薛 超

(遼寧省遼陽水文局，遼寧 遼陽 111000)

0 引 言

區(qū)域大氣降水受城市化發(fā)展的影響顯著，對降水時空分布受城市化發(fā)展的影響研究可為城市防洪預(yù)警及城市發(fā)展規(guī)劃提供重要的決策依據(jù)。通過氣候變化改變降水分布為城市化發(fā)展影響的主要途徑，如含微粒、二氧化碳等氣體較多的城市空氣和煙霧，會對地面長波輻射的吸收產(chǎn)生一定的阻礙作用；城市中存在大量的人工熱源，加之能夠吸收較多太陽輻射能和熱傳導(dǎo)率較高的城市下墊面，使得城區(qū)氣溫遠遠高于附近的郊區(qū)，即“熱島效應(yīng)”十分明顯。熱島效應(yīng)能夠為熱力對流創(chuàng)造良好的條件，從而產(chǎn)生不穩(wěn)定的空氣結(jié)構(gòu)，在城市水氣充足的情況下易產(chǎn)生對流性降水和對流云，因此相對于其他地區(qū)城市降水量一般較高，提高約10%。目前，定性比較或理論分析為降水時空分布受城市化發(fā)展研究的主要方法，也有研究從某一方面定量分析了區(qū)域降水與城市化發(fā)展之間的變化關(guān)系，但其系統(tǒng)性和實用性較低。鑒于此，文章以遼陽市為例，對該區(qū)域2008-2018年的城市化發(fā)展水平從社會、經(jīng)濟、生活、人口4個子系統(tǒng)進行分析，并對城市降水時空分布受各項城市化指標(biāo)的影響利用偏微分鏈?zhǔn)椒▌t進行定量的分析，以期為該區(qū)域水文水資源預(yù)測及城市化發(fā)展提供一定評判依據(jù)[1-4]。

1 研究方法

1.1 區(qū)域概況

遼陽市屬于沈陽經(jīng)濟區(qū)副中心城市，介于E122°35'-123°40'，N40°42'-41°36'，下轄5個區(qū)、1個縣和1個縣級市，總面積面積4744km2。該區(qū)域為濕潤、半濕潤季風(fēng)氣候，境內(nèi)氣候特征因地貌形態(tài)的差異各不相同，其中降水量最大的區(qū)域位于東部的低山丘陵區(qū)，氣候特征為夏季多大雨、暴雨，冬季氣溫低且實踐較長，年均降水量在800-900mm；北部丘陵平原地帶的降水量較少處于500-700mm，氣候特征為夏季多大風(fēng)、冬季氣溫低且嚴(yán)寒期長；西部沿河平原區(qū)降水量約為600-800mm，氣候特征為冬季氣溫低、夏季溫度高，屬于較強的大陸性氣候。境內(nèi)大小河流縱橫交錯，其中流程在10km以上的河流29條，5km以上的約86條，這些大小河流構(gòu)成了渾河、太子河兩大水系。近年來，隨著經(jīng)濟的發(fā)展、人口規(guī)模的擴大以及城市化進程的加快，各業(yè)用水量急劇增加，水資源供需緊張及時空分布不均衡等問題突出，關(guān)于降水時空分布與該地區(qū)城市化發(fā)展關(guān)系的研究鮮有報道[5-8]。

1.2 城市化發(fā)展水平

通常采用不同的指標(biāo)來反映城市化發(fā)展水平，較為常用的服務(wù)業(yè)與工業(yè)所占比例、建設(shè)用地面積、非農(nóng)業(yè)人口等指標(biāo)。然而，這些指標(biāo)往往是從一個側(cè)面表征城市化水平，而無法系統(tǒng)、全面的體現(xiàn)其發(fā)展?fàn)顩r。因此，文章對遼陽市城市化發(fā)展水平考慮選用陸華山等[9]提出的功效系數(shù)法評價，該方法是一種多因素、多層次定量分析法，在商業(yè)趨勢預(yù)測、經(jīng)營水平及服務(wù)質(zhì)量評價等領(lǐng)域已得到廣泛的應(yīng)用。借鑒王美娜等[10]研究資料構(gòu)建城市化發(fā)展評價體系，在遵循系統(tǒng)性、科學(xué)性、獨立性、代表性及可行性等原則的基礎(chǔ)上，考慮從社會、經(jīng)濟、人口和生活4個子系統(tǒng)選擇評判指標(biāo)，梯階層次結(jié)構(gòu)及各參數(shù)權(quán)重，城市化發(fā)展綜合評判體系見表1。選擇遼陽市社會發(fā)展統(tǒng)計公報、統(tǒng)計年鑒及相關(guān)資料作為各數(shù)據(jù)的獲取來源。

表1 城市化發(fā)展綜合評判體系

1.3 降水時空分布影響分析

將降水時空分布受城市化發(fā)展的影響分為定量計算和定性分析2個方面，其中定量計算是對各項評價指標(biāo)對降水變化的貢獻率利用蔣懿等提出的偏微分鏈?zhǔn)椒▌t進行計算，而定性分析主要通過分析降水變化受城市化發(fā)展的影響特征，從而確定二者之間的作用懸系。采用該方法分析降水時空變化特征，其表達式如下：

(1)

式中：F1、F2、F3、F4分別為人口、經(jīng)濟、生活與社會子系統(tǒng)對降水時空分布影響的貢獻率；P為區(qū)域降水量。

根據(jù)偏微分方程的定義可將降水量變化率以等式左端表示，而P受影響因子F1的影響利用等式右端第1項表示，依次類推反映其他各因子的影響作用。

2 結(jié)果分析

2.1 遼陽市城市化發(fā)展進程

對2008-2018年遼陽市城市化發(fā)展水平利用表1中各參評指標(biāo)和功效系數(shù)法進行評價，2008-2018年城市化發(fā)展水平，見圖1。從圖1可以看出，遼陽市城市化水平在人口子系統(tǒng)中表現(xiàn)出緩慢的增大趨勢，這主要與該區(qū)域人口流失與老齡化等問題相關(guān)，另外嚴(yán)格的戶籍管理對城市化發(fā)展也產(chǎn)生一定的影響。2008-2013年遼陽市經(jīng)濟發(fā)展子系統(tǒng)呈快速上升趨勢，但增長速率在2014年受產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級、金融危機等因素影響有所降低。經(jīng)濟指標(biāo)的變化速率與生活方面保持較好的一致性，其原因為經(jīng)濟狀況對居民生活和消費支出的影響較為突出，進一步分析發(fā)現(xiàn)經(jīng)濟指標(biāo)略低于生活方面的指標(biāo)，由此表明該地區(qū)由以前的保守消費觀念逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榉e極的消費觀念。2011-2012年葫蘆島市的社會子系統(tǒng)增長較快，這主要與該時期投資建設(shè)了大規(guī)模的基礎(chǔ)項目，隨后其增長速率逐漸放緩，其原因為基礎(chǔ)設(shè)施逐漸完善，投資建設(shè)工程有所減少?？傮w而言，在2008-2018年遼陽市的城市化水平逐漸增大，年平均城市化指數(shù)為0.0048。

圖1 2008-2018年城市化發(fā)展水平

2.2 降水量時空分布

2008-2018年城市化發(fā)展水平，見圖2。從圖2可以看出，各地區(qū)的降水量變化特征均表現(xiàn)出波動型增大趨勢，變化規(guī)律基本相同，研究期間的降水分布未產(chǎn)生較大的改變，不同地區(qū)的降水量不盡相同。對燈塔市、遼陽縣及市區(qū)年均降水量進行計算，結(jié)果分別為592、571、685mm，在空間分布上降水總量呈自西北向東南遞增的趨勢。遼陽市年均降水量在研究期間內(nèi)為571mm，基于趨勢線的變化斜率為25.06，可見遼陽市總體降水量在研究期間內(nèi)呈不斷增大趨勢。

圖2 2008-2018年城市化發(fā)展水平

2.3 城市化對降水時空分布的影響

遼陽市各地區(qū)的降水空間分布特征基本一致，由此可認為該地區(qū)的降水空間分布受城市化發(fā)展的影響較低，當(dāng)?shù)亟邓臅r間變化可依據(jù)權(quán)值平均值相關(guān)數(shù)據(jù)進行分析。遼陽市城市化發(fā)展水平在時間分布方面整體表現(xiàn)出增大趨勢，相應(yīng)的降水量也呈逐漸增大趨勢，從“熱島效應(yīng)”的角度可認為遼陽市降水量的增加在很大程度上取決于城市化發(fā)展水平。遼陽市城市化綜合指數(shù)在2008-2018年期間的年均增長率為1.6%，降水量年均增長約25.076mm，由此可推導(dǎo)出該區(qū)域每增加1個百分點的城市化水平，所增大的降水量約16.5mm。

對降水量變化受城市化發(fā)展各項指標(biāo)的影響利用偏微分鏈?zhǔn)椒▌t進行計算分析，從而確定各參數(shù)對降水影響的程度，降水變化受城市化發(fā)展各指標(biāo)的影響程度，見表2。從表2可以看出，不同時間段的降水量變化受社會、生活、經(jīng)濟與人口的影響程度存在一定差異，這不僅與降水變化受城市化發(fā)展的影響機理比較復(fù)雜相關(guān)，而且與存在較大不穩(wěn)定性的城市化發(fā)展因素相關(guān)。因此，有必要對各指標(biāo)的綜合影響能力及其對城市化的平均貢獻率進行計算，社會、生活、經(jīng)濟、人口子系統(tǒng)的計算值依次為28.15、24.26、25.28、22.34,。所以，按照由小到大的次序確定降水時空分布受各指標(biāo)的影響程度，依次為人口、生活、經(jīng)濟和社會指標(biāo)。

表2 降水變化受城市化發(fā)展各指標(biāo)的影響程度

3 結(jié) 論

遼陽市降水量空間分布受城市化發(fā)展的影響程度較低，2008-2018年各地區(qū)的降水量均表現(xiàn)出明顯的增大趨勢；遼陽市每增加1個百分點的城市化發(fā)展水平，增加的降水量約為16.5mm。遼陽市降水量變化受社會指標(biāo)的影響最為顯著，其次為生活與經(jīng)濟指標(biāo)，而人口子系統(tǒng)在城市化發(fā)展指標(biāo)體系中的貢獻率最低。文章僅考慮了降水變化受城市化發(fā)展的影響，為更加系統(tǒng)科學(xué)的反映降水量變化作用機理未來仍需要進一步研究其他因素的影響作用，從而提高評價結(jié)果的可靠性與準(zhǔn)確度。