莆田市霜減少的原因分析

許文華，黃梅妹

（1.莆田市氣象局，福建 莆田 351180；2.莆田市荔城區(qū)氣象局，福建 荔城 351180）

1992年—1993年被認(rèn)為是全球氣候變暖的轉(zhuǎn)折年，莆田市在此背景下，除了年平均氣溫升高外，前汛期持續(xù)性暴雨、極端降水等也發(fā)生轉(zhuǎn)折[1，2]。霜的出現(xiàn)與氣溫有直接關(guān)系，氣候變暖使初霜延遲、終霜提前、霜日減少勿容置疑[3-6]。目前關(guān)于霜的研究大多關(guān)注霜期及初終霜的變化特征。福建冬季冷空氣或寒潮影響下的業(yè)務(wù)服務(wù)多側(cè)重于霜或霜凍的防御，兩者都在低溫條件下發(fā)生。預(yù)報(bào)霜凍是時刻關(guān)注氣溫是否下降到農(nóng)作物適宜生長溫度以下，福建省氣溫＜4℃則應(yīng)發(fā)布霜凍預(yù)警信號；預(yù)報(bào)霜除了關(guān)注最低氣溫外，還要考慮最低氣溫達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)時是否達(dá)到凝華條件。目前，隨著模式釋用技術(shù)的提高，福建省的最低氣溫及霜凍的預(yù)報(bào)能力也隨之提升，但目前預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)服務(wù)上一般籠統(tǒng)稱為“有霜或霜凍”，沒有單獨(dú)提“霜”，而霜和霜凍對植物的影響不一樣，霜凍會對植物造成凍害，但霜對植物的影響也有有利的一面，最明顯的是一些蔬菜經(jīng)霜之后甜度增加，品質(zhì)提高。比如，芥菜、芥藍(lán)菜、蘿卜等很多冬季蔬菜過霜之后，不但可以將蔬菜中的淀粉轉(zhuǎn)化為葡萄糖，達(dá)到去苦轉(zhuǎn)甜的效果，而且經(jīng)霜之后口感更軟綿，很受廣大市民喜愛，預(yù)報(bào)好霜有利于打開蔬菜銷路。為此，文章在統(tǒng)計(jì)莆田市霜的氣候變化特征的基礎(chǔ)上，分析本世紀(jì)以來霜日減少的原因，歸納霜的預(yù)報(bào)指標(biāo)，以期為預(yù)報(bào)員提供思路。

1 資料與方法

天氣現(xiàn)象、溫度、濕度等天氣要素來自仙游、莆田國家氣象觀測站1980年—2021年共42年的地面氣象月報(bào)表。衛(wèi)星云圖來自國家氣象衛(wèi)星中心的風(fēng)云衛(wèi)星數(shù)據(jù)。莆田站和仙游位置所在位置見圖1。莆田市東臨臺灣海峽，西連戴云山脈，地形呈西高東低，北高南低。

圖1 莆田市地形輪廓莆田站和仙游站（黑色粗為市界）Fig.1 The topographic profile of Putian and Xianyou Station

霜日：觀測站記錄霜時，認(rèn)為該日為霜日。由于霜的觀測屬人工觀測，觀測員觀測到觀測站或視區(qū)范圍內(nèi)有白霜時記錄霜，因此，該記錄與觀測站遷站等關(guān)系不大，是可靠的。

年霜日數(shù)：測站每年秋季至次年春季霜日數(shù)的總和。

2 結(jié)果分析

2.1 莆田市霜日時空分布特征

1980年冬—2021年冬的42年間仙游站共有283個霜日，年均6.7 d；莆田站47個霜日，年均1.1 d，兩站年均相差5.6 d，這是由于莆田站更靠近沿海，仙游站更靠近內(nèi)陸，在冷高壓控制下仙游站夜間輻射冷卻更明顯，最低氣溫更低，因此，霜的條件更易滿足。

莆田站和仙游站1980年—2021年冬季霜日數(shù)年變化曲線見圖2，從圖中可以看出，莆田站和仙游站年霜日數(shù)的年代際變化趨勢是很明顯的。目前學(xué)術(shù)界公認(rèn)1992年—1993年為全球氣候變暖的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，出現(xiàn)霜的氣象條件中低氣溫是最關(guān)鍵的一項(xiàng)氣象要素，但霜日減小的轉(zhuǎn)折點(diǎn)并沒有出現(xiàn)在1992年—1993年，莆田站出現(xiàn)在1997年—1998年，轉(zhuǎn)折前年均2.5 d，轉(zhuǎn)折后年均0.2 d；仙游站在1997年也出現(xiàn)了轉(zhuǎn)折，總體上在1997年以前年均9.9 d，1998年以后年均4.5 d，年均減小5.4 d。水蒸汽能否凝華與水汽濃度、固體塵埃含量和降溫速度3個條件有關(guān)，由于固體塵埃無法觀測到，下面從霜日最低氣溫、最低地溫、夜晨相對濕度和風(fēng)等霜敏感氣象要素中歸納霜日預(yù)報(bào)指標(biāo)，評估預(yù)報(bào)指標(biāo)應(yīng)用效果，并分析氣候變暖之外導(dǎo)致霜減少的原因。

圖2 莆田站和仙游站1980年—2021年逐年霜日數(shù)變化曲線Fig.2 The variation of annual total frost days from 1980 to 2021 over Putian and Xianyou Station

2.2 霜日氣象敏感要素指標(biāo)及應(yīng)用結(jié)果評估

為得到出現(xiàn)霜的敏感氣象要素指標(biāo)，對莆田仙游兩站霜日樣本的最低氣溫和最低地溫排序后取95百分位值，結(jié)合霜形成過程中夜間晴朗微風(fēng)少云的氣象條件，夜間晴朗通過云量觀測、衛(wèi)星云圖等資料判斷，微風(fēng)條件取02時風(fēng)速的95百分位，得到莆田、仙游兩站的霜日氣象敏感要素指標(biāo)見表1。

表1 莆田、仙游國家氣象觀測站霜日敏感氣象要素指標(biāo)Tab.1 The meteorological sensitivity element index of frost day in Putian and Xianyou national meteorological observation

由表1可知，莆田站霜日最低氣溫條件較仙游站寬松，但最低地溫條件和夜間風(fēng)速條件比仙游站更苛刻；莆田站夜間風(fēng)向有限制，仙游站夜間風(fēng)可以有偏南分量，這與莆田站更靠近沿海有關(guān)，夜間偏南風(fēng)來自海上，會造成水汽輸送，空氣中水汽含量增加降低了水汽凝華的可能性。

下面篩選符合表1條件的日期，并做霜日預(yù)報(bào)指標(biāo)的應(yīng)用效果評估（評估結(jié)果見表2），通過符合條件日數(shù)及空漏日期的年代際變化分析霜日年代際變化的可能原因。

根據(jù)篩選結(jié)果及表2可以看出，莆田站1980年12月—1997年3月共有47 d符 合 條 件，其中有30 d出現(xiàn)霜，占比64%，有4 d不符合條件但出現(xiàn)霜，漏報(bào)率8%，霜的指標(biāo)可用；1997年12月—2022年2月共有26 d符合條件，其中有4 d出現(xiàn)霜，占比15.4%，遠(yuǎn)低于1997年以前的出現(xiàn)比例，TS評分明顯下降，霜的指標(biāo)不適用。

仙游站1980年12月—1997年3月符合條件204 d，其中148 d出現(xiàn)霜，占比72.5%；1997年12月—2022年2月共140 d符合條件，其中98 d出現(xiàn)霜，占比70%，與1997年以前沒有明顯差異?？梢?，霜的指標(biāo)在前后兩個年代都是可用的。

從年均達(dá)標(biāo)日數(shù)可以看出，1997年前后年均達(dá)標(biāo)日數(shù)均明顯下降，年均日數(shù)莆田站由2.76 d減至1.04 d，仙游站由12 d減至5.6 d，達(dá)標(biāo)日數(shù)減少的主要原因是氣溫條件不容易滿足，可見氣候變暖是莆田市霜日減少的主要因素。從1997年以后的空報(bào)率可以看出，莆田站指標(biāo)的空報(bào)率高達(dá)84.6%，即莆田站1997年也有不少達(dá)標(biāo)天氣，但還是難以出現(xiàn)霜，仙游站盡管1997年以后的空報(bào)率沒有明顯上升，但2008年12月以后，特別是2017年12月以后，空報(bào)率增加明顯，2008年12月—2021年12月空報(bào)率達(dá)38%，2017年12月—2021年12月空報(bào)率高達(dá)64.7%，顯然，2017年以后霜日指標(biāo)對仙游站也不適用了。

2.3 霜日減少的原因淺析

根據(jù)陳彩勝[7]等研究成果，溫差、降溫速度、空氣中固態(tài)塵埃含量是霜形成的重要因素，溫差大、降溫快及固態(tài)塵埃少有利水汽凝華。莆田市1996年以后主城區(qū)城市化進(jìn)程加快及城市周邊工業(yè)園的相繼開發(fā)，夜間熱島效應(yīng)及空氣中固態(tài)塵埃含量增加，造成霜的氣象指標(biāo)滿足但難以形成霜；仙游縣城關(guān)城市化進(jìn)程較莆田市區(qū)慢，2004年以前奉行“農(nóng)業(yè)穩(wěn)縣”的發(fā)展戰(zhàn)略，因此，滿足氣象條件時形成霜的比例在1997年前后差別不大，但2004年以后，隨著縣城周邊工業(yè)園區(qū)的投產(chǎn)及房地產(chǎn)開發(fā)，最終也出現(xiàn)了和莆田站相似的結(jié)果。

3 結(jié)語

通過以上分析，可以得出以下結(jié)論。

（1）1980年冬季—2021年冬季莆田市年霜日數(shù)仙游站6.7 d，莆田站1.1 d，莆田站更靠近沿海，仙游站更靠近內(nèi)陸是造成年均日數(shù)差異的主要原因。

（2）莆田市年霜日數(shù)有明顯的年代際變化，但轉(zhuǎn)折年份并沒有發(fā)生在氣候變暖的轉(zhuǎn)折年份。莆田站1997年以后年霜日數(shù)明顯減少，由年均2.5 d降至0.2 d；仙游站在1997年以前年均9.9 d，1998年以后年均4.5 d，也有較明顯減少。

（3）通過晴朗微風(fēng)少云及低溫等條件得到的霜日指標(biāo)適用于仙游站和1997年以前的莆田站：仙游站命中率達(dá)70%以上，TS評分在64%以上；1997年以前的莆田站命中率64%，TS評分59%。莆田站1997年以后空報(bào)率84%、仙游站2017年以后空報(bào)率64.7%，指標(biāo)已經(jīng)不適用。

（4）1997年以后符合霜指標(biāo)的年日數(shù)明顯減少，表明氣候變暖對霜日減少的影響。指標(biāo)對莆田站1997年以后和仙游站2017年以后霜日大量空報(bào)表明莆田市霜日減少除氣候變暖外還另有原因。推測城市化、工業(yè)化及房地產(chǎn)等行業(yè)發(fā)展是莆田市霜日減少的第二大原因，這些行業(yè)通過夜間城市熱島效應(yīng)、固態(tài)塵埃含量增多限制水汽凝華，仙游站未來霜日也將繼續(xù)加速減少，終年無霜的情況會更多。