林覆蓋率的變化有一定關(guān)系。但目前對霧日數(shù)在城市與郊區(qū)分布的差異研究較少。本文利用福州市區(qū)及周邊站點1961～2015的觀測資料，對近50年來福州地區(qū)霧日數(shù)的變化趨勢進(jìn)行分析，并對城市站、城郊站和郊區(qū)站霧日數(shù)變化差異及可能原因進(jìn)行分析。

1 資料來源和研究方法

本文采用1961～2015年福州、福清、連江、羅源、閩侯、閩清、永泰、長樂以及平潭9個站點的月霧日數(shù)、月平均相對濕度、月平均氣溫。各臺站的具體位置見圖1。統(tǒng)計過程中采用滑動平均等方法，分析各個臺站年平均霧日數(shù)的時空分布特征及代表站平均霧日數(shù)的年際和季節(jié)變化特征。通過對比福州與周邊臺站的霧日數(shù)，分析福州城市霧日數(shù)的時間變化特征和趨勢，結(jié)合氣溫、相對濕度等氣象因子，研究影響福州霧日數(shù)變化的可能原因。文中的季節(jié)劃分如下：３～6月為春季，7～9月為夏季，10～11月為秋季，12～2月為冬季。

圖1 福州市9個站點的位置分布圖

2 結(jié)果分析

2.1 福州地區(qū)各站各時期年平均霧日數(shù)的時空分布特征

從福州市9個站點的年平均霧日數(shù)（表1）來看，各個站點在20世紀(jì)60年代和70年代的年平均霧日數(shù)均處于歷史最高水平，從20世紀(jì)80年代開始，年平均霧日數(shù)開始逐漸減少，但是2000年之后，各個站點年平均霧日數(shù)的變化趨勢開始出現(xiàn)分化。永泰站、長樂站和閩清站的年平均霧日數(shù)繼續(xù)下降，平潭站的年平均霧日數(shù)沒有變化，福州站、羅源站、閩侯站、連江站的年平均霧日數(shù)目前又有所回升，而福清站的年平均霧日數(shù)在2000年之后先上升，后下降。從空間分布上看，永泰站屬于多霧地區(qū)，年平均霧日數(shù)均在24d以上，閩侯、福清、長樂、連江站屬于少霧地區(qū)，年平均霧日數(shù)大部分都在10d以下。從臺站的觀測環(huán)境來看, 福州站一直位于市區(qū), 閩侯站早期位于郊區(qū), 但目前測站所在區(qū)域也已城市化，平潭站一直是福州地區(qū)受城市化影響最小的臺站，3個站在觀測環(huán)境方面也具有代表性。從變化趨勢特點和臺站觀測環(huán)境綜合考慮，本文選取福州站代表城市站, 閩侯代表城郊站, 平潭代表郊區(qū)站進(jìn)行對比分析。

表1 福州地區(qū)各站點不同時期平均年霧日數(shù) 單位：d

2.2 代表站年霧日數(shù)年際變化特征

根據(jù)1961～2015年福州、閩侯和平潭這三個站年平均霧日數(shù)的年際變化（圖2）可見，福州站的年霧日數(shù)在20世紀(jì)70年代前期呈小幅波動狀態(tài)，70年代后期開始，年霧日數(shù)呈明顯下降趨勢，年霧日數(shù)開始小于平潭站，2010年之后霧日數(shù)又逐漸回升，目前年霧日數(shù)比平潭站多。平潭站的年霧日數(shù)在20世紀(jì)90年代之前呈振蕩上升趨勢，在90年代之后急劇下降。2000年之后，平潭站的年霧日數(shù)又有小幅回升。閩侯站的年霧日數(shù)小于福州站和平潭站，在2000年之前，年霧日數(shù)呈小幅波動，2000年之后明顯下降，年霧日數(shù)不足5d，2010年之后霧日數(shù)又開始回升，目前霧日數(shù)和平潭站相當(dāng)。

圖2 福州、閩侯和平潭站年平均霧日數(shù)的年際變化（5年滑動平均）

2.3 季節(jié)變化特征

按照福建省的四季劃分，統(tǒng)計福州、閩侯和平潭站不同時期春夏秋冬四季平均霧日數(shù)（表2）。從表中可以看出，春季的霧日數(shù)最多，冬季次之，夏季最少。在20世紀(jì)90年代之前，福州站春季平均霧日數(shù)在13d左右，90年代之后急劇下降，2010年后又略有回升。平潭站、閩侯站春季平均霧日數(shù)的變化趨勢與福州站基本一致。夏季和秋季霧日雖少，但也是呈減少趨勢，在2000年后，三個站的平均霧日數(shù)均接近0天。冬季福州站和閩侯站的平均霧日數(shù)在前50年也是呈減少趨勢，目前回升到2～3天，而平潭站的平均霧日數(shù)在20世紀(jì)90年代達(dá)到最低點，2000年之后有所回升。

表2 福州地區(qū)各站點不同時期四季平均霧日數(shù) 單位：d

圖3是福州站與平潭站全年、春季、夏季和秋季和冬季的平均霧日差值的年際變化圖。從全年來看，從20世紀(jì)60年代中期開始，由郊區(qū)霧日數(shù)比市區(qū)霧日數(shù)少, 轉(zhuǎn)變?yōu)榻紖^(qū)霧比市區(qū)霧多, 差值隨時間推移逐漸變大。從20 世紀(jì)80年代開始，差值又逐漸減小，到2000年左右，郊區(qū)和市區(qū)霧日數(shù)基本持平。2000年后，二者的差值又呈先增加后減少的趨勢，到2010年之后，市區(qū)霧又開始比郊區(qū)霧多。從四季來看，在20世紀(jì)80年代之前，春季的差值最顯著，冬季和夏季的差值相當(dāng)，三個季節(jié)對全年的差值都有貢獻(xiàn)；80年代后，全年的差值主要是由夏季的差值造成的。2000年后，春季的差值最顯著，冬季的差值次之。2010年后，四個季節(jié)的差值都相當(dāng)，對全年的差值都有一定貢獻(xiàn)。

圖3 福州站和平潭站全年及四季平均霧日差值的年際變化 (5年滑動平均)

圖4是福州站與閩侯站全年、春季、夏季、秋季和冬季的平均霧日差值的年際變化圖。從全年來看，從20世紀(jì)60年代開始，福州站的霧日數(shù)就比閩侯站多，二者的差值隨時間推移逐漸減小，到2000年左右，城郊和市區(qū)霧日數(shù)基本持平。2000年之后，二者的差值又呈增加趨勢。從四季來看，春季的差值最顯著，冬季的差值次之，夏秋兩季的差值對全年的差值幾乎沒有貢獻(xiàn)。到了2000年，四個季節(jié)的差值都相當(dāng)，對全年的差值都有一定貢獻(xiàn)。2010年之后，仍然是春季的差值最顯著。

圖4 福州站和閩侯站全年及四季平均霧日差值的年際變化 (5年滑動平均)

3 福州霧日數(shù)與其他物理量的對應(yīng)關(guān)系

3.1 霧日數(shù)與相對濕度的關(guān)系

圖5是1961～2015年福州站、平潭站和閩侯站年平均相對濕度的年際變化圖，由圖5可見，三個站年平均相對濕度在2000年前呈穩(wěn)定波動狀態(tài)，2000年后，福州站和閩侯站均呈現(xiàn)出明顯的下降趨勢，而平潭站的年平均相對濕度只是略有下降。福州站和閩侯站的年平均相對濕度在2005年后開始回升，而平潭站則在2010年后年平均相對濕度才開始回升。這些變化特征和2010年后三個站年霧日數(shù)的變化趨勢存在較好的對應(yīng)關(guān)系。由表3可見，霧日數(shù)和年平均相對濕度的呈正相關(guān)，福州站二者的相關(guān)系數(shù)為0.73，閩侯站0.57，平潭站0.66，可見相對濕度的升高是霧日數(shù)增加的原因之一，城市站和郊區(qū)站的相關(guān)更為顯著。

表3 1961～2015年霧日數(shù)與年平均相對濕度的相關(guān)系數(shù)

圖5 福州站、平潭站和閩侯站年平均相對濕度 (5年滑動平均)年際變化

3.2 霧日數(shù)與氣溫變化的關(guān)系

圖6是1961～2015年福州站、平潭站和閩侯站年平均氣溫的年際變化圖，在20世紀(jì)80年代之前，3個站的年平均氣溫均有小幅的波動，從80年代到2000年左右，三個站年平均氣溫均呈現(xiàn)出了明顯的上升趨勢, 與此對應(yīng)的是霧日數(shù)的急劇減少，2000年之后，三個站年平均氣溫開始下降, 與此對應(yīng)的是霧日數(shù)的回升。由表4可見，霧日數(shù)和年平均相對濕度呈負(fù)相關(guān)，福州站二者的相關(guān)系數(shù)為-0.88，閩侯站-0.56，平潭站-0.87，可見氣溫的下降是霧日數(shù)增加的原因之一，城市站和郊區(qū)站的相關(guān)更為顯著。

圖6 福州站、平潭站和閩侯站年平均氣溫 (5年滑動平均)年際變化

表4 1961～2015年霧日數(shù)與年平均氣溫的相關(guān)系數(shù)

4 結(jié)論

本文選取福州站代表城市站, 閩侯代表城郊站, 平潭代表郊區(qū)站，分析福州地區(qū)霧日數(shù)的時間變化特征和趨勢及影響因子。結(jié)論如下：

（1）從20世紀(jì)80年代開始，福州站、平潭站和閩侯站的年霧日數(shù)均急劇下降，其中福州站和平潭站的下降趨勢最顯著。霧日數(shù)在2000年后下降到最低值，2010年后又開始小幅回升。

（2）在20世紀(jì)80年代之前，福州站和平潭站春季的差值最顯著；80年代后，全年的差值主要是由夏季的差值造成。2000年后，又是春季的差值最顯著。2010年后，四個季節(jié)的差值都相當(dāng)。福州站和閩侯站的差值一直是春季最顯著，冬季的差值次之。

（3）通過分析年平均氣溫和年平均相對濕度的變化趨勢，發(fā)現(xiàn)年平均氣溫的降低和年平均相對濕度的升高是霧日數(shù)增加的原因之一，城市站和郊區(qū)站霧日數(shù)與年平均氣溫的降低和年平均相對濕度的相關(guān)更為顯著。

[1] 湯鵬宇,何宏讓,陽向榮. 大連海霧特征及形成機(jī)理初步分析[J].干旱氣象，2013，31（1）：62-69．

[2] 高紅燕，賀音，王丹，等．近50 年西安市霧時間的變化趨勢及可能原因[J]．高原氣象，2013，32（6）：1739-1746．

[3] 襲祝香，張碩，高曉荻，等．吉林省霧和霾事件的時空特征及評估方法[J]．干旱氣象，2015，33（2）：244-248．

[4] 吳兌．再論都市霾與霧的區(qū)別[J]．氣象，2006，32（4）：9-15．

[5] 付桂琴，張迎新，張慶紅，等．河北省低能見度時間特征分析[J]．氣象，2013，39（8）：1066-1067．

[6] 孫彧, 馬振峰, 牛濤, 等.最近40年中國霧日數(shù)和霾日數(shù)的氣候變化特征[J]. 氣候與環(huán)境研究, 2013, 18 (3): 397-406.

[7] 郭婷. 長三角和京津冀地區(qū)霧日、霾日的時空變化特征及影響因素研究[D]. 南京：南京信息工程大學(xué), 2007.

[8] 吳濱,施能,李玲. 福建近45年霧日趨勢變化特征及可能影響因素[C]//中國氣象學(xué)會2006年年會“氣候變化及其機(jī)理和模擬”分會場論文集, 2006.

[9] 中國氣象局地面.氣象觀測規(guī)范[M].北京:氣象出版社,2003.