莆田市霜减少的原因分析

许文华，黄梅妹

（1.莆田市气象局，福建 莆田 351180；2.莆田市荔城区气象局，福建 荔城 351180）

1992年—1993年被认为是全球气候变暖的转折年，莆田市在此背景下，除了年平均气温升高外，前汛期持续性暴雨、极端降水等也发生转折[1，2]。霜的出现与气温有直接关系，气候变暖使初霜延迟、终霜提前、霜日减少勿容置疑[3-6]。目前关于霜的研究大多关注霜期及初终霜的变化特征。福建冬季冷空气或寒潮影响下的业务服务多侧重于霜或霜冻的防御，两者都在低温条件下发生。预报霜冻是时刻关注气温是否下降到农作物适宜生长温度以下，福建省气温＜4℃则应发布霜冻预警信号；预报霜除了关注最低气温外，还要考虑最低气温达到标准时是否达到凝华条件。目前，随着模式释用技术的提高，福建省的最低气温及霜冻的预报能力也随之提升，但目前预报业务服务上一般笼统称为“有霜或霜冻”，没有单独提“霜”，而霜和霜冻对植物的影响不一样，霜冻会对植物造成冻害，但霜对植物的影响也有有利的一面，最明显的是一些蔬菜经霜之后甜度增加，品质提高。比如，芥菜、芥蓝菜、萝卜等很多冬季蔬菜过霜之后，不但可以将蔬菜中的淀粉转化为葡萄糖，达到去苦转甜的效果，而且经霜之后口感更软绵，很受广大市民喜爱，预报好霜有利于打开蔬菜销路。为此，文章在统计莆田市霜的气候变化特征的基础上，分析本世纪以来霜日减少的原因，归纳霜的预报指标，以期为预报员提供思路。

1 资料与方法

天气现象、温度、湿度等天气要素来自仙游、莆田国家气象观测站1980年—2021年共42年的地面气象月报表。卫星云图来自国家气象卫星中心的风云卫星数据。莆田站和仙游位置所在位置见图1。莆田市东临台湾海峡，西连戴云山脉，地形呈西高东低，北高南低。

图1 莆田市地形轮廓莆田站和仙游站（黑色粗为市界）Fig.1 The topographic profile of Putian and Xianyou Station

霜日：观测站记录霜时，认为该日为霜日。由于霜的观测属人工观测，观测员观测到观测站或视区范围内有白霜时记录霜，因此，该记录与观测站迁站等关系不大，是可靠的。

年霜日数：测站每年秋季至次年春季霜日数的总和。

2 结果分析

2.1 莆田市霜日时空分布特征

1980年冬—2021年冬的42年间仙游站共有283个霜日，年均6.7 d；莆田站47个霜日，年均1.1 d，两站年均相差5.6 d，这是由于莆田站更靠近沿海，仙游站更靠近内陆，在冷高压控制下仙游站夜间辐射冷却更明显，最低气温更低，因此，霜的条件更易满足。

莆田站和仙游站1980年—2021年冬季霜日数年变化曲线见图2，从图中可以看出，莆田站和仙游站年霜日数的年代际变化趋势是很明显的。目前学术界公认1992年—1993年为全球气候变暖的转折点，出现霜的气象条件中低气温是最关键的一项气象要素，但霜日减小的转折点并没有出现在1992年—1993年，莆田站出现在1997年—1998年，转折前年均2.5 d，转折后年均0.2 d；仙游站在1997年也出现了转折，总体上在1997年以前年均9.9 d，1998年以后年均4.5 d，年均减小5.4 d。水蒸汽能否凝华与水汽浓度、固体尘埃含量和降温速度3个条件有关，由于固体尘埃无法观测到，下面从霜日最低气温、最低地温、夜晨相对湿度和风等霜敏感气象要素中归纳霜日预报指标，评估预报指标应用效果，并分析气候变暖之外导致霜减少的原因。

图2 莆田站和仙游站1980年—2021年逐年霜日数变化曲线Fig.2 The variation of annual total frost days from 1980 to 2021 over Putian and Xianyou Station

2.2 霜日气象敏感要素指标及应用结果评估

为得到出现霜的敏感气象要素指标，对莆田仙游两站霜日样本的最低气温和最低地温排序后取95百分位值，结合霜形成过程中夜间晴朗微风少云的气象条件，夜间晴朗通过云量观测、卫星云图等资料判断，微风条件取02时风速的95百分位，得到莆田、仙游两站的霜日气象敏感要素指标见表1。

表1 莆田、仙游国家气象观测站霜日敏感气象要素指标Tab.1 The meteorological sensitivity element index of frost day in Putian and Xianyou national meteorological observation

由表1可知，莆田站霜日最低气温条件较仙游站宽松，但最低地温条件和夜间风速条件比仙游站更苛刻；莆田站夜间风向有限制，仙游站夜间风可以有偏南分量，这与莆田站更靠近沿海有关，夜间偏南风来自海上，会造成水汽输送，空气中水汽含量增加降低了水汽凝华的可能性。

下面筛选符合表1条件的日期，并做霜日预报指标的应用效果评估（评估结果见表2），通过符合条件日数及空漏日期的年代际变化分析霜日年代际变化的可能原因。

根据筛选结果及表2可以看出，莆田站1980年12月—1997年3月共有47 d符 合 条 件，其中有30 d出现霜，占比64%，有4 d不符合条件但出现霜，漏报率8%，霜的指标可用；1997年12月—2022年2月共有26 d符合条件，其中有4 d出现霜，占比15.4%，远低于1997年以前的出现比例，TS评分明显下降，霜的指标不适用。

仙游站1980年12月—1997年3月符合条件204 d，其中148 d出现霜，占比72.5%；1997年12月—2022年2月共140 d符合条件，其中98 d出现霜，占比70%，与1997年以前没有明显差异。可见，霜的指标在前后两个年代都是可用的。

从年均达标日数可以看出，1997年前后年均达标日数均明显下降，年均日数莆田站由2.76 d减至1.04 d，仙游站由12 d减至5.6 d，达标日数减少的主要原因是气温条件不容易满足，可见气候变暖是莆田市霜日减少的主要因素。从1997年以后的空报率可以看出，莆田站指标的空报率高达84.6%，即莆田站1997年也有不少达标天气，但还是难以出现霜，仙游站尽管1997年以后的空报率没有明显上升，但2008年12月以后，特别是2017年12月以后，空报率增加明显，2008年12月—2021年12月空报率达38%，2017年12月—2021年12月空报率高达64.7%，显然，2017年以后霜日指标对仙游站也不适用了。

2.3 霜日减少的原因浅析

根据陈彩胜[7]等研究成果，温差、降温速度、空气中固态尘埃含量是霜形成的重要因素，温差大、降温快及固态尘埃少有利水汽凝华。莆田市1996年以后主城区城市化进程加快及城市周边工业园的相继开发，夜间热岛效应及空气中固态尘埃含量增加，造成霜的气象指标满足但难以形成霜；仙游县城关城市化进程较莆田市区慢，2004年以前奉行“农业稳县”的发展战略，因此，满足气象条件时形成霜的比例在1997年前后差别不大，但2004年以后，随着县城周边工业园区的投产及房地产开发，最终也出现了和莆田站相似的结果。

3 结语

通过以上分析，可以得出以下结论。

（1）1980年冬季—2021年冬季莆田市年霜日数仙游站6.7 d，莆田站1.1 d，莆田站更靠近沿海，仙游站更靠近内陆是造成年均日数差异的主要原因。

（2）莆田市年霜日数有明显的年代际变化，但转折年份并没有发生在气候变暖的转折年份。莆田站1997年以后年霜日数明显减少，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，也有较明显减少。

（3）通过晴朗微风少云及低温等条件得到的霜日指标适用于仙游站和1997年以前的莆田站：仙游站命中率达70%以上，TS评分在64%以上；1997年以前的莆田站命中率64%，TS评分59%。莆田站1997年以后空报率84%、仙游站2017年以后空报率64.7%，指标已经不适用。

（4）1997年以后符合霜指标的年日数明显减少，表明气候变暖对霜日减少的影响。指标对莆田站1997年以后和仙游站2017年以后霜日大量空报表明莆田市霜日减少除气候变暖外还另有原因。推测城市化、工业化及房地产等行业发展是莆田市霜日减少的第二大原因，这些行业通过夜间城市热岛效应、固态尘埃含量增多限制水汽凝华，仙游站未来霜日也将继续加速减少，终年无霜的情况会更多。