1961～2015年福州地区雾日数的时空变化特征及其原因

2017-04-03林龙官

海峡科学 2017年12期

林艳游铮林龙官

林艳1游铮1林龙官2

1.福建省气象服务中心 2.闽侯县气象局

利用福州及其周边的福清、连江、罗源、闽侯、闽清、永泰、长乐以及平潭共9个站点的雾日数和气象资料，分析了近40年来9个站点雾日数的空间变化特征。再选取福州站代表城市站, 闽侯代表城郊站, 平潭代表郊区站，分析福州地区雾日数的时间变化特征及影响因子。结果表明，从20世纪80年代开始，福州站、平潭站和闽侯站的年雾日数均急剧下降，其中福州站和平潭站的下降趋势最显著。雾日数在2000年之后下降到最低值，2010年之后又开始小幅回升。平均相对湿度的减少和平均气温的升高是造成福州市雾日数减少和霾日数增加的原因之一，城市站和郊区站雾日数与年平均相对湿度和年平均气温的相关更为显著。

福州雾日数空间变化特征时间变化特征

随着城市化和工业化的迅速发展，雾霾天气已经成为影响城市大气环境的重要问题。雾霾天气不仅降低能见度，影响居民生活及交通安全，还会使空气质量下降，对人体健康造成危害。国内学者已经开展了不少研究[1-6]，郭婷[7]统计分析了我国雾日和霾日的时空分布特征及我国东部城市群(长三角和京津冀)雾日的长期变化趋势及影响因素，指出长三角地区年雾日数呈先升后降的趋势，区域气候变化和城市化导致的温度上升，空气污染加剧导致的气溶胶增加，是造成长三角雾日变化特征的原因。吴滨[8]等应用1961～2004年福建省50个气象站逐月大雾及浓雾日数资料, 分析了全省大雾日数及浓雾日数的年、季分布特点、长期变化趋势、年代际变化特征，研究指出，年雾日数与年平均气温有较好的负相关关系, 而与年平均相对湿度有很好的正相关关系, 同时与森林覆盖率的变化有一定关系。但目前对雾日数在城市与郊区分布的差异研究较少。本文利用福州市区及周边站点1961～2015的观测资料，对近50年来福州地区雾日数的变化趋势进行分析，并对城市站、城郊站和郊区站雾日数变化差异及可能原因进行分析。

1 资料来源和研究方法

本文采用1961～2015年福州、福清、连江、罗源、闽侯、闽清、永泰、长乐以及平潭9个站点的月雾日数、月平均相对湿度、月平均气温。各台站的具体位置见图1。统计过程中采用滑动平均等方法，分析各个台站年平均雾日数的时空分布特征及代表站平均雾日数的年际和季节变化特征。通过对比福州与周边台站的雾日数，分析福州城市雾日数的时间变化特征和趋势，结合气温、相对湿度等气象因子，研究影响福州雾日数变化的可能原因。文中的季节划分如下：３～6月为春季，7～9月为夏季，10～11月为秋季，12～2月为冬季。

图1 福州市9个站点的位置分布图

2 结果分析

2.1 福州地区各站各时期年平均雾日数的时空分布特征

从福州市9个站点的年平均雾日数（表1）来看，各个站点在20世纪60年代和70年代的年平均雾日数均处于历史最高水平，从20世纪80年代开始，年平均雾日数开始逐渐减少，但是2000年之后，各个站点年平均雾日数的变化趋势开始出现分化。永泰站、长乐站和闽清站的年平均雾日数继续下降，平潭站的年平均雾日数没有变化，福州站、罗源站、闽侯站、连江站的年平均雾日数目前又有所回升，而福清站的年平均雾日数在2000年之后先上升，后下降。从空间分布上看，永泰站属于多雾地区，年平均雾日数均在24d以上，闽侯、福清、长乐、连江站属于少雾地区，年平均雾日数大部分都在10d以下。从台站的观测环境来看, 福州站一直位于市区, 闽侯站早期位于郊区, 但目前测站所在区域也已城市化，平潭站一直是福州地区受城市化影响最小的台站，3个站在观测环境方面也具有代表性。从变化趋势特点和台站观测环境综合考虑，本文选取福州站代表城市站, 闽侯代表城郊站, 平潭代表郊区站进行对比分析。

表1 福州地区各站点不同时期平均年雾日数单位：d

2.2 代表站年雾日数年际变化特征

根据1961～2015年福州、闽侯和平潭这三个站年平均雾日数的年际变化（图2）可见，福州站的年雾日数在20世纪70年代前期呈小幅波动状态，70年代后期开始，年雾日数呈明显下降趋势，年雾日数开始小于平潭站，2010年之后雾日数又逐渐回升，目前年雾日数比平潭站多。平潭站的年雾日数在20世纪90年代之前呈振荡上升趋势，在90年代之后急剧下降。2000年之后，平潭站的年雾日数又有小幅回升。闽侯站的年雾日数小于福州站和平潭站，在2000年之前，年雾日数呈小幅波动，2000年之后明显下降，年雾日数不足5d，2010年之后雾日数又开始回升，目前雾日数和平潭站相当。

图2 福州、闽侯和平潭站年平均雾日数的年际变化（5年滑动平均）

2.3 季节变化特征

按照福建省的四季划分，统计福州、闽侯和平潭站不同时期春夏秋冬四季平均雾日数（表2）。从表中可以看出，春季的雾日数最多，冬季次之，夏季最少。在20世纪90年代之前，福州站春季平均雾日数在13d左右，90年代之后急剧下降，2010年后又略有回升。平潭站、闽侯站春季平均雾日数的变化趋势与福州站基本一致。夏季和秋季雾日虽少，但也是呈减少趋势，在2000年后，三个站的平均雾日数均接近0天。冬季福州站和闽侯站的平均雾日数在前50年也是呈减少趋势，目前回升到2～3天，而平潭站的平均雾日数在20世纪90年代达到最低点，2000年之后有所回升。

表2 福州地区各站点不同时期四季平均雾日数单位：d

图3是福州站与平潭站全年、春季、夏季和秋季和冬季的平均雾日差值的年际变化图。从全年来看，从20世纪60年代中期开始，由郊区雾日数比市区雾日数少, 转变为郊区雾比市区雾多, 差值随时间推移逐渐变大。从20 世纪80年代开始，差值又逐渐减小，到2000年左右，郊区和市区雾日数基本持平。2000年后，二者的差值又呈先增加后减少的趋势，到2010年之后，市区雾又开始比郊区雾多。从四季来看，在20世纪80年代之前，春季的差值最显著，冬季和夏季的差值相当，三个季节对全年的差值都有贡献；80年代后，全年的差值主要是由夏季的差值造成的。2000年后，春季的差值最显著，冬季的差值次之。2010年后，四个季节的差值都相当，对全年的差值都有一定贡献。

图3 福州站和平潭站全年及四季平均雾日差值的年际变化 (5年滑动平均)

图4是福州站与闽侯站全年、春季、夏季、秋季和冬季的平均雾日差值的年际变化图。从全年来看，从20世纪60年代开始，福州站的雾日数就比闽侯站多，二者的差值随时间推移逐渐减小，到2000年左右，城郊和市区雾日数基本持平。2000年之后，二者的差值又呈增加趋势。从四季来看，春季的差值最显著，冬季的差值次之，夏秋两季的差值对全年的差值几乎没有贡献。到了2000年，四个季节的差值都相当，对全年的差值都有一定贡献。2010年之后，仍然是春季的差值最显著。

图4 福州站和闽侯站全年及四季平均雾日差值的年际变化 (5年滑动平均)

3 福州雾日数与其他物理量的对应关系

3.1 雾日数与相对湿度的关系

图5是1961～2015年福州站、平潭站和闽侯站年平均相对湿度的年际变化图，由图5可见，三个站年平均相对湿度在2000年前呈稳定波动状态，2000年后，福州站和闽侯站均呈现出明显的下降趋势，而平潭站的年平均相对湿度只是略有下降。福州站和闽侯站的年平均相对湿度在2005年后开始回升，而平潭站则在2010年后年平均相对湿度才开始回升。这些变化特征和2010年后三个站年雾日数的变化趋势存在较好的对应关系。由表3可见，雾日数和年平均相对湿度的呈正相关，福州站二者的相关系数为0.73，闽侯站0.57，平潭站0.66，可见相对湿度的升高是雾日数增加的原因之一，城市站和郊区站的相关更为显著。

表3 1961～2015年雾日数与年平均相对湿度的相关系数

图5 福州站、平潭站和闽侯站年平均相对湿度 (5年滑动平均)年际变化

3.2 雾日数与气温变化的关系

图6是1961～2015年福州站、平潭站和闽侯站年平均气温的年际变化图，在20世纪80年代之前，3个站的年平均气温均有小幅的波动，从80年代到2000年左右，三个站年平均气温均呈现出了明显的上升趋势, 与此对应的是雾日数的急剧减少，2000年之后，三个站年平均气温开始下降, 与此对应的是雾日数的回升。由表4可见，雾日数和年平均相对湿度呈负相关，福州站二者的相关系数为-0.88，闽侯站-0.56，平潭站-0.87，可见气温的下降是雾日数增加的原因之一，城市站和郊区站的相关更为显著。