東洞庭湖濕地“觀鳥(niǎo)氣象指數(shù)”研究

黃菊梅 劉學(xué) 李奇 覃鴻 向偉

（1 湖南省岳陽(yáng)市氣象局，岳陽(yáng) 414000；2 湖南省華容縣氣象局，華容 414200）

0 引言

東洞庭湖地處長(zhǎng)江中游荊江南岸，是國(guó)際重要濕地，也是國(guó)際重要的鳥(niǎo)類(lèi)越冬地，在東北亞鶴類(lèi)遷徙網(wǎng)絡(luò)、東亞雁鴨類(lèi)遷徙網(wǎng)絡(luò)和東亞—澳大利亞涉禽遷徙網(wǎng)絡(luò)等區(qū)域物種保護(hù)網(wǎng)絡(luò)中具有十分重要的地位。東洞庭湖冬季水溫適宜，近地層的溫度比同緯度遠(yuǎn)離東洞庭湖的平均溫度高出2 ℃左右，為鳥(niǎo)兒前來(lái)越冬提供了良好的氣候條件。同時(shí)東洞庭湖季節(jié)性的半陸半水，豐富了植物種類(lèi)，也為鳥(niǎo)類(lèi)提供了必備的越冬食物和飲用淡水。

洞庭湖豐富的鳥(niǎo)類(lèi)資源是開(kāi)展觀鳥(niǎo)旅游的良好基礎(chǔ)[1]。每年越冬候鳥(niǎo)達(dá)20萬(wàn)只以上，過(guò)境候鳥(niǎo)達(dá)數(shù)百萬(wàn)只。為緩解并消除保護(hù)與利用之間的矛盾，在生態(tài)保護(hù)與生態(tài)產(chǎn)業(yè)上尋找結(jié)合點(diǎn)，推動(dòng)生態(tài)文化建設(shè)，2002年開(kāi)始，東洞庭湖國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)打造出了知名的生態(tài)品牌“中國(guó)（洞庭湖）國(guó)際觀鳥(niǎo)節(jié)”。

1 資料

本文氣象資料來(lái)源于岳陽(yáng)氣象觀測(cè)站，該站位于東洞庭湖濱湖，是湖南省唯一的濱湖氣象站，氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)能較好地代表東洞庭湖的天氣和氣候。

2 觀鳥(niǎo)氣象指數(shù)的設(shè)計(jì)思路

觀鳥(niǎo)是在不打擾野生鳥(niǎo)類(lèi)生存棲息的基礎(chǔ)上，利用望遠(yuǎn)鏡等光學(xué)儀器，到自然環(huán)境中去觀察、認(rèn)知和探索鳥(niǎo)類(lèi)形態(tài)及其習(xí)性的戶外活動(dòng)。但觀察者應(yīng)盡量避免在不良的天氣條件下觀鳥(niǎo)，根據(jù)氣候條件確定適宜的觀鳥(niǎo)時(shí)間。

根據(jù)候鳥(niǎo)的生活習(xí)性，每年10月之后，隨著北方氣溫的降低、東洞庭湖水位逐漸退落，小天鵝、灰鶴、小白額雁等候鳥(niǎo)乘著南下的冷空氣從西伯利亞、蒙古等北國(guó)陸續(xù)向南遷移，11月開(kāi)始大規(guī)模向東洞庭湖濕地遷徙，東洞庭湖進(jìn)入了觀鳥(niǎo)“黃金季節(jié)”，次年2月是候鳥(niǎo)集結(jié)準(zhǔn)備北遷的時(shí)候。冬季鶴鸛類(lèi)、天鵝集中在2月末北遷，雁類(lèi)在3月中旬，小白額雁、白額雁在3月中下旬進(jìn)行北遷[2]。從歷屆洞庭湖觀鳥(niǎo)節(jié)觀鳥(niǎo)比賽時(shí)間來(lái)看，有兩屆在12月12日，其余八屆均在12月2—9日，而東洞庭湖鳥(niǎo)類(lèi)調(diào)查一般在1月中上旬的隆冬時(shí)節(jié)開(kāi)展，這個(gè)時(shí)間段正值水鳥(niǎo)越冬中期，鳥(niǎo)群集中，人為干擾比較少，利于取得準(zhǔn)確數(shù)據(jù)[3]。因此，東洞庭湖觀鳥(niǎo)時(shí)段為深秋至冬季，而初冬至隆冬季節(jié)是東洞庭湖的最佳觀鳥(niǎo)時(shí)段，此時(shí)東洞庭湖常年平均氣溫進(jìn)入一年中最低的時(shí)段。因此，本研究觀鳥(niǎo)氣象指數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)段為11月1日—次年3月31日。

嚴(yán)明良等[4]依據(jù)人類(lèi)生活環(huán)境對(duì)氣象條件的敏感性和依從性，提出了多種行業(yè)的環(huán)境氣象指數(shù)的7種設(shè)計(jì)方法。由于缺乏定量化的候鳥(niǎo)觀測(cè)數(shù)據(jù)，因此預(yù)報(bào)量為定性的，本文從鳥(niǎo)類(lèi)調(diào)查中尋找具有與觀鳥(niǎo)相關(guān)的氣象因子，再根據(jù)不同因子對(duì)觀鳥(niǎo)的影響程度賦予無(wú)量綱的分值，最后將這些分值累計(jì)作為預(yù)報(bào)量，采用因子加權(quán)法設(shè)計(jì)觀鳥(niǎo)氣象指數(shù)。

3 觀鳥(niǎo)氣象指數(shù)影響因子取值規(guī)則

觀鳥(niǎo)者一般不去水邊近距離觀鳥(niǎo)，而在東洞庭湖湖堤上觀鳥(niǎo)，空曠的湖堤風(fēng)速較大。劉電英等[5]利用風(fēng)資源測(cè)風(fēng)加密觀測(cè)資料和洞庭湖區(qū)內(nèi)陸氣候的常規(guī)觀測(cè)資料進(jìn)行對(duì)比分析表明，在水平方向上，湖面平均風(fēng)速比陸地平均風(fēng)速大2.3 m/s，湖面瞬時(shí)風(fēng)速是陸地瞬時(shí)風(fēng)速的2倍左右。因此，風(fēng)速對(duì)東洞庭湖觀鳥(niǎo)產(chǎn)生較大影響。影響觀鳥(niǎo)的氣象要素還包括降雨、能見(jiàn)度以及霧、降雪、積雪、雨凇、大風(fēng)等天氣現(xiàn)象。這些因素一方面作用于觀察者，使其觀察能力下降；另一方面又作用于鳥(niǎo)類(lèi)，使它們被發(fā)現(xiàn)的可能性下降。霧、降雪、積雪、雨凇、大風(fēng)等是東洞庭湖冬季常見(jiàn)的天氣現(xiàn)象，對(duì)東洞庭湖觀鳥(niǎo)敏感性和安全性的影響均非常強(qiáng)，實(shí)行“一票否決”的方法直接進(jìn)行排除，即如果出現(xiàn)以上天氣現(xiàn)象之一，則不適宜觀鳥(niǎo)。降雨、風(fēng)速、能見(jiàn)度等氣象因子對(duì)觀鳥(niǎo)影響程度不同，通過(guò)制訂分量因子取值規(guī)則，分別賦予這些因子不同的權(quán)重，計(jì)算加權(quán)和作為觀鳥(niǎo)氣象影響因子判別指標(biāo)序列。

因觀鳥(niǎo)活動(dòng)基本在白天（08：00—20：00）進(jìn)行，為了便于實(shí)際工作中推廣應(yīng)用，各種氣象要素應(yīng)具有針對(duì)性。因此，降水量采用白天總降水量進(jìn)行取值，風(fēng)速和能見(jiàn)度分別采用白天平均風(fēng)速和平均能見(jiàn)度進(jìn)行取值。各分量因子取值規(guī)則如下：

1）降水量因子R

①F≥10.7 m/s，F(xiàn)取值為0；R≥30.0 mm，R取值為0；

②8.0 m/s≤F＜10.7 m/s，F(xiàn)取值為10；15.0 mm≤R＜30.0 mm，R取值為10；

③5.5 m/s≤F＜8.0 m/s，F(xiàn)取值為20；5.0 mm≤R＜15.0 mm，R取值為20；

④3.5 m/s≤F＜5.5 m/s，F(xiàn)取值為50；0.1 mm≤R＜5.0 mm，R取值為50 ；

⑤0.0 m/s≤F＜3.5 m/s，F(xiàn)取值為100。無(wú)降水，R取值為100。

2）風(fēng)速因子F

3）能見(jiàn)度因子V

①V≥10000 m，V取值為100；

② 5000 m ≤V＜10000 m，V取值為50；

③ 1000 m ≤V＜5000 m，V取值為20；

④V＜1000 m，V取值為0。

4）天氣現(xiàn)象因子W

霧、降雪、積雪、雨凇、大風(fēng)等這些天氣現(xiàn)象中，若出現(xiàn)其中之一或多種天氣現(xiàn)象同時(shí)出現(xiàn)則W值取值為0，若均未出現(xiàn)則取值為1。

4 觀鳥(niǎo)氣象指數(shù)含義及判別指標(biāo)

因氣象觀測(cè)記錄中，2015年以前均采用人工觀測(cè)獲取能見(jiàn)度數(shù)據(jù)，且無(wú)連續(xù)觀測(cè)記錄，白天僅在08：00、14：00和20：00進(jìn)行觀測(cè)，2015年1月1日開(kāi)始使用能見(jiàn)度儀獲取逐小時(shí)能見(jiàn)度數(shù)據(jù)。因此，對(duì)2015年11月1日—2019年3月31日逐日白天總降水、平均風(fēng)速、平均能見(jiàn)度等氣象因子和霧、降雪、積雪、雨凇、大風(fēng)等天氣現(xiàn)象進(jìn)行因子取值。

根據(jù)觀鳥(niǎo)氣象指數(shù)影響因子取值規(guī)則，定義觀鳥(niǎo)綜合氣象影響因子判別指標(biāo)（B）如下：

根據(jù)式（1）計(jì)算2015年11月1日—2019年3月31日逐日B值，并將各個(gè)不同B值出現(xiàn)天數(shù)及占比進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。表1中，判別指標(biāo)B值從0～30共計(jì)12個(gè)無(wú)量綱值，其中B值為0出現(xiàn)82 d，占總統(tǒng)計(jì)天數(shù)的14%。有67 d霧、降雪、積雪、雨凇、大風(fēng)這5種天氣現(xiàn)象中只出現(xiàn)了1種，有9 d出現(xiàn)了2種，有6 d出現(xiàn)了3種且基本是降雪、積雪、雨凇這3種天氣現(xiàn)象同時(shí)出現(xiàn)。

表1 逐日觀鳥(niǎo)氣象影響因子判別指標(biāo)（B）統(tǒng)計(jì)表Table 1 Statistical table of meteorological factor discrimination index (B)

將逐日B值指標(biāo)序列劃分為5個(gè)取值區(qū)間，形成觀鳥(niǎo)氣象判別指標(biāo)和觀鳥(niǎo)氣象指數(shù)。表2中，觀鳥(niǎo)氣象指數(shù)為1時(shí)表示天氣不好，不適宜觀鳥(niǎo)，為2時(shí)表示天氣不太好，不太適宜觀鳥(niǎo)，為3時(shí)表示天氣還可以，基本適宜觀鳥(niǎo)，為4時(shí)表示天氣不錯(cuò)，比較適宜觀鳥(niǎo)，為5時(shí)表示天氣很好，很適宜觀鳥(niǎo)。通過(guò)和歷史資料的對(duì)比分析，觀鳥(niǎo)氣象指數(shù)為1～5占比分別為14%、9%、19%、43%、15%，即77%的時(shí)段適宜觀鳥(niǎo)。

表2 觀鳥(niǎo)氣象指數(shù)判別表Table 2 Discriminating table of weather index for birdwatching

5 討論

候鳥(niǎo)生活習(xí)性中最敏感的氣象因子是氣溫，候鳥(niǎo)因冬季北方寒冷而遷徙到相對(duì)溫暖的東洞庭湖，因此初冬至隆冬季節(jié)東洞庭湖候鳥(niǎo)最為集中。由于候鳥(niǎo)停留在東洞庭湖后并不會(huì)僅僅因?yàn)槿掌骄鶜鉁爻掷m(xù)上升或下降以及日最低氣溫的高低而成批飛走，但對(duì)人體舒適度會(huì)產(chǎn)生影響。候鳥(niǎo)最為集中的時(shí)段是東洞庭湖一年中最冷的時(shí)段，如果考慮日平均氣溫因子，會(huì)因?yàn)榧骖櫲梭w舒適度等因素導(dǎo)致候鳥(niǎo)數(shù)量多的時(shí)候不適宜觀鳥(niǎo)；如果考慮日最低氣溫因子，將導(dǎo)致最低氣溫在候鳥(niǎo)氣象指數(shù)的設(shè)計(jì)比較困難。一次強(qiáng)冷空氣過(guò)程后碧空的夜間輻射降溫往往導(dǎo)致日最低氣溫很低，但次日白天天氣晴朗升溫也適宜觀鳥(niǎo)，同時(shí)候鳥(niǎo)遷徙途中需要借助風(fēng)力，這也是一次強(qiáng)冷空氣過(guò)后的晴冷天氣東洞庭湖候鳥(niǎo)數(shù)量較多的原因之一，而寒流南下往往伴隨氣溫的劇烈變化且早晨日最低氣溫很低，對(duì)人類(lèi)而言舒適度下降。如果強(qiáng)冷空氣僅僅伴隨風(fēng)速加大，氣溫因子將在觀鳥(niǎo)氣象指數(shù)中的風(fēng)速因子中體現(xiàn)；如果強(qiáng)冷空氣伴隨風(fēng)速加大的同時(shí)出現(xiàn)降雨，則氣溫因子在觀鳥(niǎo)氣象指數(shù)中的風(fēng)速和降雨因子中同時(shí)體現(xiàn)；如果強(qiáng)冷空氣導(dǎo)致降雪、積雪甚至雨凇等則不適宜觀鳥(niǎo)。因此，為了便于業(yè)務(wù)推廣應(yīng)用，本文設(shè)計(jì)了觀鳥(niǎo)氣象指數(shù)的時(shí)段，影響因子取值規(guī)則中沒(méi)有考慮氣溫因子。

鳥(niǎo)類(lèi)調(diào)查表明，城陵磯水位為24～25 m時(shí)最適宜候鳥(niǎo)棲息，水位對(duì)東洞庭湖候鳥(niǎo)食物鏈至關(guān)重要，對(duì)東洞庭湖觀鳥(niǎo)產(chǎn)生很大影響。步行觀鳥(niǎo)時(shí)日照和光線對(duì)觀測(cè)一閃而過(guò)的鳥(niǎo)類(lèi)品種產(chǎn)生影響。同時(shí)，觀測(cè)的鳥(niǎo)類(lèi)品種和數(shù)量更多體現(xiàn)在觀鳥(niǎo)者的技術(shù)水平，與天氣關(guān)系不大。隨著生活水平的提高，觀鳥(niǎo)愛(ài)好者開(kāi)展航調(diào)觀鳥(niǎo)，航調(diào)經(jīng)驗(yàn)表明，理想的航調(diào)天氣為能見(jiàn)度高，有高層云以減少地面的反射光，沒(méi)有雨、雪、霧，風(fēng)速低于40 km/h。