福州地区城市热岛强度变化及对气温序列的影响

游 铮 林 艳 林龙官

福州地区城市热岛强度变化及对气温序列的影响

游 铮1林 艳1林龙官2

1.福建省气象服务中心 2.闽侯县气象局

利用福州市气象站及周边8个气象站1961～2010 年平均气温、最高气温、最低气温资料，分析福州地区城市热岛强度变化及对气温序列的影响。结果表明，50年来，年平均气温、最低气温、最高气温均呈上升趋势，且福州站的增温速率明显大于郊区站的增温速率，最低气温的增温速率大于平均气温和最高气温的增温速率；对同一项气温，增温速率的季节差异明显，尤其是冬季增温速率非常显著；对于同一季节，除了春季之外，其他三个季节都是年平均最低气温的增温速率最大，最高气温的增温速率最小，年平均气温居中，非对称性明显。

城市热岛效应 气温序列 非对称性 福州地区

0 引言

城市热岛效应是指当城市发展到一定规模，由于城市下垫面性质的改变、大气污染以及人工废热的排放等使城市温度明显高于郊区，形成的类似高温孤岛现象[1]。目前，许多学者就北京、上海、武汉、南京、天津等大城市的城市热岛效应开展了细致的研究[2-5]。邱新法等[1]利用4个气象站44年的气温资料，对南京市的城市热岛效应进行了全面、细致的研究，结果表明南京城市热岛效应有增强的趋势，用年平均气温计算获得的热岛强度增幅为0.109℃/10a。陈正洪[2]等对武汉站的最高气温、最低气温及平均气温序列进行分析表明，这三种气温序列严重保留着城市化影响，且存在非对称性，建议武汉站尽快迁站。初子莹[3]等通过对北京地区20个台站40年的月平均温度资料进行对比分析，证实热岛效应对城市气象站记录的地表平均气温的绝对影响随时间显著增大，但其相对影响（即热岛增温）对全部增暖的贡献却呈下降趋势。本文利用1961～2010年近50年的气象资料，分析了福州地区城市热岛强度变化及对气温序列的影响。

1 资料来源及研究方法

本文所用资料为福州市区站以及闽侯、永泰、连江、福清、闽清、罗源、长乐、平潭8个距离市区站较近的郊区站1961～2010年近50年的逐月平均气温、最低气温和最高气温。福州站为市区站（FZ），其他站为郊区站（JQ）。在这些台站中, 最高的永泰站海拔85.6m , 而最低的连江站海拔仅为13.4m。为了消除海拔高度的影响，全部资料转化为距平值（以1961～2010年为气候参考期）。此外, 福清站还存在少量缺测现象。对9个站1961～2010年三种气温序列进行t检验，无超出显著水平0.01的不连续点。

季节划分采用福建气象季节定义，即1月、2月和上一年的12月为冬季，3～6月为春季，7～9月为夏季，10～11月为秋季。在分析福州市50年间及近25年不同季节三种气温距平序列的变化趋势时，使用线性拟合方法，用线性回归方程=+来拟合三种气温距平序列，其中为回归常数，为回归系数，由此得出气温倾向率（正为升温趋势，负为降温趋势），以及城市热岛增温速率及贡献率，并分析其非对称性变化。城市热岛强度、热岛增温速率及贡献率定义如下:

（1）城市热岛强度=FZT-JQT，其中T为平均气温/最高气温/最低气温；

（2）热岛增温速率=FZ气温倾向率-JQ气温倾向率(℃/10a)；

（3）JQ气温倾向率=（闽侯气温倾向率+永泰气温倾向率+连江气温倾向率+福清气温倾向率+闽清气温倾向率+罗源气温倾向率+长乐气温倾向率+平潭气温倾向率）/8；

（4）热岛增温贡献率=FZ热岛增温速率/FZ气温倾向率，当对比站气温倾向率为负且热岛增温速率>0时，记为100%。

2 结果与分析

2.1 城市站与郊区站气温的年际变化趋势

图1～图3是1961～2010年FZ和JQ的年平均气温、最低气温、最高气温距平变化曲线。可以看出，在1961～2010年间，福州站和郊区站的年平均气温、最低气温和最高气温均呈显著上升趋势，且FZ的增温速率大于JQ的增温速率，最低气温的增温速率大于平均气温和最高气温的增温速率，由表1～表3可知，1961～2010年之间FZ和JQ年平均气温的增温速率分别为0.26℃/10a、0.24℃/10a，最低气温的增温速率分别为0.30℃/10a、0.26℃/10a，最高气温的增温速率分别为0.29℃/10a、0.24℃/10a。

图1 福州站(FZ)和郊区代表站(JQ)的年平均气温距平的年际变化（0.1℃）

图2 福州站(FZ)和郊区代表站(JQ)的年最高气温距平的年际变化（0.1℃）

图3 福州站(FZ)和郊区代表站(JQ)的年最低气温距平的年际变化（0.1℃）

从年平均气温、年平均最高气温、年平均最低气温温度累积距平图（图4～图6）可以明显看到，FZ和JQ的年平均气温、年平均最高气温、年平均最低气温序列均有两个阶段性变化，即1961～1985年的降温期和1986～2010年的增温期。1961～1985年间，FZ和JQ的年平均气温降温速率分别是-0.04℃/10a、-0.06℃/10a，年最高气温的降温速率分别是-0.12℃/10a、-0.24℃/10a，而年最低气温的增温速率分别是0.12℃/10a、0.04℃/10a。1986～2010年，三种气温序列均呈显著增温趋势，特别是最高气温增幅明显。FZ和JQ的年平均气温的增温速率分别是0.48℃/10a，0.47℃/10a，年最高气温的增温速率分别是0.50℃/10a ，0.52℃/10a，年最低气温的增温速率分别是0.46℃/10a、0.48℃/10a。

图4 福州站(FZ)和郊区代表站(JQ)的年平均气温累积距平图（0.1℃）

图5 福州站(FZ)和郊区代表站(JQ)的年平均最低气温累积距平图（0.1℃）

图6 福州站(FZ)和郊区代表站(JQ)的年平均最高气温累积距平图（0.1℃）

2.2 城市站与郊区站四季气温变化趋势

由表1～表3可见，对同一项气温，增温速率的季节差异明显。对于年平均气温，从近50年来看，冬季增温速率非常显著，秋季次之，夏季最弱，且FZ的增温速率高于JQ。对于年平均最低气温，从近50年来看，增温速率最显著的是冬季，秋季次之，春季最弱，且FZ的增温速率高于JQ。对于年平均最高气温，从近50年来看，增温速率最显著的也是冬季，春秋次之，夏季最弱。除了夏季之外，其他季节FZ的增温速率要高于JQ。在1961～1985年的降温期，对于年平均气温和年最低气温来说，春夏季均为降温趋势，秋冬季为增温趋势，对于年最高气温来说，冬、春、夏均为降温趋势，只有秋季为增温趋势。在1986年之后的增温期，各季增温速率都急剧上升，对于年平均气温和年平均最低气温来说，秋季的增温速率最大，在0.5℃/10a以上。而对于年平均最高气温，夏季的增温速率最大，接近1℃/10a，其次是夏秋季，冬季最弱。

对于同一季节，除了春季之外，其他三个季节都是年平均最低气温的增温速率最大，最高气温的增温速率最小，年平均气温居中，非对称性明显。

对比1961～1985年和1986～2010年两个区间，无论是城区还是郊区，三项气温的增温速率在不同的季节都在增大，这反映的是福州地区的气候变暖趋势。

表1 福州站（FZ）和郊区站（JQ）的年平均 气温倾向率 （℃/10a）

表2 福州站（FZ）和郊区站（JQ）的年平均最低 气温倾向率 （℃/10a）

表3 福州站（FZ）和郊区站（JQ）的年平均最高 气温倾向率 （℃/10a）

2.3 热岛增温贡献率

相对于郊区，福州的热岛增温速率分别为0.02℃/10a（年平均气温）、0.04℃/10a（最低气温）、0.05℃/10a（最高气温），热岛增温贡献率则分别为8%、13%、17%（表4～表6），可见最高气温对热岛增温的贡献率最大。

表4 年平均气温的增温贡献率

表5 年平均最低气温的增温贡献率

3 结论

（1）1961～2010年间，年平均气温、最低气温、最高气温均呈上升趋势，且FZ的增温速率明显大于JQ的增温速率，最低气温的增温速率大于平均气温和最高气温的增温速率。FZ和JQ的年平均气温和年最高气温序列均有两个阶段性变化，即1961～1985年的降温期和1986～2010年的增温期，而最低气温一直呈增高趋势。

（2）对同一项气温，增温速率的季节差异明显。对于年平均气温和年平均最低气温，从近50年来看，冬季增温速率非常显著，夏秋次之，春季最弱，且FZ的增温速率要高于JQ。对于年平均最高气温，从近50年来看，增温速率最显著的也是冬季，春秋次之，夏季最弱。除了夏季之外，其他季节FZ的增温速率要高于JQ。

（3）对于同一季节，除了春季之外，其他三个季节都是年平均最低气温的增温速率最大，最高气温的增温速率最小，年平均气温居中，非对称性明显。

（4）最高气温的热岛增温贡献率最大，平均气温次之，最低气温最小。

[1] 邱新法,顾丽华,曾燕,等.南京城市热岛效应研究[J].气候与环境研究, 2008, 13(6):807-814.

[2]朱家其，汤绪，江灏．上海市城区气温变化及城市热岛[J].高原气象,2006,25(6) :1154-1160.

[3] 陈正洪, 王海军, 任国玉. 武汉市城市热岛强度非对称性变化[J].气候变化研究进展, 2007, 3(5): 282-286.

[4] 初子莹，任国玉. 北京地区城市热岛强度变化对区域温度序列的影响[J].气象学报,2005,63 (4):534-540.

[5] 江志红,丁裕国.近百年上海气候变暖过程的再认识——平均温度与最低、最高温度的对比[J].应用气象学报, 1999, 10(2):151-159.

[6] 郭军，李明财，刘德义．近40 年来城市化对天津地区气温的影响[J]．生态环境学报, 2009,18(1):29-34.