紹興地區(qū)大霧時空特征分析

周弘媛，錢卓蕾，季丹丹，周曉燕

(1.紹興市柯橋區(qū)氣象局，浙江 紹興 312100； 2.紹興市氣象局，浙江 紹興 312000)

霧天氣現(xiàn)象不僅給航空、航海、鐵路、公路運輸以及人們的身體健康帶來諸多不利影響，而且大霧出現(xiàn)時段日照時數(shù)減少、空氣濕度增加、氣溫降低、光照強度減弱，這都對植物生長發(fā)育不利，尤其在作物開花期，霧滴附著于作物的表面，易引起植物病害。近年來，大量研究關(guān)于大霧特征及其對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的危害[1-4]。曹治強等[5]在研究1961—2005年中國大霧天氣氣候特征時發(fā)現(xiàn)，中國大部分地區(qū)霧日數(shù)表現(xiàn)為冬多夏少，長江中下游和黃淮地區(qū)為大霧多發(fā)區(qū)域，且年大霧日數(shù)呈波動增多的趨勢；林建等[6]研究發(fā)現(xiàn)，我國大霧有明顯的季節(jié)和月際變化，且在1985年前后全國大部分地區(qū)的霧日基本上都呈相反的變化趨勢，減小趨勢明顯?，F(xiàn)有研究大多側(cè)重于研究區(qū)域性大霧的時空分布特征，未考慮全球氣候變暖對大霧的影響。本文選取紹興轄區(qū)內(nèi)5個國家站1972—2017年近46 a的逐日資料，對大霧演變規(guī)律及在全球氣候變暖背景下大霧的響應(yīng)機制做了研究分析，以增進對本地區(qū)大霧特征的了解，為日后開展大霧的預報預警服務(wù)工作提供理論支撐。

1 資料與方法

利用紹興轄區(qū)內(nèi)5個國家氣象站(柯橋站58453、諸暨站58550、上虞站58553、新昌站58555、嵊州站58556)有記錄以來逐日的平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、大霧等天氣資料，對紹興地區(qū)大霧日數(shù)、年平均氣溫、低溫日數(shù)、年平均最低氣溫等進行分析。

線性回歸分析：設(shè)f(t)為某一變量，t為時間，建立f(t)與t的一元線性回歸。

f(t)=C0+Clt。

式中：C0、C1為回歸系數(shù)，C1值反映f(t)上升或下降的變化趨勢，其大小反映f(t)升降的速率．一般稱之為傾向率。利用回歸系數(shù)與相關(guān)系數(shù)之間的關(guān)系，可求得相關(guān)系數(shù)r，如果r通過顯著性檢驗，說明趨勢變化程度是顯著的。

2 紹興大霧的時空分布特征

2.1 空間分布特征

2.1.1 年平均大霧日數(shù)空間分布

由表1可知，紹興地區(qū)年平均大霧日空間分布差異較為明顯，總體呈現(xiàn)西南多東北少的分布形勢，各國家站平均年大霧日數(shù)21～42 d，其中嵊州最多41.3 d，諸暨40.9 d，其次新昌29.8 d，紹興23.6 d，上虞最少21.0 d。另外分析各國家站年大霧日數(shù)極值發(fā)現(xiàn)，極值分布特征與圖1相似，年大霧日數(shù)極大值為諸暨75 d(1992年)，極小值為上虞6 d(2002年)。結(jié)合紹興地形分布特點分析發(fā)現(xiàn)，紹興地區(qū)的大霧分布和地形存在密切關(guān)系，諸暨北向開口通道式斷陷盆地、浦陽江南北貫穿河谷盆地，嵊州、新昌四面環(huán)山中為盆地，出現(xiàn)大霧的幾率較高；柯橋、上虞地處平原，出現(xiàn)大霧的幾率較低。可見大霧天氣受地形影響較大，具有明顯的區(qū)域特征，平原大霧天氣少，盆地大霧天氣多，與金巍等[7]研究結(jié)果一致。

表1 紹興市各區(qū)縣近46 a的大霧日數(shù)情況

2.1.2 季平均大霧日數(shù)空間分布

如圖1所示，季平均大霧空間分布與年平均大霧空間分布相似。嵊州、諸暨出現(xiàn)的頻率最高，柯橋、新昌次之，上虞最低。同時大霧日數(shù)空間分布也存在季節(jié)變化特征(春季3—5月、夏季6—8月，秋季9—11月、冬季12—2月)，總體表現(xiàn)為春、夏季各地區(qū)大霧出現(xiàn)頻率總體相差不大，秋、冬季出現(xiàn)頻率相差較大。具體來看，春季各地區(qū)大霧出現(xiàn)頻率相差不大，均在6.0 d左右，最大嵊州9.0 d，較其他地區(qū)略高；夏季各地區(qū)大霧出現(xiàn)頻率均為全年最低，最小上虞1.5 d，最大嵊州6.9 d，為同時段其他地區(qū)大霧的2～5倍；秋冬季節(jié)紹興轄區(qū)內(nèi)大霧出現(xiàn)頻率明顯增加，諸暨、嵊州大霧出現(xiàn)最為頻繁，平均大霧日數(shù)均超過12 d，明顯高于其他地區(qū)，最少上虞僅5.7、8.0 d。

圖1 1972—2017年紹興市各區(qū)縣大霧日數(shù) 季節(jié)分布情況

2.2 時間分布特征

2.2.1 大霧日數(shù)的年際變化

圖2為紹興轄區(qū)內(nèi)5個國家站年大霧日數(shù)序列。曲線為多項式函數(shù)擬合的年大霧日數(shù)隨時間的變化趨勢。由圖可見，各地均有明顯波動趨勢，除諸暨為倒“U”曲線外，其他地區(qū)均表現(xiàn)為波動形。

圖2 1972—2017年紹興市各區(qū)縣年大霧日數(shù)序列

柯橋站70年代中期至80年代中期，年大霧日數(shù)較多，且為上升趨勢；80年代中期至21世紀初，年大霧日數(shù)減少趨勢明顯，21世紀10年代年大霧日數(shù)維持在較低水平；2003年年大霧日數(shù)僅8 d；21世紀10年代以來，年大霧日數(shù)又開始呈波動上升趨勢。

諸暨站1972年以來年大霧日數(shù)下降趨勢明顯，10 a遞減率達-4.9 d。具體來看，70年代至90年代初，年大霧日數(shù)呈波動上升；90年代以來，年大霧日數(shù)呈波動下降趨勢。多霧時段為20世紀70年代中期至80年代中期，年大霧日數(shù)最多為1992年75 d，是2017年(9 d)的8.3倍。

上虞站年大霧日數(shù)年際變化較劇烈，但10 a遞減率較低(-0.937 d)，且相關(guān)性較差；70年代至90年代初，年大霧日數(shù)波動上升，最大為1992年，大霧日數(shù)達38 d；1993年至21世紀初，年大霧日數(shù)波動下降，年大霧日數(shù)最低值出現(xiàn)在2002年(6 d)；21世紀10年代達中期以來，年大霧日數(shù)波動上升，最高值為2016年(39 d)。

新昌站70年代至80年代后期，年大霧日數(shù)波動上升；90年代初至21世紀10年代末年，大霧日數(shù)年際變化明顯，總體呈波動下降，其中1996—2000年年大霧日數(shù)異常偏高，普遍超過30 d，21世紀10年代，年大霧日數(shù)處于低谷，2010年僅10 d；21世紀10年代，年大霧日數(shù)開始回升，10年代中期以來，又進入多霧時段，最高值為2016年(56 d)。

嵊州站年大霧日數(shù)年代際下降趨勢明顯，10 a總體遞減率達-4.9 d。70年代至80年代中期，年大霧日數(shù)波動上升，最高為1983年(69 d)，80年代后期至21世紀10年代初波動下降，21世紀10年代以來，年大霧日數(shù)呈上升趨勢，2016—2017年又有所回落；其中80年代至90年代初為多霧年代，21世紀10年代維持較低水平，最低為2003年21 d。

紹興市各區(qū)縣年霧日數(shù)氣候特征參數(shù)見表2。

2.2.2 大霧日數(shù)的月際變化(季節(jié))

圖3為1972—2017年紹興市轄區(qū)內(nèi)各區(qū)縣大霧日數(shù)的月際變化。由圖可見，大霧日集中在秋冬季節(jié)，秋冬大霧日數(shù)超過全年大霧日數(shù)的2/3；春季次之，夏季最少，僅占全年的10%。同時，因地理條件等原因，紹興各區(qū)縣的大霧日數(shù)月際變化有一定差異。上虞各月大霧日數(shù)均處于最低水平，春夏季節(jié)嵊州處于最高水平，秋冬季節(jié)諸暨處于最高水平。另外月大霧日數(shù)變化最明顯的是諸暨，秋冬季節(jié)大霧出現(xiàn)迅速增多，秋季大霧15.2 d，冬季大霧12.8 d，分布占全年大霧日數(shù)40.9%和34.4%；而夏季大霧不足3 d，僅占全年大霧日數(shù)7.5%；嵊州變化相對最穩(wěn)定，四季大霧日數(shù)分布占21.6%、16.9%、31.3%、30.2%。

表2 紹興市各區(qū)縣年霧日數(shù)氣候特征參數(shù)

圖3 1972—2017年紹興市轄區(qū)內(nèi) 各區(qū)縣大霧日數(shù)的月際變化

圖4 紹興年平均氣溫、年平均最低氣溫和 年低溫日數(shù)與平均大霧日數(shù)的年際變化

3 紹興大霧對全球變暖的響應(yīng)機制

為分析紹興大霧對全球變暖的響應(yīng)，文本將紹興地區(qū)平均大霧日數(shù)、年平均氣溫、年平均最低氣溫和年低溫日數(shù)的時間序列進行了對比分析。由圖4可知，全球變暖下，紹興地區(qū)年平均氣溫與年平均最低氣溫均呈明顯上升趨勢，10 a上升速率分別為0.4 ℃、0.379 ℃，均通過0.1的顯著性水平檢驗。在20世紀90年代前，年平均氣溫與年平均最低氣溫均無顯著上升趨勢，但在1990年前后顯著增加，這一結(jié)果與劉小寧等[4]研究結(jié)論一致。紹興平均年低溫日數(shù)(本文年低溫日數(shù)是指日最低氣溫小于等于0 ℃的日數(shù)累計)呈波動減少趨勢，10 a減少速率達2.79 d，通過0.1顯著性水平檢驗。另外，在20世紀90年代前后低溫日數(shù)有明顯突變，之前年低溫日數(shù)相對較多，之后低溫日數(shù)相對較少。而紹興地區(qū)年平均大霧日數(shù)呈正弦分布，年大霧日數(shù)存在先增多后減少的趨勢。80年代中期至21世紀初，年大霧日數(shù)減少趨勢明顯。21世紀10年代年大霧日數(shù)維持在較低水平，21世紀10年代以來，年大霧日數(shù)又開始呈波動上升趨勢。綜合分析發(fā)現(xiàn)，大霧日數(shù)對全球變暖有較好的響應(yīng)。20世紀90年代前，全球變化現(xiàn)象不明顯，年平均氣溫、年平均最低氣溫較平均值偏少，年低溫日數(shù)、年大霧日數(shù)較平均值偏多；20世紀90年代后，年平均氣溫、年平均最低氣溫升至平均值以上，年低溫日數(shù)、年大霧日數(shù)顯著減少，且年大霧日數(shù)減少明顯。通過計算紹興地區(qū)年平均氣溫、年平均最低氣溫、平均年低溫日數(shù)與大霧日數(shù)的相關(guān)系數(shù)時發(fā)現(xiàn)，大霧日數(shù)與平均年平均氣溫的相關(guān)系數(shù)達-0.53，負相關(guān)性較好；大霧日數(shù)與年平均最低氣溫的相關(guān)系數(shù)達中等強度負相關(guān)；大霧日數(shù)與平均年低溫日數(shù)相關(guān)系數(shù)為0.20，相關(guān)性較差。可見，年平均氣溫增加是紹興市近年來大霧日數(shù)減少的主要原因。

4 小結(jié)

紹興地區(qū)年平均大霧日空間分布差異較為明顯，總體呈現(xiàn)西南多、東北少的分布形勢，嵊州、諸暨年平均大霧日數(shù)最多，其次是新昌和柯橋，上虞最少。季平均大霧空間分布情況和年平均大霧空間分布情況相似。

紹興地區(qū)的年平均大霧日空間分布和地形關(guān)系密切，具有平原地區(qū)大霧天氣少、盆地大霧天氣多的特點。

紹興各區(qū)縣年大霧日數(shù)年際間具有明顯的二階趨勢變化，總體表現(xiàn)為在20世紀70年代到80年代初有增多趨勢，80年代中期之后有明顯的減少趨勢。

大霧日集中在秋冬季節(jié)，秋冬大霧日數(shù)超過全年大霧日數(shù)的2/3，春季次之，夏季最少，僅占全年的10%。大霧月際變化表現(xiàn)為明顯的正態(tài)分布，峰值出現(xiàn)在秋冬季，低谷出現(xiàn)在夏季。

大霧日數(shù)對全球變暖有較好的響應(yīng)，年平均氣溫與年大霧日數(shù)相關(guān)性較好。