福州地區(qū)城市熱島強度變化及對氣溫序列的影響

游 錚 林 艷 林龍官

福州地區(qū)城市熱島強度變化及對氣溫序列的影響

游 錚1林 艷1林龍官2

1.福建省氣象服務中心 2.閩侯縣氣象局

利用福州市氣象站及周邊8個氣象站1961～2010 年平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫資料，分析福州地區(qū)城市熱島強度變化及對氣溫序列的影響。結果表明，50年來，年平均氣溫、最低氣溫、最高氣溫均呈上升趨勢，且福州站的增溫速率明顯大于郊區(qū)站的增溫速率，最低氣溫的增溫速率大于平均氣溫和最高氣溫的增溫速率；對同一項氣溫，增溫速率的季節(jié)差異明顯，尤其是冬季增溫速率非常顯著；對于同一季節(jié)，除了春季之外，其他三個季節(jié)都是年平均最低氣溫的增溫速率最大，最高氣溫的增溫速率最小，年平均氣溫居中，非對稱性明顯。

城市熱島效應 氣溫序列 非對稱性 福州地區(qū)

0 引言

城市熱島效應是指當城市發(fā)展到一定規(guī)模，由于城市下墊面性質(zhì)的改變、大氣污染以及人工廢熱的排放等使城市溫度明顯高于郊區(qū)，形成的類似高溫孤島現(xiàn)象[1]。目前，許多學者就北京、上海、武漢、南京、天津等大城市的城市熱島效應開展了細致的研究[2-5]。邱新法等[1]利用4個氣象站44年的氣溫資料，對南京市的城市熱島效應進行了全面、細致的研究，結果表明南京城市熱島效應有增強的趨勢，用年平均氣溫計算獲得的熱島強度增幅為0.109℃/10a。陳正洪[2]等對武漢站的最高氣溫、最低氣溫及平均氣溫序列進行分析表明，這三種氣溫序列嚴重保留著城市化影響，且存在非對稱性，建議武漢站盡快遷站。初子瑩[3]等通過對北京地區(qū)20個臺站40年的月平均溫度資料進行對比分析，證實熱島效應對城市氣象站記錄的地表平均氣溫的絕對影響隨時間顯著增大，但其相對影響（即熱島增溫）對全部增暖的貢獻卻呈下降趨勢。本文利用1961～2010年近50年的氣象資料，分析了福州地區(qū)城市熱島強度變化及對氣溫序列的影響。

1 資料來源及研究方法

本文所用資料為福州市區(qū)站以及閩侯、永泰、連江、福清、閩清、羅源、長樂、平潭8個距離市區(qū)站較近的郊區(qū)站1961～2010年近50年的逐月平均氣溫、最低氣溫和最高氣溫。福州站為市區(qū)站（FZ），其他站為郊區(qū)站（JQ）。在這些臺站中, 最高的永泰站海拔85.6m , 而最低的連江站海拔僅為13.4m。為了消除海拔高度的影響，全部資料轉(zhuǎn)化為距平值（以1961～2010年為氣候參考期）。此外, 福清站還存在少量缺測現(xiàn)象。對9個站1961～2010年三種氣溫序列進行t檢驗，無超出顯著水平0.01的不連續(xù)點。

季節(jié)劃分采用福建氣象季節(jié)定義，即1月、2月和上一年的12月為冬季，3～6月為春季，7～9月為夏季，10～11月為秋季。在分析福州市50年間及近25年不同季節(jié)三種氣溫距平序列的變化趨勢時，使用線性擬合方法，用線性回歸方程=+來擬合三種氣溫距平序列，其中為回歸常數(shù)，為回歸系數(shù)，由此得出氣溫傾向率（正為升溫趨勢，負為降溫趨勢），以及城市熱島增溫速率及貢獻率，并分析其非對稱性變化。城市熱島強度、熱島增溫速率及貢獻率定義如下:

（1）城市熱島強度=FZT-JQT，其中T為平均氣溫/最高氣溫/最低氣溫；

（2）熱島增溫速率=FZ氣溫傾向率-JQ氣溫傾向率(℃/10a)；

（3）JQ氣溫傾向率=（閩侯氣溫傾向率+永泰氣溫傾向率+連江氣溫傾向率+福清氣溫傾向率+閩清氣溫傾向率+羅源氣溫傾向率+長樂氣溫傾向率+平潭氣溫傾向率）/8；

（4）熱島增溫貢獻率=FZ熱島增溫速率/FZ氣溫傾向率，當對比站氣溫傾向率為負且熱島增溫速率>0時，記為100%。

2 結果與分析

2.1 城市站與郊區(qū)站氣溫的年際變化趨勢

圖1～圖3是1961～2010年FZ和JQ的年平均氣溫、最低氣溫、最高氣溫距平變化曲線?？梢钥闯觯?961～2010年間，福州站和郊區(qū)站的年平均氣溫、最低氣溫和最高氣溫均呈顯著上升趨勢，且FZ的增溫速率大于JQ的增溫速率，最低氣溫的增溫速率大于平均氣溫和最高氣溫的增溫速率，由表1～表3可知，1961～2010年之間FZ和JQ年平均氣溫的增溫速率分別為0.26℃/10a、0.24℃/10a，最低氣溫的增溫速率分別為0.30℃/10a、0.26℃/10a，最高氣溫的增溫速率分別為0.29℃/10a、0.24℃/10a。

圖1 福州站(FZ)和郊區(qū)代表站(JQ)的年平均氣溫距平的年際變化（0.1℃）

圖2 福州站(FZ)和郊區(qū)代表站(JQ)的年最高氣溫距平的年際變化（0.1℃）

圖3 福州站(FZ)和郊區(qū)代表站(JQ)的年最低氣溫距平的年際變化（0.1℃）

從年平均氣溫、年平均最高氣溫、年平均最低氣溫溫度累積距平圖（圖4～圖6）可以明顯看到，F(xiàn)Z和JQ的年平均氣溫、年平均最高氣溫、年平均最低氣溫序列均有兩個階段性變化，即1961～1985年的降溫期和1986～2010年的增溫期。1961～1985年間，F(xiàn)Z和JQ的年平均氣溫降溫速率分別是-0.04℃/10a、-0.06℃/10a，年最高氣溫的降溫速率分別是-0.12℃/10a、-0.24℃/10a，而年最低氣溫的增溫速率分別是0.12℃/10a、0.04℃/10a。1986～2010年，三種氣溫序列均呈顯著增溫趨勢，特別是最高氣溫增幅明顯。FZ和JQ的年平均氣溫的增溫速率分別是0.48℃/10a，0.47℃/10a，年最高氣溫的增溫速率分別是0.50℃/10a ，0.52℃/10a，年最低氣溫的增溫速率分別是0.46℃/10a、0.48℃/10a。

圖4 福州站(FZ)和郊區(qū)代表站(JQ)的年平均氣溫累積距平圖（0.1℃）

圖5 福州站(FZ)和郊區(qū)代表站(JQ)的年平均最低氣溫累積距平圖（0.1℃）

圖6 福州站(FZ)和郊區(qū)代表站(JQ)的年平均最高氣溫累積距平圖（0.1℃）

2.2 城市站與郊區(qū)站四季氣溫變化趨勢

由表1～表3可見，對同一項氣溫，增溫速率的季節(jié)差異明顯。對于年平均氣溫，從近50年來看，冬季增溫速率非常顯著，秋季次之，夏季最弱，且FZ的增溫速率高于JQ。對于年平均最低氣溫，從近50年來看，增溫速率最顯著的是冬季，秋季次之，春季最弱，且FZ的增溫速率高于JQ。對于年平均最高氣溫，從近50年來看，增溫速率最顯著的也是冬季，春秋次之，夏季最弱。除了夏季之外，其他季節(jié)FZ的增溫速率要高于JQ。在1961～1985年的降溫期，對于年平均氣溫和年最低氣溫來說，春夏季均為降溫趨勢，秋冬季為增溫趨勢，對于年最高氣溫來說，冬、春、夏均為降溫趨勢，只有秋季為增溫趨勢。在1986年之后的增溫期，各季增溫速率都急劇上升，對于年平均氣溫和年平均最低氣溫來說，秋季的增溫速率最大，在0.5℃/10a以上。而對于年平均最高氣溫，夏季的增溫速率最大，接近1℃/10a，其次是夏秋季，冬季最弱。

對于同一季節(jié)，除了春季之外，其他三個季節(jié)都是年平均最低氣溫的增溫速率最大，最高氣溫的增溫速率最小，年平均氣溫居中，非對稱性明顯。

對比1961～1985年和1986～2010年兩個區(qū)間，無論是城區(qū)還是郊區(qū)，三項氣溫的增溫速率在不同的季節(jié)都在增大，這反映的是福州地區(qū)的氣候變暖趨勢。

表1 福州站（FZ）和郊區(qū)站（JQ）的年平均 氣溫傾向率 （℃/10a）

表2 福州站（FZ）和郊區(qū)站（JQ）的年平均最低 氣溫傾向率 （℃/10a）

表3 福州站（FZ）和郊區(qū)站（JQ）的年平均最高 氣溫傾向率 （℃/10a）

2.3 熱島增溫貢獻率

相對于郊區(qū)，福州的熱島增溫速率分別為0.02℃/10a（年平均氣溫）、0.04℃/10a（最低氣溫）、0.05℃/10a（最高氣溫），熱島增溫貢獻率則分別為8%、13%、17%（表4～表6），可見最高氣溫對熱島增溫的貢獻率最大。

表4 年平均氣溫的增溫貢獻率

表5 年平均最低氣溫的增溫貢獻率

3 結論

（1）1961～2010年間，年平均氣溫、最低氣溫、最高氣溫均呈上升趨勢，且FZ的增溫速率明顯大于JQ的增溫速率，最低氣溫的增溫速率大于平均氣溫和最高氣溫的增溫速率。FZ和JQ的年平均氣溫和年最高氣溫序列均有兩個階段性變化，即1961～1985年的降溫期和1986～2010年的增溫期，而最低氣溫一直呈增高趨勢。

（2）對同一項氣溫，增溫速率的季節(jié)差異明顯。對于年平均氣溫和年平均最低氣溫，從近50年來看，冬季增溫速率非常顯著，夏秋次之，春季最弱，且FZ的增溫速率要高于JQ。對于年平均最高氣溫，從近50年來看，增溫速率最顯著的也是冬季，春秋次之，夏季最弱。除了夏季之外，其他季節(jié)FZ的增溫速率要高于JQ。

（3）對于同一季節(jié)，除了春季之外，其他三個季節(jié)都是年平均最低氣溫的增溫速率最大，最高氣溫的增溫速率最小，年平均氣溫居中，非對稱性明顯。

（4）最高氣溫的熱島增溫貢獻率最大，平均氣溫次之，最低氣溫最小。

[1] 邱新法,顧麗華,曾燕,等.南京城市熱島效應研究[J].氣候與環(huán)境研究, 2008, 13(6):807-814.

[2]朱家其，湯緒，江灝．上海市城區(qū)氣溫變化及城市熱島[J].高原氣象,2006,25(6) :1154-1160.

[3] 陳正洪, 王海軍, 任國玉. 武漢市城市熱島強度非對稱性變化[J].氣候變化研究進展, 2007, 3(5): 282-286.

[4] 初子瑩，任國玉. 北京地區(qū)城市熱島強度變化對區(qū)域溫度序列的影響[J].氣象學報,2005,63 (4):534-540.

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