付炳秀，黃觀榮

（1.仁化縣氣象局，廣東仁化 512300，2.韶關(guān)市氣象局，廣東韶關(guān) 512000）

仁化縣位于廣東省北部、南嶺山脈南麓，是粵、湘、贛3省交接地，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，為亞熱帶典型常綠闊葉林分布區(qū)，是國家重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)。仁化縣南嶺生態(tài)氣象中心座落在縣城南郊3 km的黃屋村老馬屋小組月尾嶺，中心建有國家標(biāo)準(zhǔn)氣象觀測場以及種類繁多的生態(tài)氣象特種觀測設(shè)備。近年來，國內(nèi)的生態(tài)氣象監(jiān)測和評估業(yè)務(wù)服務(wù)工作［1－4］逐見成效，生態(tài)氣象業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)不斷鞏固和發(fā)展。隨著仁化縣南嶺生態(tài)氣象中心［5］建設(shè)完成，生態(tài)觀測數(shù)據(jù)開始了逐步的資料累積，付炳秀等［6］開展了2016年仁化縣生態(tài)氣象的監(jiān)測與評估工作，為地方政府提供了決策依據(jù)；黃觀榮等［7］對韶關(guān)生態(tài)旅游氣候舒適度進(jìn)行了分析，但對連續(xù)時間序列的生態(tài)氣象條件進(jìn)行綜合分析成果依舊缺乏。在全球氣候變暖背景下，氣候變化對生態(tài)環(huán)境影響日益明顯，而生態(tài)氣象監(jiān)測是改善、保護(hù)生態(tài)環(huán)境的重要依據(jù)，本研究利用南嶺生態(tài)氣象中心國家站及仁化各鄉(xiāng)鎮(zhèn)自動站氣象資料以及MODIS衛(wèi)星遙感資料，對近5年仁化縣氣候、氣溶膠光學(xué)厚度、植被覆蓋度等生態(tài)氣象條件進(jìn)行分析評估，進(jìn)一步豐富南嶺生態(tài)氣象中心服務(wù)產(chǎn)品，為地方政府的生態(tài)可持續(xù)性發(fā)展及生態(tài)保護(hù)工作提供決策依據(jù)。

1 資料與方法

本研究采用的氣象資料為氣象觀測站常規(guī)觀測資料，以及歐洲中心的ERA5再分析數(shù)據(jù)，采用的遙感數(shù)據(jù)均為NASA的MODIS產(chǎn)品，其中氣溶膠光學(xué)厚度（簡稱AOD）數(shù)據(jù)為MODIS空間分辨率為3 km的氣溶膠產(chǎn)品MYD04_3K，植被指數(shù) NDVI為空間分辨率250 m 的MOYD13Q1產(chǎn)品，NDVI數(shù)據(jù)1—12月每16 d一景，在利用NDVI計算植被覆蓋度前對NDVI求取年平均、臨近值插值法重采樣等預(yù)處理后，得到空間分辨率為0.01°的NDVI網(wǎng)格數(shù)據(jù)。

①常規(guī)氣象資料：1981—2019年仁化國家氣象觀測站常規(guī)氣象資料，其中近5年的降雨量空間分布圖采用了近5年仁化國家氣象觀測站以及仁化縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)自動站的降雨量，通過克里克空間插值后所繪制。

②通風(fēng)系數(shù)：混合層高度（即邊界層高度）與混合層內(nèi)10 m平均風(fēng)速的乘積，可反映大氣邊界層內(nèi)垂直與水平擴(kuò)散能力，其中混合層高度與混合層內(nèi)10 m平均風(fēng)速為歐洲中心空間分辨率0.75°×0.75°的ERA5再分析數(shù)據(jù)。

③氣溶膠光學(xué)厚度（AOD）數(shù)據(jù)：NASA的MODIS空間分辨率為3 km 的氣溶膠產(chǎn)品MYD04_3K，通過臨近值插值進(jìn)行重采樣獲得空間分辨率為0.03°的AOD網(wǎng)格數(shù)據(jù)，用于分析仁化縣域的AOD時間變化特征，再通過克里克插值繪制仁化近5年的AOD空間分布圖。

④植被覆蓋度數(shù)據(jù)：本研究中植被覆蓋度通過式（1）求得，其中f為植被覆蓋度（%），NDVI為計算象元經(jīng)過求取年平均、重采樣后獲得的年植被指數(shù)平均值，NDVImax和NDVImin分別為研究區(qū)域內(nèi)NDVI的最大值、最小值。本研究在繪制植被覆蓋度曲線變化和空間分布圖前，對植被覆蓋度小于0的值進(jìn)行了剔除處理。

2 生態(tài)氣候條件

2.1 氣溫、日照

從1981—2019年仁化縣年平均氣溫數(shù)變化圖（圖1a）可知，1981—1997年的氣溫總體較平均值偏低，1998—2019年的氣溫總體較平均值偏高。1981—2019年氣溫變化趨勢曲線顯示，仁化年平均氣溫處于逐步上升的趨勢，從線性變化趨勢看平均每年上升0.017 8℃。近5年仁化年平均氣溫處于20.1～20.3℃范圍，均高于常年平均值（19.9℃）。為進(jìn)一步分析仁化近5年的生態(tài)氣象條件，本研究對近5年的平均氣溫進(jìn)行了線性變化趨勢分析，求出線性變化趨勢方程為y＝－0.02x＋20.3，表示近5年期間仁化年平均氣溫平均每年下降0.02℃。

1981—2019年日照時數(shù)變化圖（圖1b）顯示，日照逐年變化波動較大，年較差最大達(dá)到511.2 h，在1981—2003年呈波動上升趨勢，在2004—2017年呈波動下降趨勢。從線性變化趨勢看，日照時數(shù)整體呈現(xiàn)緩慢減少的趨勢，日照時數(shù)平均每年減少0.127 h。近5年的日照時數(shù)處于1 399.8～1 621.2 h范圍，均低于常年平均值（1 719.8 h），本研究對近5年的日照時數(shù)進(jìn)行了線性變化趨勢分析所求出線性變化趨勢方程為y＝49.89x＋1 394.2，顯示近5年日照時數(shù)平均每年上升49.89 h，與1981—2019年的長期變化趨勢相反。

圖1 1981—2019年仁化縣年平均氣溫（a）和日照時數(shù)（b）變化

2.2 降雨

1981—2019年仁化年降雨量變化（圖2）顯示，年降雨量波動變化明顯。

圖2 1981—2019年仁化縣年降雨量變化

從線性變化趨勢看，1981—2019年仁化年降雨量平均每年增加0.245 5 mm。近5年降雨量變化趨勢整體在正常范圍內(nèi)波動，其中2016年較常年平均偏多近40%，2019年較常年平均偏多10%。本研究對近5年的降雨量進(jìn)行了線性變化趨勢分析，所求出線性變化趨勢方程為y＝－14.49x＋1 850.8，表示近5年降雨量平均每年下降14.49 mm，與1981—2019年的長期變化趨勢相反。從2015—2019年仁化縣年降雨量分布（圖略）可知，近5年仁化逐年的降雨量空間分布不均勻，降雨集中區(qū)域的局地性特征明顯。

從2015—2019年仁化縣汛期、非汛期降雨量變化（圖略）可知，近5年前汛期降雨量呈現(xiàn)正弦規(guī)律變化。從線性變化趨勢看，平均每年減少0.05 mm，后汛期降雨量整體呈現(xiàn)逐年增加趨勢。從線性變化趨勢看平均每年增加21.23 mm，但在近5年中仍有3年低于1981—2010年后汛期降雨量平均值。近5年1—3月降雨量整體呈現(xiàn)準(zhǔn)正弦規(guī)律變化，從線性變化趨勢看平均每年增加51.42 mm；近5年10—12月降雨量則呈現(xiàn)減少趨勢，從線性變化趨勢看平均每年減少87.09 mm，下降的趨勢較為明顯。整體來看，降雨量在1—3月和后汛期有上升趨勢，在前汛期和10—12月有下降趨勢，下降趨勢尤以10—12月最為明顯。近5年仁化降雨量在時空分布上不均勻，其中2018和2019年這種時空分布不均勻的特性尤為明顯，對各山塘水庫的科學(xué)蓄水和水資源的調(diào)度管理工作極為不利。在2018年的上半年和2019年的下半年，因降雨偏少，森林防火形勢變得極為嚴(yán)峻，其中在2019年下半年，仁化縣還出現(xiàn)了較長時間的氣象干旱天氣。

3 大氣環(huán)境

3.1 大氣通風(fēng)條件

本研究采用小風(fēng)日數(shù)和通風(fēng)系數(shù)來評估大氣通風(fēng)條件，小風(fēng)日數(shù)為一段時間內(nèi)日平均風(fēng)速＜2.0 m／s的天數(shù)，年小風(fēng)日數(shù)越少，則表明水平擴(kuò)散條件越好，越有利于污染物的擴(kuò)散。通風(fēng)系數(shù)為混合層高度（即邊界層高度）與混合層內(nèi)10 m平均風(fēng)速的乘積，可反映大氣邊界層內(nèi)垂直與水平擴(kuò)散能力。通風(fēng)系數(shù)值越大，則越有利于空氣污染物的擴(kuò)散。

從2015—2019年仁化縣小風(fēng)日數(shù)及通風(fēng)系數(shù)變化（圖3）可知，近5年仁化小風(fēng)日數(shù)在317～336 d范圍，均遠(yuǎn)低于常年平均日數(shù)（353.4 d），期間有緩慢上升的趨勢，平均每年增加3.8 d，表明近5年有利于污染物擴(kuò)散的水平擴(kuò)散條件整體在不斷的提高。近5年仁化通風(fēng)系數(shù)介于571.8～685.6 m2·s，均遠(yuǎn)低于常年平均值（690.18 m2·s），并且下降幅度較大，平均每年下降18.616 m2·s，表明近5年大氣邊界層內(nèi)垂直與水平擴(kuò)散能力年際變化幅度略大，從2017年開始出現(xiàn)下降，不利于污染物擴(kuò)散。近5年大氣水平擴(kuò)散能力提高，但垂直擴(kuò)散能力趨于減弱，大氣擴(kuò)散條件整體處于良好狀態(tài)。

圖3 2015—2019年仁化縣小風(fēng)日數(shù)及通風(fēng)系數(shù)變化

3.2 灰霾日數(shù)

本研究按日平均值統(tǒng)計方法中霾日的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行統(tǒng)計，即當(dāng)日平均能見度＜10 km且日平均相對濕度≤90%時定為灰霾日。從2015—2019年灰霾日數(shù)變化（圖略）可知，近5年仁化灰霾日數(shù)在40～74 d范圍，期間呈現(xiàn)上升趨勢，平均每年增加3.4 d。此外，2019年仁化縣灰霾日數(shù)較2018年減少34 d，隨著大氣污染防治工作逐步發(fā)揮作用，灰霾日數(shù)有望在未來得到進(jìn)一步的降低。

灰霾是懸浮在大氣中的大量微小塵粒、煙粒或鹽粒的集合體，雨水的沖刷作用會對大氣中的塵粒起到清潔作用。本研究對近5年仁化灰霾日數(shù)和降雨量、平均風(fēng)速以及相對濕度做相關(guān)性分析，得到灰霾日數(shù)與降雨量的相關(guān)系數(shù)為－0.542，與相對濕度的相關(guān)系數(shù)為－0.419，均呈現(xiàn)一定的負(fù)相關(guān)變化特征，表明降雨量的多寡以及相對濕度的大小會對灰霾日數(shù)產(chǎn)生較大的影響，在粉塵污染輸出源無變化的提前下，在降雨量較多的年份，相對濕度較大，空氣質(zhì)量會有一定程度的提高。灰霾日數(shù)與平均風(fēng)速的相關(guān)系數(shù)為0.393，呈現(xiàn)一定的正相關(guān)變化特征，表明風(fēng)速的增大有利于污染物的擴(kuò)散。

3.3 氣溶膠光學(xué)厚度

氣溶膠光學(xué)厚度（簡稱AOD）是指氣溶膠的消光系數(shù)在垂直方向上的積分，反映整層大氣中，氣溶膠對直接太陽輻射的衰減能力。AOD越小，大氣越清潔；反之，則大氣越渾濁。

從2015—2019年仁化縣AOD變化（圖4）可知，近5年仁化AOD在0.259～0.361范圍，整體呈現(xiàn)下降趨勢，平均每年下降0.007。仁化AOD與日照時數(shù)的相關(guān)系數(shù)為－0.427，兩者存在一定的負(fù)相關(guān)性，日照時數(shù)增多的年份AOD值減小。

圖4 2015—2019年仁化縣AOD變化

從2015—2019年仁化縣AOD空間分布圖（圖5）可知，AOD≥0.372的區(qū)域面積在近5年中呈現(xiàn)下降趨勢，表明大氣質(zhì)量處于逐步改善階段。仁化近5年AOD高值區(qū)主要集中在城鎮(zhèn)等工業(yè)園地區(qū)，表明城鎮(zhèn)以及工業(yè)的發(fā)展對空氣質(zhì)量的影響較大，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，需注意協(xié)調(diào)城鎮(zhèn)工業(yè)發(fā)展與生態(tài)承載力的關(guān)系，避免失衡。

圖5 2015—2019年仁化縣AOD空間分布圖

4 植被覆蓋度

植被覆蓋度是指植被（包括葉、莖、枝）在地面的垂直投影面積占統(tǒng)計區(qū)總面積的百分比。2015—2019年仁化縣植被覆蓋度變化（圖略）顯示，2015—2019年仁化縣植被覆蓋度介于73.1%～77.9%。2015—2019年植被覆蓋度變化趨勢曲線顯示，平均每年上升0.114 6%，表明仁化縣陸表生態(tài)環(huán)境基本維持緩慢上升的良好趨勢。

從2015—2019年仁化縣植被覆蓋度空間分布（圖略）可知，仁化植被覆蓋度結(jié)構(gòu)整體均衡，城鎮(zhèn)、工業(yè)園區(qū)等發(fā)展區(qū)域的植被覆蓋度相對較低，整體的植被覆蓋度維持在70%以上，且達(dá)到80%以上的高覆蓋度區(qū)域面積在不斷增加。

在近5年中，高覆蓋度區(qū)域的占比在89.82%～96.16%范圍（表1），其中2016年達(dá)到96.16%，表明對森林等高覆蓋度區(qū)域的保護(hù)工作完成很好；中覆蓋度區(qū)域在3.57%～9.57%范圍，年變化幅度相對較大；低覆蓋度區(qū)域在0.27%～0.66%范圍，年變化幅度較中覆蓋區(qū)域變化小。近5年來，仁化植被覆蓋結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)以高覆蓋度為主體、中覆蓋度區(qū)域隨經(jīng)濟(jì)發(fā)展用地變化略有浮動的結(jié)構(gòu)特征，表明仁化縣植被覆蓋結(jié)構(gòu)整體良好。

表1 2015—2019年仁化縣植被覆蓋度結(jié)構(gòu) %

5 綜合評述與建議

1）近5年仁化平均氣溫處于20.1～20.3℃范圍，均高于常年平均值，建議關(guān)注氣候變暖對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)環(huán)境的影響。降雨量在正常范圍內(nèi)波動，但時空分布不均，不利于各山塘水庫的科學(xué)蓄水和水資源的調(diào)度管理工作以及森林防火工作，建議各山塘水庫要根據(jù)氣候的變化，科學(xué)安排蓄水、用水的調(diào)度工作。

2）近5年仁化縣大氣擴(kuò)散條件整體良好。仁化AOD近5年在0.259～0.361范圍，期間呈現(xiàn)下降趨勢，AOD≥0.372的區(qū)域面積呈下降趨勢，表明大氣環(huán)境質(zhì)量處于逐步改善階段?；姻苍诮?年呈現(xiàn)上升趨勢，但2019年仁化縣灰霾日數(shù)較上一年減少34 d，隨著大氣污染防治工作逐步發(fā)揮作用，灰霾日數(shù)有望在未來得到進(jìn)一步的降低。在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，建議關(guān)注城鎮(zhèn)工業(yè)發(fā)展與生態(tài)承載力的平衡關(guān)系，繼續(xù)做好大氣污染防治工作，重點(diǎn)加強(qiáng)大氣污染源排放方面的管理工作。

3）近5年仁化植被覆蓋結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)以高覆蓋度為主體、中覆蓋度區(qū)域隨經(jīng)濟(jì)發(fā)展用地變化略有浮動的結(jié)構(gòu)特征，植被覆蓋度結(jié)構(gòu)整體均衡，陸表生態(tài)環(huán)境維持良好，表明仁化縣采取生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作、森林防火等各項(xiàng)工作具有明顯成效，但仍需關(guān)注由降雨時空分布不均導(dǎo)致的干旱災(zāi)害等問題，建議加強(qiáng)對陸表生態(tài)環(huán)境的監(jiān)測，適時開展人工增雨作業(yè)。