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.莆田市荔城區氣象局，福建 荔城 351180）

1992年—1993年被認為是全球氣候變暖的轉折年，莆田市在此背景下，除了年平均氣溫升高外，前汛期持續性暴雨、極端降水等也發生轉折[1，2]。霜的出現與氣溫有直接關系，氣候變暖使初霜延遲、終霜提前、霜日減少勿容置疑[3-6]。目前關于霜的研究大多關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務服務多側重于霜或霜凍的防御，兩者都在低溫條件下發生。預報霜凍是時刻關注氣溫是否下降到農作物適宜生長溫度以下，福建省氣溫＜4℃則應發布霜凍預警信號；預報霜除了關注最低氣溫外，還要考慮最低氣溫達到標準時是否達到凝華條件。目前，隨著模式釋用技術的提高，福建省的最低氣溫及霜凍的預報能力也隨之提升，但目前預報業務服務上一般籠統稱為“有霜或霜凍”，沒有單獨提“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霜之后甜度增加，品質提高。比如，芥菜、芥藍菜、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化為葡萄糖，達到去苦轉甜的效果，而且經霜之后口感更軟綿，很受廣大市民喜愛，預報好霜有利于打開蔬菜銷路。為此，文章在統計莆田市霜的氣候變化特征的基礎上，分析本世紀以來霜日減少的原因，歸納霜的預報指標，以期為預報員提供思路。

1 資料與方法

天氣現象、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年的地面氣象月報表。衛星云圖來自國家氣象衛星中心的風云衛星數據。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范圍內有白霜時記錄霜，因此，該記錄與觀測站遷站等關系不大，是可靠的。

年霜日數：測站每年秋季至次年春季霜日數的總和。

2 結果分析

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的年代際變化趨勢是很明顯的。目前學術界公認1992年—1993年為全球氣候變暖的轉折點，出現霜的氣象條件中低氣溫是最關鍵的一項氣象要素，但霜日減小的轉折點并沒有出現在1992年—1993年，莆田站出現在1997年—1998年，轉折前年均2.5 d，轉折后年均0.2 d；仙游站在1997年也出現了轉折，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，由于固體塵埃無法觀測到，下面從霜日最低氣溫、最低地溫、夜晨相對濕度和風等霜敏感氣象要素中歸納霜日預報指標，評估預報指標應用效果，并分析氣候變暖之外導致霜減少的原因。

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及應用結果評估

為得到出現霜的敏感氣象要素指標，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，結合霜形成過程中夜間晴朗微風少云的氣象條件，夜間晴朗通過云量觀測、衛星云圖等資料判斷，微風條件取02時風速的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速條件比仙游站更苛刻；莆田站夜間風向有限制，仙游站夜間風可以有偏南分量，這與莆田站更靠近沿海有關，夜間偏南風來自海上，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，并做霜日預報指標的應用效果評估（評估結果見表2），通過符合條件日數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。

根據篩選結果及表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出現霜，占比64%，有4 d不符合條件但出現霜，漏報率8%，霜的指標可用；1997年12月—2022年2月共有26 d符合條件，其中有4 d出現霜，占比15.4%，遠低于1997年以前的出現比例，TS評分明顯下降，霜的指標不適用。

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出現霜，占比70%，與1997年以前沒有明顯差異。可見，霜的指標在前后兩個年代都是可用的。

從年均達標日數可以看出，1997年前后年均達標日數均明顯下降，年均日數莆田站由2.76 d減至1.04 d，仙游站由12 d減至5.6 d，達標日數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年以后的空報率可以看出，莆田站指標的空報率高達84.6%，即莆田站1997年也有不少達標天氣，但還是難以出現霜，仙游站盡管1997年以后的空報率沒有明顯上升，但2008年12月以后，特別是2017年12月以后，空報率增加明顯，2008年12月—2021年12月空報率達38%，2017年12月—2021年12月空報率高達64.7%，顯然，2017年以后霜日指標對仙游站也不適用了。

2.3 霜日減少的原因淺析

根據陳彩勝[7]等研究成果，溫差、降溫速度、空氣中固態塵埃含量是霜形成的重要因素，溫差大、降溫快及固態塵埃少有利水汽凝華。莆田市1996年以后主城區城市化進程加快及城市周邊工業園的相繼開發，夜間熱島效應及空氣中固態塵埃含量增加，造成霜的氣象指標滿足但難以形成霜；仙游縣城關城市化進程較莆田市區慢，2004年以前奉行“農業穩縣”的發展戰略，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，隨著縣城周邊工業園區的投產及房地產開發，最終也出現了和莆田站相似的結果。

3 結語

通過以上分析，可以得出以下結論。

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

（2）莆田市年霜日數有明顯的年代際變化，但轉折年份并沒有發生在氣候變暖的轉折年份。莆田站1997年以后年霜日數明顯減少，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）通過晴朗微風少云及低溫等條件得到的霜日指標適用于仙游站和1997年以前的莆田站：仙游站命中率達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年以后空報率84%、仙游站2017年以后空報率64.7%，指標已經不適用。

（4）1997年以后符合霜指標的年日數明顯減少，表明氣候變暖對霜日減少的影響。指標對莆田站1997年以后和仙游站2017年以后霜日大量空報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、工業化及房地產等行業發展是莆田市霜日減少的第二大原因，這些行業通過夜間城市熱島效應、固態塵埃含量增多限制水汽凝華，仙游站未來霜日也將繼續加速減少，終年無霜的情況會更多。