摘要：利用1964-2013年近50年的氣象資料，選取低緯高原昆明市與其郊區(qū)進(jìn)行了降水量的對比分析。結(jié)果表明，昆明市降水量近50年來略有下降，在空間上，昆明市的降水量高于郊區(qū)，呈現(xiàn)由昆明市向周邊郊區(qū)遞減的趨勢，但是，向其下風(fēng)向遞減趨勢不明顯，甚至有增加的趨勢。同時，采用灰色關(guān)聯(lián)度分析法分析了影響昆明市降水的人文因子和自然因子及其之間的關(guān)聯(lián)度，得出自然因素對昆明市降水量的影響最大的是相對濕度，人文因子對昆明市降水量的影響較大的是人口總量。

關(guān)鍵詞：昆明市；郊區(qū)；降水量；對比分析

中圖分類號：P46 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）10-2529-06

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.10.020

Abstract： Based on the meteorological data of nearly 50 years from 1964 to 2013， this paper presented a contrastive analysis of precipitation between Kunming and its suburbs. The results showed that the precipitation in the recent 50 years in Kunming had declined slightly. In space， precipitation in Kunming was higher than its suburb with a diminishing trend from Kunming to suburbs. However the decline trend was not obvious in the downwind direction， which even showed an increasing trend. At the same time， Grey Correlation Analysis Method was used to analyze the correlation between human factors and natural factors which impacted the precipitation in Kunming. It could be found that among all natural factors the relative humidity has the greatest influences on the rainfall in Kunming while among Cultural factors the Total population was the one that influence most on the rainfall in Kunming.

Key words： Kunming city；suburbs；precipitation；comparative analysis

城市與人們的生活息息相關(guān)，隨著城市化的不斷推進(jìn)，城市的作用越來越重要。大城市特殊的下墊面改變和城市中的人類活動影響形成了一種有別于周邊地區(qū)的大城市-郊區(qū)小氣候，城市的發(fā)展改變了原有的自然條件，如大部分原有的自然植物被建筑物、瀝青或水泥馬路所代替，人們的生產(chǎn)和生活增加了額外的熱量，城市工業(yè)排放大量煙塵、氣溶膠等以及城市盛行風(fēng)向等這些因素對城市及其郊區(qū)的降水都將產(chǎn)生一定的影響[1]。同時城市人口快速增長，降水嚴(yán)重不足或者城市暴雨洪澇等困擾市民的生活。降水不僅是一個重要的氣象要素而且是一個關(guān)鍵的水文要素，對區(qū)域水資源時空分布、生態(tài)環(huán)境形成與演變以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)起著決定性的影響。降水的時空分布與人類的生產(chǎn)、生活緊密相關(guān)，一直是氣象研究的重要課題，而城郊降水時空差異變化對社會、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境影響更為顯著。

隨著人類文明的發(fā)展，城市化進(jìn)程不斷更新，昆明城市也越來越大。同時，近年來極端天氣頻頻出現(xiàn)，城市暴雨、洪澇等氣象災(zāi)害也隨之發(fā)生，而城郊降水的多少與人們的出行、旅游等生產(chǎn)生活密切相關(guān)。因此，研究昆明城區(qū)與郊區(qū)的降水分布、形成原因?qū)τ诹私饫ッ鞒鞘袣夂蚣俺鞘邪l(fā)展對其城市氣候的影響有現(xiàn)實意義，可為昆明城市發(fā)展提供建設(shè)性建議。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1.1 國外研究現(xiàn)狀

在國外，關(guān)于氣候與降水量的問題研究得比較早。1910年Hamberg研究瑞典首都斯德哥爾摩與其附近的烏普拉薩50年（1861-1910年）的降水資料，發(fā)現(xiàn)城市有明顯的降水增加的趨勢，而郊區(qū)烏普薩拉的降水沒有明顯變化[1]；1927年Schmass根據(jù)德國慕尼黑的降水觀測指出城市降水量比郊區(qū)多，而且城市降水量最大不是在市中心而在其下風(fēng)方向及其郊區(qū)[1]。此后，波果洛坡、克拉特采爾、章農(nóng)等先后對莫斯科、慕尼黑、美國的芝加哥、厄巴拉和圣路易斯等城市的降水量做了大量研究工作，發(fā)現(xiàn)城市降水量都比附近郊區(qū)多[1]。

1.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

在國內(nèi)，關(guān)于這方面的研究起步較晚，就目前而言，城市氣候與城市降水量是城市氣候?qū)W中爭議較多的課題，但大部分學(xué)者研究的方向是城市氣候?qū)邓吭鰷p、城市氣候?qū)Τ鞘袨?zāi)害的影響，對于城區(qū)和郊區(qū)降水對比分析研究的學(xué)者相對較少。周淑貞等[1]根據(jù)上海20年（1959-1978年）降水記錄發(fā)現(xiàn)上海市市區(qū)降雨量最大，由此向郊區(qū)的各個方向降水量遞減；張玲等[2]、徐宗學(xué)等[3]、張立杰等[4]、張小玲等[5]分析了北京地區(qū)降水量時空變化特點和成因；李矜霄等[6]研究了曲靖市降水量和低云量的時空變化特征；何萍等[7，8]分析了楚雄市降水量的變化特征；崔松云等[9]分析了城市熱島效應(yīng)對昆明市降雨量的影響；陶云等[10]就云南降水量時空分布特征對氣候變暖的響應(yīng)進(jìn)行了分析；柏紹光等[11]就昆明市城市化對暴雨洪水影響進(jìn)行了研究；李昕翼等[12]分析了成都地區(qū)降水量的變化趨勢；另外還有不少學(xué)者[13-19]對西安市、西寧市、珠海市、?？谑?、蘇州市等地的降水量的變化特征進(jìn)行了分析。

關(guān)于此方面的研究，國內(nèi)主要集中于北京、上海、西安等大城市，但對城區(qū)和郊區(qū)降水對比方面均只涉及一部分。對于云貴高原上的昆明市及其郊區(qū)的降水對比目前尚未從總體上進(jìn)行過分析，因此筆者根據(jù)昆明城區(qū)和郊區(qū)的降水量數(shù)據(jù)資料，在前人研究的基礎(chǔ)上，對其變化特征及形成因素進(jìn)行了分析研究。

1.3 研究區(qū)域概況

以低緯高原昆明市為例進(jìn)行研究，昆明市建成區(qū)中心位于北緯25°00′，東經(jīng)102°42′，其西南瀕臨滇池，海拔約1 891 m。建成區(qū)大背景氣候條件為北緯低緯度亞熱帶-高原山地季風(fēng)氣候，自改革開放以來，城市發(fā)展速度較快，網(wǎng)狀交通路線和片狀建筑區(qū)使得城市下墊面發(fā)生了巨大的變化。1999年末，昆明城市人口為206.26萬人，建成區(qū)面積141 km2，到2010年末，昆明城市人口為260.24萬人，建成區(qū)面積269 km2，快速發(fā)展的城市化及其所引起的氣象因子的變化，帶來了城市氣象災(zāi)害頻發(fā)、局地氣候異常和大氣污染、水污染等一系列氣象災(zāi)害和生態(tài)環(huán)境問題，對城市發(fā)展、社會經(jīng)濟(jì)與環(huán)境保護(hù)構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。近郊區(qū)降水量數(shù)據(jù)因無法找到，故用呈貢、嵩明、安寧、晉寧的降水量數(shù)據(jù)（1964-2013年）代替，結(jié)合昆明市1964年以來的降水量數(shù)據(jù)資料，對比分析昆明市和郊區(qū)之間降水量的分布變化特征。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本研究自然氣象因子資料來源于《云南省地面氣象資料整編》中1964-2013年的降水量、氣溫、云量、風(fēng)向和相對濕度。人文因素指標(biāo)（建成區(qū)面積、年末人口總量、綠化面積等）來源于《昆明市統(tǒng)計年鑒》，以及中國宏觀數(shù)據(jù)挖掘分析系統(tǒng)。

根據(jù)昆明市的發(fā)展情況和已獲得的數(shù)據(jù)，同時參考國內(nèi)外對城市與郊區(qū)降水對比分析的研究，選取昆明市近25年（1986-2013年）的年末人口總量、建成區(qū)面積、綠化面積、工業(yè)產(chǎn)值4個人文因子與昆明市降水量的關(guān)聯(lián)度進(jìn)行分析；同時選取昆明市25年（1986-2013年）的平均氣溫、平均總云量、相對濕度和風(fēng)速4個自然因素與昆明市降水量的關(guān)聯(lián)度進(jìn)行分析。

2.2 研究方法

2.2.1 城郊對比法 選取昆明市和呈貢、晉寧、安寧、嵩明近50年（1964-2013年）的降水量數(shù)據(jù)，運用Excel軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析，然后分別進(jìn)行月和年的平均值趨勢對比分析。

2.2.2 關(guān)聯(lián)度分析法 灰色關(guān)聯(lián)度分析是依據(jù)各因素數(shù)列曲線形狀的接近程度做發(fā)展態(tài)勢的分析。利用系統(tǒng)中各因素之間的數(shù)值關(guān)系，指出系統(tǒng)發(fā)展過程中兩個因素變化的態(tài)勢，即同步變化程度較高，則可以認(rèn)為兩者關(guān)聯(lián)度較大；反之，則兩者關(guān)聯(lián)度較小。運用灰色關(guān)聯(lián)度分析對于昆明市降水量與自然因素（相對濕度、氣溫、云量、風(fēng)速）與人文因素（工業(yè)總產(chǎn)值、綠化面積、年末人口總量、建成區(qū)面積）之間的相關(guān)態(tài)勢提供了量化的度量。

3 城市降水特征分析

3.1 昆明市城市降水量變化特征分析

3.1.1 昆明市城市降水量年代際變化特征分析 據(jù)1964-2013年數(shù)據(jù)，每10年求一平均值，并用折線作圖（圖1）。由圖1可知，年代際降水量總體呈現(xiàn)下降趨勢。自1964年以來至20世紀(jì)末期，昆明年代際降水量呈現(xiàn)下降趨勢，此后，20世紀(jì)90年代至21世紀(jì)初呈現(xiàn)上升趨勢，近10年又呈現(xiàn)下降趨勢。降水量從20世紀(jì)60年代的約1 100 mm下降至80年代的約850 mm。20世紀(jì)90年代又上升至1 100 mm左右，之后又下滑至近10年的850 mm左右。

3.1.2 昆明市城市降水量年變化特征 基于數(shù)據(jù)的完整性，選取昆明市1964-2013年的各年總降水量數(shù)據(jù)，運用Excel軟件作趨勢分析圖（圖2）。由圖2可知，昆明市年總降水量最大值為1 499.9 mm（1999年），年總降水量最小值為565.8 mm（2009年）。年降水量最大差值為934.1 mm，總體呈現(xiàn)波動減少趨勢。每5年求一滑動平均值，得出圖3，由圖3可知，昆明市50年來降水量總值先緩慢波動下降，至20世紀(jì)90年代略有上升趨勢，到21世紀(jì)初降水量呈波動下降趨勢。

3.1.3 昆明市城市降水量月變化特征 選取昆明市1964-2013年近50年的降水?dāng)?shù)據(jù)，運用Excel軟件計算出50年來各月的月平均降水量值（圖4）。中國氣候?qū)W上一般將12月至次年2月定為冬季，3～5月定為春季，6～8月定為夏季，9～11月定為秋季。由圖4可知，昆明春季干燥少雨，蒸發(fā)旺盛，日溫變化大；夏季雨量集中，且多大雨、暴雨，降水量占全年的60%以上；秋季雨水減少，降水量比夏季減少一半多，但多于冬、春兩季；冬季降水量少、太陽光照充足，晴天多。同時，全年降水量在時間分布上明顯分為干、濕兩季，5～10月為雨季，降水量占全年的一半以上；11月至次年的4月為干季，降水量不及全年的五分之一。

3.2 昆明市城市和郊區(qū)降水量特征對比分析

3.2.1 昆明市與郊區(qū)年降水量變化特征分析

1）昆明市與晉寧年降水量差值變化特征分析。利用昆明市和晉寧1964-2013年各年總降水量數(shù)據(jù)作差值運算，根據(jù)差值求5年滑動平均值，如圖5所示。由圖5可知，昆明市5年滑動平均降水量均多于晉寧，從20世紀(jì)60年代初到60年代末出現(xiàn)下降，之后開始上升，到1974年出現(xiàn)一個滑動高峰，其后開始下降，到20世紀(jì)90年代初均處于波動低谷期，到1997和1999年出現(xiàn)雙高峰，之后下降。

2）昆明市與安寧年降水量差值變化特征分析。利用昆明市和安寧1964-2013年各年總降水量數(shù)據(jù)，根據(jù)昆明市降水量減安寧降水量的差值求5年滑動平均值，再根據(jù)5年滑動平均值作圖（圖6）。由圖6可知，昆明市5年滑動平均降水量均多于安寧，從20世紀(jì)60年代到70年代中期呈現(xiàn)上升趨勢，之后直到21世紀(jì)中后期呈現(xiàn)波動下降趨勢，從2007年到2011年出現(xiàn)負(fù)值狀況，之后又出現(xiàn)上升趨勢。總體上昆明市年降水量多于安寧，趨勢上呈波動減少。

3）昆明市與呈貢年降水量差值變化特征分析。利用昆明市和呈貢1964-2013年各年總降水量數(shù)據(jù)，根據(jù)昆明市降水量減呈貢降水量的差值求5年滑動平均值，再根據(jù)5年滑動平均值作圖（圖7）。由圖7可知，昆明市5年滑動平均降水量均多于呈貢；其中20世紀(jì)60年代中后期到90年代初期呈現(xiàn)波動下降，從1994年到2000年快速上升，之后呈波動下滑，近年來昆明市和呈貢之間降水量差值呈波動減少趨勢。

4）昆明市與嵩明年降水量差值變化特征分析。利用昆明市和嵩明1964-2013年各年總降水量數(shù)據(jù)，根據(jù)昆明市降水量減嵩明降水量的差值求5年滑動平均值，再根據(jù)5年滑動平均值作圖（圖8）。由圖8可知，5年滑動平均值為負(fù)值的年份多于為正值的年份，昆明市年降水量多數(shù)年份低于嵩明；其中，昆明市和嵩明之間的降水量差值先出現(xiàn)波動上升，1975年之后又呈下降趨勢，20世紀(jì)80年代出現(xiàn)負(fù)值，1996-2001年有所上升，但2000年之后降水量差值趨于負(fù)值。

3.2.2 昆明市與郊區(qū)降水量月變化特征分析 為便于對比分析，根據(jù)昆明市及周邊縣區(qū)分布圖（圖9），選擇就近的呈貢、晉寧、嵩明和安寧4個郊縣作為與昆明市對比的站點。根據(jù)1964-2013年昆明及上述4個站點歷年降水量數(shù)據(jù)，先后求出各地區(qū)近50年來各月份平均降水量，用昆明市近50年的各月的月平均降水量分別減去4個郊區(qū)50年來各月的月平均降水量，差值為正值，則昆明市降水量大于對應(yīng)郊區(qū)，差值為負(fù)值則昆明市降水量小于對應(yīng)郊區(qū)，如表1所示。

1）昆明市與晉寧降水量月變化對比分析。根據(jù)表1得出，昆明市近50年來1、2、4、11、12月的月平均降水量比晉寧的少，但差值不大，僅在0～3 mm之間；昆明市和晉寧兩地3月的月平均降水量相當(dāng)，降水量幾乎沒有差別；其他各月昆明市的月均降水量均高于晉寧，即昆明市近50年來各月的月平均降水量除了有少數(shù)幾個月比晉寧略少之外，其他各月都比其位于西南部上風(fēng)方向的晉寧多，特別是6、7、8月，差值在20 mm以上，最大差值出現(xiàn)在7月，達(dá)30.23 mm，總的看來是雨季差值大，干季差值小。

2）昆明市與安寧降水量月變化對比分析。根據(jù)表1得出，昆明市近50年來各月的月平均降水量都高于安寧。其中最大差值出現(xiàn)在8月，為18.31 mm；最小差值出現(xiàn)在2月，為0.62 mm。月平均降水量差值在10 mm以上的月份為5～10月的雨季，其余月份降水量相當(dāng)，差值不太明顯；從總體來看，昆明市近50年來各月份月平均降水量比位于其西南部（上風(fēng)方向）郊區(qū)的安寧多。

3）昆明市與呈貢降水量月變化對比分析。根據(jù)表1得出，昆明市近50年來各月的月平均降水量除了12月之外，其余均高于呈貢；其中最大差值在8月，為49.83 mm，最小值在12月，僅為-0.04 mm。月平均降水量差值在10 mm以上的月份為5～10月的雨季。

4）昆明市與嵩明降水量月變化對比分析。由表1可知，昆明市近50年來1、5、6、7、9月的月平均降水量少于嵩明，最大負(fù)差值在6月（-20.98 mm），這是由于嵩明位于昆明市的下風(fēng)方向，在風(fēng)向的影響下，出現(xiàn)嵩明的月平均降水量在雨季高于昆明的趨勢。

4 影響昆明市降水時空分布變化因素分析

城市化的發(fā)展會對城市的降水量產(chǎn)生重要的影響，現(xiàn)主要從相關(guān)的自然因子和人為因子來解釋城市發(fā)展對城市降水量的影響。

4.1 昆明市降水量與自然因素灰色關(guān)聯(lián)度分析

根據(jù)前人研究結(jié)合本地實際，選取多年平均相對濕度、云量、風(fēng)速和氣溫作為自然因素。把昆明市近50年的年降水量作為參考數(shù)列，多年平均相對濕度、云量、風(fēng)速和氣溫作為比較數(shù)列。運用“灰色系統(tǒng)理論及其運用”軟件計算參考數(shù)列與比較數(shù)列之間的灰色關(guān)聯(lián)度，計算結(jié)果如表2所示。由表2可知，在所選4項自然因子中，對昆明市降水量影響最大的是年均相對濕度，其灰色關(guān)聯(lián)度是0.933 736，影響最小的是年平均風(fēng)速，其灰色關(guān)聯(lián)度是0.918 967。在所選4項自然因子中，對昆明市降水量影響程度排序為年均相對濕度>云量>年平均氣溫>年平均風(fēng)速。

4.2 昆明市降水量與人文因素灰色關(guān)聯(lián)度分析

根據(jù)前人研究結(jié)合本地實際，由于獲取資料有限，選取建成區(qū)面積、綠地面積、年末人口總量和工業(yè)總產(chǎn)值4個人文因素。把昆明市近25年的年降水量作為參考數(shù)列，建成區(qū)面積、綠地面積、年末人口總量和工業(yè)總產(chǎn)值作為比較數(shù)列。運用“灰色系統(tǒng)理論及其運用”軟件計算參考數(shù)列與比較數(shù)列之間的灰色關(guān)聯(lián)度，計算結(jié)果如表3所示。由表3可知，在所選4項人文因子中，對昆明市降水量影響最大的人文因子是年末人口總量，其灰色關(guān)聯(lián)度是0.917 164，影響最小的人文因子是工業(yè)總產(chǎn)值，其灰色關(guān)聯(lián)度為0.668 849。在所選4項人文因子中，對昆明市降水量影響程度排序為年末人口總量>建成區(qū)面積>綠地面積>工業(yè)總產(chǎn)值。

4.3 影響昆明市降水量年變化因素分析

影響昆明市降水量年變化的因素復(fù)雜繁多。昆明地區(qū)地處中國西南邊陲，受到來自印度洋西南暖濕氣流的影響，該地區(qū)呈現(xiàn)亞熱帶高原季風(fēng)氣候這樣的大背景氣候條件，氣溫年較差小，年降水量在1 000 mm左右。根據(jù)昆明市1963-2013年降水量變化趨勢（圖2）看出，昆明市近50年來年降水量呈現(xiàn)波動下降趨勢，主要原因如下：①昆明處于中低緯副熱帶地區(qū)，雨季（5～10月）主要受西南氣流影響，近年來西南季風(fēng)偏弱，云量較少，同時受到近年來西南大旱天氣背景的影響，近年來降水量有所減少；②隨著城市化的發(fā)展，城市人口和城市工業(yè)總產(chǎn)值不斷增多，人類活動及工業(yè)發(fā)展對周圍氣候環(huán)境會產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響到城市降水量。

4.4 影響昆明市降水量月變化因素分析

近50年來昆明市月降水量分布變化表現(xiàn)為，雨季（5～10月）降水量多，干季（11月至次年4月）降水量少，月平均降水量最大值為200 mm，出現(xiàn)在7月，月平均降水量最小值為20 mm，出現(xiàn)在2月。出現(xiàn)這樣月降水量的分布變化原因如下：①同樣受到大背景氣候條件的影響，雨季主要受西南季風(fēng)的影響，隨之帶來的是相對濕度較大的暖濕氣流，降水多集中在5～10月；同時位于西南面的滇池，對增加空氣相對濕度有一定幫助，從而使雨季降水較多。②干季吹偏西風(fēng)，風(fēng)從內(nèi)陸吹來，空氣干燥，相對濕度較小，使得昆明市干季降水量較少。

4.5 昆明市城市和郊區(qū)降水量差異成因分析

通過上述分析得出，昆明市降水量大于郊區(qū)，同時，其下風(fēng)向郊區(qū)嵩明降水量有增多的趨勢。其主要原因是：①城市由于有熱島效應(yīng)，空氣層結(jié)不穩(wěn)定，有利于產(chǎn)生熱力對流，當(dāng)城市中水氣充足時，容易形成對流云和對流性降水。②隨城市化推進(jìn)而出現(xiàn)的高大建筑物，能引起機(jī)械湍流，對氣流有阻礙作用，降水系統(tǒng)在城市的滯留時間增長，使降水強(qiáng)度增強(qiáng)，降水量增加。③隨著城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，能源和物資消耗也相應(yīng)增長，城市空氣細(xì)顆粒懸浮物隨之增加，排污加劇，空氣質(zhì)量下降，粉塵等固體顆粒物大量增多，再加上城市熱島環(huán)流將郊區(qū)的粉塵也帶到了城市，從而使城市大氣渾濁度上升，城市渾濁島效應(yīng)越來越明顯，這一方面的作用使城市凝結(jié)核增多，進(jìn)而使城市降水量比郊區(qū)多。

5 小結(jié)

昆明市的年降水量變化總體上呈現(xiàn)波動且略微下降趨勢；季節(jié)變化大，干濕季分明，5～10月為雨季，降水多，11月至次年4月為干季，降水較少。

昆明市城市降水量高于郊區(qū)，降水量在昆明市中心及其下風(fēng)方向有明顯增加的趨勢，昆明市城市發(fā)展有使其市中心及其下風(fēng)方向降水增多的作用。

城市降水量受到人文因素和自然因素的共同影響，通過對選取的人文和自然因素進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)度計算得出，人文因素影響程度排序為年末人口總量>建成區(qū)面積>綠地面積>工業(yè)總產(chǎn)值。自然因素影響程度排序為年均相對濕度>云量>年平均氣溫>年平均風(fēng)速。

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