譚詩(shī)琪 范嘉智 張弘豪

摘要：利用1970—2016年長(zhǎng)沙站的氣象數(shù)據(jù)研究了長(zhǎng)沙城市發(fā)展對(duì)局地氣候的影響。發(fā)現(xiàn)近年來長(zhǎng)沙市冷暖變化加劇，年平均氣溫、地面最高溫度呈增加趨勢(shì)，高溫日數(shù)增多，高溫?zé)崂爽F(xiàn)象明顯；雨季降水量呈增加趨勢(shì)；最大風(fēng)速呈下降趨勢(shì)；能見度小于1 km的概率在近兩年內(nèi)急速增加，霾日數(shù)已超過霧日數(shù)，且呈增加趨勢(shì)。表明城市化發(fā)展導(dǎo)致的熱島效應(yīng)、凝結(jié)核增加、土地利用變化及工業(yè)化加快等對(duì)氣候造成了很大的影響，因此在發(fā)展城市建設(shè)的同時(shí)，要關(guān)注城市發(fā)展對(duì)氣候的影響。

關(guān)鍵詞：城市發(fā)展；氣候變化；影響

中圖分類號(hào)：P467 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：0439-8114（2018）16-0047-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.16.011 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

The Characteristics of Climate Change under the Background of

Urbanization in Changsha

TAN Shi-qi1，F(xiàn)AN Jia-zhi2，ZHANG Hong-hao3

（1.Hunan Meteorological Service Centre，Changsha 410118，China；2.China Meteorological Administration Training Centre Hunan Branch， Changsha 410125，China；3.Yangjiang Meteorological Bureau，Guangdong Province，Yangjiang 529500，Guangdong，China）

Abstract： Influence on local climate in Changsha by urban development had been studied with the 1970—2016 meteorological data of Changsha station， which found the changes in heating and cooling had intensified in recent years， the annual mean temperature and the highest ground temperature showed an increasing trend， high temperature days had increased， and the heat wave phenomenon was obvious； The precipitation in the rainy season was increasing； The maximum wind speed was decreasing； The probability of visibility less than 1 km had increased rapidly in the past two years， the number of haze days had exceeded the number of foggy days， and which was increasing. It was indicated that the heat island effected， the increase of condensation nucleus， the change of land use and the accelerated industrialization of urbanization had a great impact on the climate， therefore， while developing urban construction， influence of urban development on climate should be paid more attention.

Key words： urban development； climate change； influence

大規(guī)模城市化（城市群）是中國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)力和重大戰(zhàn)略[1]。《中國(guó)城市狀況報(bào)告2014—2015》指出，中國(guó)城市人口在2011年超過了農(nóng)村人口，這是數(shù)千年歷史上的第一次，標(biāo)志著中國(guó)的城鎮(zhèn)化已經(jīng)處于一個(gè)全新的發(fā)展階段。當(dāng)前中國(guó)城鎮(zhèn)化水平已跨越50%的歷史性門檻，正步入轉(zhuǎn)型發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期。并強(qiáng)調(diào)城鎮(zhèn)化是現(xiàn)代化建設(shè)的主要內(nèi)容，要堅(jiān)持工業(yè)化、信息化、城鎮(zhèn)化和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化同步，保持城鎮(zhèn)化發(fā)展速度與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展水平相匹配。以全面建設(shè)小康社會(huì)、實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化為總體目標(biāo)，強(qiáng)化產(chǎn)業(yè)支撐，保持城鎮(zhèn)人口和產(chǎn)業(yè)聚集同步[2]。隨著城市的加速發(fā)展、工業(yè)化的加快，城鎮(zhèn)化水平得到提升，但與此同時(shí)，城市的發(fā)展對(duì)氣候也會(huì)帶來巨大的影響。長(zhǎng)沙市隨著城市規(guī)模的不斷發(fā)展，城市氣候效應(yīng)日趨明顯。

1 資料來源

利用長(zhǎng)沙市氣象站1970—2016年47年的氣象資料進(jìn)行研究分析，以探究長(zhǎng)沙城市發(fā)展對(duì)氣候的影響。

2 城市化氣候變化

2.1 氣溫

溫度的升高不僅直接影響溫度極端值的變化，而且導(dǎo)致高溫干旱和暴雨洪澇等極端氣候事件的發(fā)生頻率與強(qiáng)度出現(xiàn)加劇的趨勢(shì)[3]。隨之而來的極端氣溫事件的頻繁發(fā)生，給社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和人民生活造成了嚴(yán)重的影響和損失[4，5]。湖南地理位置特殊，呈東西走向的南嶺山脈橫亙?cè)诤虾蛢蓮V的邊界上，它的存在對(duì)湖南氣候有著重要影響，夏季盛行的偏南風(fēng)在翻越南嶺山脈時(shí)產(chǎn)生的焚風(fēng)效應(yīng)，對(duì)湖南夏季的炎熱高溫有著加強(qiáng)作用。再加上城市化速度加快、城市建筑群密集、汽車尾氣排放量增加等因素，使得長(zhǎng)沙城區(qū)內(nèi)部?jī)?chǔ)存了較多的熱量，導(dǎo)致氣溫升高。因此研究長(zhǎng)沙市氣溫的變化特征有著重要意義。

2.1.1 城市氣溫異常變化特征的分析 1970—2016年氣溫年極差的5年滑動(dòng)平均序列曲線見圖1。由圖1可以看出，從20世紀(jì)70年代至今，氣溫年極差的變化趨勢(shì)為21世紀(jì)前減少，21世紀(jì)后增加，21世紀(jì)后氣溫年極差起伏較前期更劇烈，表明21世紀(jì)后氣溫的冷暖變化有加劇的趨勢(shì)。

2.1.2 城市年平均氣溫變化特征分析 在分析年平均氣溫變化特征時(shí)，為了消除短波的干擾，可對(duì)年平均氣溫進(jìn)行多年滑動(dòng)濾波，濾波后的長(zhǎng)沙市年平均氣溫的變化曲線見圖2。由圖2可以看出，整體上看呈兩峰兩谷型，波峰出現(xiàn)在1979和2008年，其值分別為17.2和18.5 ℃；波谷出現(xiàn)在1984和2011年，分別為16.8和18.1 ℃，且1984—2008年一直呈上升趨勢(shì)，從近期趨勢(shì)來看，又將呈上升趨勢(shì)，平均氣溫又將迎來新一輪升高。

2.1.3 城市地面最高氣溫變化特征分析 為了解城市下墊面近47年的變化情況，分析地面最高氣溫，結(jié)果見圖3。由圖3可以看出，自20世紀(jì)70年代末至今，長(zhǎng)沙市地面最高氣溫呈波動(dòng)上升趨勢(shì)。除海拔、緯度等固定的因素外，人口密度、工業(yè)發(fā)展程度、森林覆蓋面積等直接影響了地面溫度的高低，表明城鎮(zhèn)化的加速發(fā)展使得城市熱島效應(yīng)加劇，地面溫度逐年上升。

2.1.4 城市日最高氣溫≥35 ℃日數(shù)變化特征分析 全球變暖，城市群加速發(fā)展，使得地面溫度升高，氣溫也會(huì)隨之升高，長(zhǎng)沙市1970—2016年日最高氣溫≥35 ℃總?cè)諗?shù)的5年滑動(dòng)平均序列見圖4。由圖4可以看出，21世紀(jì)之前，日最高氣溫≥35 ℃日數(shù)變化幅度較小，最大天數(shù)在25 d左右，21世紀(jì)后，呈迅速增加的趨勢(shì)，2013年已超過40 d，較21世紀(jì)之前多出了15 d以上。說明高溫持續(xù)天數(shù)愈加增多，高溫?zé)崂爽F(xiàn)象越發(fā)明顯。

2.2 降水

湖南省是洪澇災(zāi)害多發(fā)省份，僅以水災(zāi)為例，湖南省有水災(zāi)文字記載始于漢惠帝五年，自公元前190年至2002年間共有水災(zāi)記錄641年次。最近的500年里，湖南出現(xiàn)水災(zāi)456次，平均每百年就出現(xiàn)91次，同期出現(xiàn)全省性水災(zāi)67次/年，平均每百年有13.4次，尤其是洞庭湖區(qū)過去幾乎是“十年九災(zāi)”。因此，分析長(zhǎng)沙城市雨季降水量分布有著重要的意義。

2.2.1 城市雨季降水量特征分析 1970—2017年長(zhǎng)沙市雨季（4—6月）降水量5年滑動(dòng)平均演變特征見圖5。由圖5可以看出，長(zhǎng)沙市雨季降水量均在600 mm以上，最大值（850 mm）出現(xiàn)在1977年，最小值（604 mm）出現(xiàn)在1988年。20世紀(jì)70年代至90年代呈減少趨勢(shì)，20世紀(jì)90年代開始呈上升趨勢(shì)，到2005年前后開始減少，2010年后又開始增加，近年來增幅較大，出現(xiàn)洪澇次數(shù)增多，災(zāi)害加重，如2017年6月下旬的暴雨造成的損失巨大。

2.3 最大風(fēng)速

風(fēng)是最重要的氣象要素之一，隨著風(fēng)力發(fā)電的迅速發(fā)展，人們更重視風(fēng)速，特別是最大風(fēng)速的分布變化。風(fēng)也是生產(chǎn)建設(shè)規(guī)劃和設(shè)計(jì)中必須慎重考慮的氣象要素，所以正確分析年最大風(fēng)速分布特征有重要意義[6]。

2.3.1 城市年最大風(fēng)速特征分析 因1970—1979年缺少最大風(fēng)速觀測(cè)資料，故分析1980—2016年最大風(fēng)速變化趨勢(shì)。1980—2015年長(zhǎng)沙市年最大風(fēng)速5年滑動(dòng)平均演變情況見圖6。由圖6可以看出，長(zhǎng)沙市年最大風(fēng)速呈下降趨勢(shì)。除自然因素外，人類強(qiáng)迫是導(dǎo)致近數(shù)十年來風(fēng)速減小的重大原因之一，城市化效應(yīng)、土地利用變化、城市地表粗糙度增加等因子都會(huì)使風(fēng)速削減[7]。

2.3.2 城市最大風(fēng)速季節(jié)變化特征分析 長(zhǎng)沙市1980—2016年最大風(fēng)速四季的5年滑動(dòng)平均演變見圖7。由圖7可以看出，四季最大風(fēng)速均呈下降趨勢(shì)，其中夏季減少最快，秋季減緩最慢。全球變暖及土地利用變化都導(dǎo)致了2016年以來風(fēng)速呈不斷下降的趨勢(shì)。

2.4 能見度和霾、霧日數(shù)

2.4.1 城市能見度特征分析 能見度是反映大氣透明度的一個(gè)指標(biāo)。除受降水、霧、沙塵等天氣現(xiàn)象的自然因素影響之外，人為因素如污染物排放所造成的空氣污染等也對(duì)能見度有很大的影響。近年來，隨著全球經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，礦物燃料的迅猛應(yīng)用，使得大氣中因油、煤和廢棄物燃燒而產(chǎn)生的氣溶膠粒子數(shù)量明顯增加，造成大氣能見度下降且空氣混濁，因此低能見度污染問題受到人們的高度關(guān)注[8]。

1980—2016年長(zhǎng)沙市年能見度小于1 km的總概率5年滑動(dòng)平均變化趨勢(shì)見圖8。由圖8可以看出，能見度小于1 km的概率總體上呈下降趨勢(shì)，表明空氣在變得愈加渾濁。并且在2014年之后有一段明顯的上升，2016年能見度小于1 km概率高達(dá)71.5%，環(huán)境污染嚴(yán)重。

2.4.2 城市霾、霧日數(shù)特征分析 在眾多影響空氣能見度的因素之下，霾和霧是兩個(gè)關(guān)鍵的因子。其中大霧（或濃霧）是較常見的影響湖南的災(zāi)害性天氣之一，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，特別是交通、通訊的迅猛發(fā)展，大霧天氣對(duì)人們的影響日趨明顯，對(duì)高速公路的影響更加突出[9]。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工業(yè)化、城市化加快，空氣污染加劇，霾天氣明顯增多，出現(xiàn)霾天氣時(shí)，室外能見度降低，污染持續(xù)，對(duì)交通運(yùn)輸造成不利影響，同時(shí)還影響人們的身心健康[10]。

1970—2016年長(zhǎng)沙市霾和霧日數(shù)5年滑動(dòng)平均演變情況見圖9。由圖9可以看出，霾日數(shù)呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，且增長(zhǎng)較快，這與城市加速發(fā)展，工業(yè)化加快有密不可分的關(guān)系；霧日數(shù)在20世紀(jì)90年代以前呈現(xiàn)增長(zhǎng)的趨勢(shì)，在20世紀(jì)90年代之后呈減少趨勢(shì)，近年來大霧日呈現(xiàn)減少趨勢(shì)的原因可能與城市化和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展有關(guān)。

3 小結(jié)與討論

分析研究了近47年長(zhǎng)沙市各氣象要素及長(zhǎng)沙的城市發(fā)展對(duì)氣候的影響，得出如下結(jié)論。

1）長(zhǎng)沙市近年的冷暖變化有加劇態(tài)勢(shì)；地面最高氣溫呈上升趨勢(shì)；高溫日數(shù)增多，高溫?zé)崂爽F(xiàn)象明顯，近47年內(nèi)增多了約20 d。這是由于工業(yè)發(fā)展使得能源消耗劇增，大量的人為放熱量的增加會(huì)使城市熱島效應(yīng)加強(qiáng)。大氣污染物的增多使得市區(qū)上空形成一層塵蓋。夜晚，該塵蓋會(huì)削弱地面長(zhǎng)波輻射，增加大氣向地面的長(zhǎng)波逆輻射，使地面冷卻減弱，增強(qiáng)熱島效應(yīng)，使氣溫升高。

2）長(zhǎng)沙市雨季降水量近年來呈增加的趨勢(shì)，這是由于城市熱島效應(yīng)的增強(qiáng)使大氣層結(jié)的不穩(wěn)定性增強(qiáng)，將導(dǎo)致城市上空向上垂直運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)生，另外城市大氣污染的結(jié)果提供了足夠多的凝結(jié)核，這是有利于降水形成的因素。

3）長(zhǎng)沙市年最大風(fēng)速近47年呈下降趨勢(shì)；四季最大風(fēng)速均呈減小趨勢(shì)，并且夏季減小速率較大，秋季較??；這是由于氣候系統(tǒng)內(nèi)部的相互作用，以及人類活動(dòng)如城市化效應(yīng)、土地利用變化、風(fēng)電場(chǎng)效應(yīng)、城市地表粗糙度、人類排放導(dǎo)致的全球變暖等因素造成的。

4）長(zhǎng)沙市能見度小于1 km的概率近47年總體呈下降趨勢(shì)，但近兩年為增加趨勢(shì)，并且2016年概率高達(dá)70%以上，是往年的數(shù)倍；霾日數(shù)呈增加趨勢(shì)，并且增長(zhǎng)較快；霧日數(shù)在20世紀(jì)90年代以前呈增長(zhǎng)的趨勢(shì)，在20世紀(jì)90年代之后呈減少趨勢(shì)。且霾日數(shù)近年已超過了霧日數(shù)。霧的分布與地理因素有關(guān)，霾則是與城市工業(yè)化和污染排放有關(guān)，風(fēng)速的減小也有利于霾的形成與維持。

城市的氣候條件遭到改變與破壞會(huì)使城市氣象災(zāi)害愈加頻發(fā)，城市氣象災(zāi)害是天氣、氣象要素與城市系統(tǒng)相互作用和沖突的產(chǎn)物，當(dāng)氣象條件不利于城市系統(tǒng)的正常運(yùn)作時(shí)，就容易產(chǎn)生城市氣象災(zāi)害，這不僅對(duì)人們的健康和生命造成危害，還會(huì)損害城市環(huán)境及資源狀況，這并不利于城市化的發(fā)展，因而，大力推動(dòng)城市化進(jìn)展而忽視對(duì)環(huán)境的保護(hù)只會(huì)有害而無利。

雖然目前氣候主要受自然因子的影響為主，城市化發(fā)展對(duì)其影響的范圍較小，但是隨著時(shí)間推移，城市化進(jìn)程越來越快，城市發(fā)展對(duì)氣候的影響必然會(huì)更加明顯，因?yàn)槌鞘惺侨祟惢顒?dòng)中影響氣候最強(qiáng)烈的地區(qū)，包括下墊面影響、人類活動(dòng)、熱島效應(yīng)等。通過分析長(zhǎng)沙市近47年的氣候變化特征，研究城市發(fā)展對(duì)氣候的影響，在所得結(jié)果中可以看出，城市化已經(jīng)對(duì)氣候造成了較為明顯的影響，所以在制定城市發(fā)展規(guī)劃時(shí)，應(yīng)考慮到城市發(fā)展對(duì)氣候的不利影響，以趨利避害。

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