游 錚 林 艷 林龍官

福州地區(qū)城市熱島強度變化及對氣溫序列的影響

游 錚1林 艷1林龍官2

1.福建省氣象服務(wù)中心 2.閩侯縣氣象局

利用福州市氣象站及周邊8個氣象站1961～2010 年平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫資料，分析福州地區(qū)城市熱島強度變化及對氣溫序列的影響。結(jié)果表明，50年來，年平均氣溫、最低氣溫、最高氣溫均呈上升趨勢，且福州站的增溫速率明顯大于郊區(qū)站的增溫速率，最低氣溫的增溫速率大于平均氣溫和最高氣溫的增溫速率；對同一項氣溫，增溫速率的季節(jié)差異明顯，尤其是冬季增溫速率非常顯著；對于同一季節(jié)，除了春季之外，其他三個季節(jié)都是年平均最低氣溫的增溫速率最大，最高氣溫的增溫速率最小，年平均氣溫居中，非對稱性明顯。

城市熱島效應(yīng) 氣溫序列 非對稱性 福州地區(qū)

0 引言

城市熱島效應(yīng)是指當城市發(fā)展到一定規(guī)模，由于城市下墊面性質(zhì)的改變、大氣污染以及人工廢熱的排放等使城市溫度明顯高于郊區(qū)，形成的類似高溫孤島現(xiàn)象[1]。目前，許多學(xué)者就北京、上海、武漢、南京、天津等大城市的城市熱島效應(yīng)開展了細致的研究[2-5]。邱新法等[1]利用4個氣象站44年的氣溫資料，對南京市的城市熱島效應(yīng)進行了全面、細致的研究，結(jié)果表明南京城市熱島效應(yīng)有增強的趨勢，用年平均氣溫計算獲得的熱島強度增幅為0.109℃/10a。陳正洪[2]等對武漢站的最高氣溫、最低氣溫及平均氣溫序列進行分析表明，這三種氣溫序列嚴重保留著城市化影響，且存在非對稱性，建議武漢站盡快遷站。初子瑩[3]等通過對北京地區(qū)20個臺站40年的月平均溫度資料進行對比分析，證實熱島效應(yīng)對城市氣象站記錄的地表平均氣溫的絕對影響隨時間顯著增大，但其相對影響（即熱島增溫）對全部增暖的貢獻卻呈下降趨勢。本文利用1961～2010年近50年的氣象資料，分析了福州地區(qū)城市熱島強度變化及對氣溫序列的影響。

1 資料來源及研究方法

本文所用資料為福州市區(qū)站以及閩侯、永泰、連江、福清、閩清、羅源、長樂、平潭8個距離市區(qū)站較近的郊區(qū)站1961～2010年近50年的逐月平均氣溫、最低氣溫和最高氣溫。福州站為市區(qū)站（FZ），其他站為郊區(qū)站（JQ）。在這些臺站中, 最高的永泰站海拔85.6m , 而最低的連江站海拔僅為13.4m。為了消除海拔高度的影響，全部資料轉(zhuǎn)化為距平值（以1961～2010年為氣候參考期）。此外, 福清站還存在少量缺測現(xiàn)象。對9個站1961～2010年三種氣溫序列進行t檢驗，無超出顯著水平0.01的不連續(xù)點。

季節(jié)劃分采用福建氣象季節(jié)定義，即1月、2月和上一年的12月為冬季，3～6月為春季，7～9月為夏季，10～11月為秋季。在分析福州市50年間及近25年不同季節(jié)三種氣溫距平序列的變化趨勢時，使用線性擬合方法，用線性回歸方程=+來擬合三種氣溫距平序列，其中為回歸常數(shù)，為回歸系數(shù)，由此得出氣溫傾向率（正為升溫趨勢，負為降溫趨勢），以及城市熱島增溫速率及貢獻率，并分析其非對稱性變化。城市熱島強度、熱島增溫速率及貢獻率定義如下:

（1）城市熱島強度=FZT-JQT，其中T為平均氣溫/最高氣溫/最低氣溫；

（2）熱島增溫速率=FZ氣溫傾向率-JQ氣溫傾向率(℃/10a)；

（3）JQ氣溫傾向率=（閩侯氣溫傾向率+永泰氣溫傾向率+連江氣溫傾向率+福清氣溫傾向率+閩清氣溫傾向率+羅源氣溫傾向率+長樂氣溫傾向率+平潭氣溫傾向率）/8；

（4）熱島增溫貢獻率=FZ熱島增溫速率/FZ氣溫傾向率，當對比站氣溫傾向率為負且熱島增溫速率>0時，記為100%。

2 結(jié)果與分析

2.1 城市站與郊區(qū)站氣溫的年際變化趨勢

圖1～圖3是1961～2010年FZ和JQ的年平均氣溫、最低氣溫、最高氣溫距平變化曲線?？梢钥闯觯?961～2010年間，福州站和郊區(qū)站的年平均氣溫、最低氣溫和最高氣溫均呈顯著上升趨勢，且FZ的增溫速率大于JQ的增溫速率，最低氣溫的增溫速率大于平均氣溫和最高氣溫的增溫速率，由表1～表3可知，1961～2010年之間FZ和JQ年平均氣溫的增溫速率分別為0.26℃/10a、0.24℃/10a，最低氣溫的增溫速率分別為0.30℃/10a、0.26℃/10a，最高氣溫的增溫速率分別為0.29℃/10a、0.24℃/10a。

圖1 福州站(FZ)和郊區(qū)代表站(JQ)的年平均氣溫距平的年際變化（0.1℃）

圖2 福州站(FZ)和郊區(qū)代表站(JQ)的年最高氣溫距平的年際變化（0.1℃）

圖3 福州站(FZ)和郊區(qū)代表站(JQ)的年最低氣溫距平的年際變化（0.1℃）

從年平均氣溫、年平均最高氣溫、年平均最低氣溫溫度累積距平圖（圖4～圖6）可以明顯看到，F(xiàn)Z和JQ的年平均氣溫、年平均最高氣溫、年平均最低氣溫序列均有兩個階段性變化，即1961～1985年的降溫期和1986～2010年的增溫期。1961～1985年間，F(xiàn)Z和JQ的年平均氣溫降溫速率分別是-0.04℃/10a、-0.06℃/10a，年最高氣溫的降溫速率分別是-0.12℃/10a、-0.24℃/10a，而年最低氣溫的增溫速率分別是0.12℃/10a、0.04℃/10a。1986～2010年，三種氣溫序列均呈顯著增溫趨勢，特別是最高氣溫增幅明顯。FZ和JQ的年平均氣溫的增溫速率分別是0.48℃/10a，0.47℃/10a，年最高氣溫的增溫速率分別是0.50℃/10a ，0.52℃/10a，年最低氣溫的增溫速率分別是0.46℃/10a、0.48℃/10a。

圖4 福州站(FZ)和郊區(qū)代表站(JQ)的年平均氣溫累積距平圖（0.1℃）

圖5 福州站(FZ)和郊區(qū)代表站(JQ)的年平均最低氣溫累積距平圖（0.1℃）

圖6 福州站(FZ)和郊區(qū)代表站(JQ)的年平均最高氣溫累積距平圖（0.1℃）

2.2 城市站與郊區(qū)站四季氣溫變化趨勢

由表1～表3可見，對同一項氣溫，增溫速率的季節(jié)差異明顯。對于年平均氣溫，從近50年來看，冬季增溫速率非常顯著，秋季次之，夏季最弱，且FZ的增溫速率高于JQ。對于年平均最低氣溫，從近50年來看，增溫速率最顯著的是冬季，秋季次之，春季最弱，且FZ的增溫速率高于JQ。對于年平均最高氣溫，從近50年來看，增溫速率最顯著的也是冬季，春秋次之，夏季最弱。除了夏季之外，其他季節(jié)FZ的增溫速率要高于JQ。在1961～1985年的降溫期，對于年平均氣溫和年最低氣溫來說，春夏季均為降溫趨勢，秋冬季為增溫趨勢，對于年最高氣溫來說，冬、春、夏均為降溫趨勢，只有秋季為增溫趨勢。在1986年之后的增溫期，各季增溫速率都急劇上升，對于年平均氣溫和年平均最低氣溫來說，秋季的增溫速率最大，在0.5℃/10a以上。而對于年平均最高氣溫，夏季的增溫速率最大，接近1℃/10a，其次是夏秋季，冬季最弱。

對于同一季節(jié)，除了春季之外，其他三個季節(jié)都是年平均最低氣溫的增溫速率最大，最高氣溫的增溫速率最小，年平均氣溫居中，非對稱性明顯。

對比1961～1985年和1986～2010年兩個區(qū)間，無論是城區(qū)還是郊區(qū)，三項氣溫的增溫速率在不同的季節(jié)都在增大，這反映的是福州地區(qū)的氣候變暖趨勢。

表1 福州站（FZ）和郊區(qū)站（JQ）的年平均 氣溫傾向率 （℃/10a）

表2 福州站（FZ）和郊區(qū)站（JQ）的年平均最低 氣溫傾向率 （℃/10a）

表3 福州站（FZ）和郊區(qū)站（JQ）的年平均最高 氣溫傾向率 （℃/10a）

2.3 熱島增溫貢獻率

相對于郊區(qū)，福州的熱島增溫速率分別為0.02℃/10a（年平均氣溫）、0.04℃/10a（最低氣溫）、0.05℃/10a（最高氣溫），熱島增溫貢獻率則分別為8%、13%、17%（表4～表6），可見最高氣溫對熱島增溫的貢獻率最大。

表4 年平均氣溫的增溫貢獻率

表5 年平均最低氣溫的增溫貢獻率

3 結(jié)論

（1）1961～2010年間，年平均氣溫、最低氣溫、最高氣溫均呈上升趨勢，且FZ的增溫速率明顯大于JQ的增溫速率，最低氣溫的增溫速率大于平均氣溫和最高氣溫的增溫速率。FZ和JQ的年平均氣溫和年最高氣溫序列均有兩個階段性變化，即1961～1985年的降溫期和1986～2010年的增溫期，而最低氣溫一直呈增高趨勢。

（2）對同一項氣溫，增溫速率的季節(jié)差異明顯。對于年平均氣溫和年平均最低氣溫，從近50年來看，冬季增溫速率非常顯著，夏秋次之，春季最弱，且FZ的增溫速率要高于JQ。對于年平均最高氣溫，從近50年來看，增溫速率最顯著的也是冬季，春秋次之，夏季最弱。除了夏季之外，其他季節(jié)FZ的增溫速率要高于JQ。

（3）對于同一季節(jié)，除了春季之外，其他三個季節(jié)都是年平均最低氣溫的增溫速率最大，最高氣溫的增溫速率最小，年平均氣溫居中，非對稱性明顯。

（4）最高氣溫的熱島增溫貢獻率最大，平均氣溫次之，最低氣溫最小。

[1] 邱新法,顧麗華,曾燕,等.南京城市熱島效應(yīng)研究[J].氣候與環(huán)境研究, 2008, 13(6):807-814.

[2]朱家其，湯緒，江灝．上海市城區(qū)氣溫變化及城市熱島[J].高原氣象,2006,25(6) :1154-1160.

[3] 陳正洪, 王海軍, 任國玉. 武漢市城市熱島強度非對稱性變化[J].氣候變化研究進展, 2007, 3(5): 282-286.

[4] 初子瑩，任國玉. 北京地區(qū)城市熱島強度變化對區(qū)域溫度序列的影響[J].氣象學(xué)報,2005,63 (4):534-540.

[5] 江志紅,丁裕國.近百年上海氣候變暖過程的再認識——平均溫度與最低、最高溫度的對比[J].應(yīng)用氣象學(xué)報, 1999, 10(2):151-159.

[6] 郭軍，李明財，劉德義．近40 年來城市化對天津地區(qū)氣溫的影響[J]．生態(tài)環(huán)境學(xué)報, 2009,18(1):29-34.