近30年城市化建設對濟寧區域氣候的影響

王曉默,張雅昕,董寧

1.山東濟寧市氣象局,山東濟寧272000

2.廣西桂林市氣象局,廣西桂林541001

近30年城市化建設對濟寧區域氣候的影響

王曉默1,張雅昕2,董寧1

1.山東濟寧市氣象局,山東濟寧272000

2.廣西桂林市氣象局,廣西桂林541001

本文利用1981～2010年濟寧及周邊3縣(兗州、汶上、嘉祥)臺站的氣候觀測資料，研究分析了濟寧城區、郊區的氣溫、降水量、相對濕度、風速的變化趨勢和特點。在此基礎上，探討了城市化建設對濟寧區域氣候變化產生的影響。研究發現:1)近30年來，濟寧平均氣溫、平均最高氣溫，平均最低氣溫和降水量均呈上升趨勢，且四季變化與年際變化基本一致，同時，濟寧郊區的上升幅度均大于城區的上升幅度。2)濟寧年相對濕度、平均風速整體均呈下降趨勢，郊區下降的幅度大于城區下降的幅度，濟寧城郊相對濕度差異逐漸縮小，暖干效應日益顯著。濟寧城市化發展對區域局地氣候產生了重要影響，尤其是近年來對郊區氣溫影響顯著。另外，城市化進程對平均氣溫、風速的影響比其對相對濕度、降水量的影響更為顯著、直接。

城市化;區域氣候;季節變化

近百年來，全球氣候呈現變暖趨勢，并得到了世界各國的廣泛關注。據政府間氣候變化專門委員會(IPCC)第三次評估報告，從1861年到現在,地球表面平均氣溫大約升高了0.6±0.2℃[1],這主要是由于城市人口增加、建筑物密度增加、道路硬化,以及大量向大氣中排放溫室氣體,導致城市熱島強度增加[2]。國內外學者對城市化發展對區域氣候的影響做了很多研究，Peterson等[3]研究了全球農村氣溫變化趨勢，Jones等[4]評估了城市化對大陸氣溫序列的影響；趙宗慈[5]研究了近39年中國的氣溫變化以及城市化的影響；唐國利等[6]研究了近44年南京溫度變化特征,通過不同類型城市間溫度變化的差異反映了城市化影響的復雜性；車慧正等[7,8]研究了近50年西安氣候演變趨勢和城市化對西安局地氣候影響；周淑貞[9]研究了上海城市發展對氣溫的影響；林學椿等[10-12]研究了1951～1989年我國氣候變化，北京地區溫度的年代際變和熱島效應及北京城市化與熱島強度的關系。

濟寧市區坐落于泰沂山脈南麓，全市地形以平原洼地為主，地勢東高西低，地貌較為復雜。隨著城市的工業迅速發展，城市規模不斷擴大，由此造成城市氣候效應愈加顯著。本文利用濟寧城郊測站1980～2010年的氣候資料，探討了近30年來濟寧城市化發展對區域局地氣候的影響。研究城市化發展對全球氣候的影響，尤其是對區域氣候的影響，對城市發展規劃及經濟、社會等可持續發展有著重要的意義。

1 資料和方法

選取1980～2010年濟寧及區縣(兗州、汶上、嘉祥)臺站的氣溫、降水量、相對濕度、平均風速氣候觀測資料。濟寧市國家氣象站位（35°26′N，116°36′E）于濟寧市主城區范圍內，氣溫資料能較好的代表濟寧市城市氣溫。兗州站（35°34′N，116°51′E）、嘉祥站（35°25′N，116°29′E）和汶上站（35°42′N，116°20′E）比鄰濟寧東北部、西部和西北部，與濟寧市主城區經緯度相近，緊鄰濟寧郊區，且地方經濟發展、城市建設規模等與濟寧郊區相當，因此取三站資料的平均值代替郊區氣候資料。

氣候資料處理上，按照氣候學上常用的方法進行季節劃分,即春季3～5月，夏季6～8月，秋季9～11月，冬季12～2月，對各氣候要素量進行年平均和季節平均,形成相應的資料序列，分析其變化趨勢。

2 結果分析和討論

2.1 氣溫

2.1.1 平均氣溫圖1是1981～2010年濟寧城區和郊區平均氣溫的年際變化曲線。從圖1可以看到，近30年來，濟寧城區、郊區年平均氣溫均呈現上升趨勢。30年來，濟寧城區、郊區平均氣溫增溫均超過1℃，增暖幅度分別大約為0.35/10 a和0.38/10 a。濟寧較高的氣溫增幅,更多還是來源于濟寧城市化發展的影響[10]。尤其是2000年以后濟寧郊區氣溫的急速上升，與濟寧逐步將重工業污染企業從城區遷至郊縣的時間相吻合。

圖1 1981～2010年濟寧城區和郊區平均氣溫的年際變化曲線Fig.1Annual change of average temperature in urban and suburbs of Jining from 1981 to 2010

圖2給出了1981～2010年濟寧春、夏、秋、冬四季的平均氣溫變化?？梢钥闯觯荒曛袧鷮幊墙季憩F為：冬季、春季增暖幅度最大(城區分別為0.52/10 a和0.42/10 a；郊區分別為0.61/10 a和0.53/10 a)，秋季次之(城區、郊區分別為0.28/10 a和0.32/10 a)，夏季最弱(城區、郊區均為0.12/10 a)。盡管整體氣溫城區仍然要高于郊區，但除夏季外，郊區增暖趨勢均大于城區，尤其是春季和冬季。與年平均氣溫類似，濟寧四季氣溫的變化趨勢，尤其是郊區2000年后的顯著增溫突變，與濟寧城市工業發展與污染企業的遷址相對應。另外，從整體趨勢變化上看，濟寧20世紀80年代氣溫開始增暖，進入90年代后，濟寧城郊平均氣溫顯著上升，這與山東地區平均氣溫變化趨勢相吻合[13]。

圖2 1981～2010年濟寧四季平均氣溫的年變化Fig.2Annual variation of average temperature in the four seasons in Jining from1981 to 2010

2.1.2 濟寧郊區增溫超過城區的可能原因分析研究表明濟寧郊區平均氣溫增暖趨勢超過城區，這可能有以下兩方面的原因。

1)與20世紀90年代后期開始濟寧郊區城市化進程不斷加快,郊區及衛星城的建立以及近年來濟寧將絕大多數工業企業從城區逐漸遷移至郊區，企業的外遷,伴隨著的熱量釋放也轉移至郊區；

2）近年來，濟寧城區加大綠化及環境治理，城區一方面缺少了氣溫增暖的熱源,另一方面政府大力進行環境綠化,減緩了城區氣溫的增長趨勢。范麗雅等[14]的工作也證實了當城區加強綠化后絕大部分范圍的氣溫會出現明顯下降,尤其城區下風向處降溫幅度最大。

3）隨著郊區城市建設的快速發展，郊區大氣中灰霾、浮塵的增長率大于城區，空氣中的灰霾、浮塵顆粒散射了部分地面長波輻射，致使地面熱量不易擴散。

2.1.3 平均最高、最低氣溫比較圖3是濟寧平均最高、最低氣溫隨時間的演變曲線。近30年來，濟寧城區和郊區最高氣溫的增幅幾乎一樣，分別為0.27/10 a和0.25/10 a；而最低氣溫城郊差異顯著，城區為0.39/10 a，郊區為0.55/10 a。與城區、郊區平均氣溫0.35/10 a和0.38/10 a相比，最高氣溫增幅明顯偏小，最低氣溫增暖效果顯著，尤其是郊區平均最低氣溫增幅遠大于城區平均氣溫增暖幅度。從圖1和圖3中可以看出，較大的增暖趨勢主要從20世紀90年代末開始，與濟寧城市化進程加速相對應。由此可知，城市化發展對最低氣溫的變化影響最大，其次是平均氣溫，對最高氣溫影響最弱。

圖3 1981～2010年濟寧平均最高、最低氣溫的年際變化Fig.3Annual variation andtrendof averaged maximum andminimum temperatureinurbanandsuburbof Jiningfrom 1981 to2010

2.2 降水量

1981～2010年間，濟寧城區、郊區年降水量均有增多的趨勢,分別為6.4 mm/a和9.4 mm/a(見圖4)。從年際變化上看，20世紀80年代到90年代濟寧城區、郊區平均降水量相對較少，90年代到21世紀初期降水量波動較大，2003年以后，濟寧城郊、郊區的降水量整體數量上略有增加。

由圖4還可以看出，濟寧降水量的增加率郊區遠大于城區，特別是最近幾年，這與濟寧市的城市化進程相一致。與濟寧年平均氣溫年際變化圖相比較，濟寧城區、郊區降水量變化與平均氣溫變化有較好的正相關關系。當氣溫增暖時，降水量也有所增加。

圖4 1981～2010年濟寧城區和郊區降水量的年際變化曲線Fig.4Annual change of average precipitation in urban and suburbs of Jining from 1981 to 2010

圖5給出了濟寧城郊降水量30年的季節變化。從圖中可以看到，濟寧城區、郊區的降水量的變化和年際變化一樣呈現單一的遞增趨勢。其中，冬、春、夏三季降水量呈遞增趨勢明顯。此外，一年中濟寧城郊均表現為：冬、春、秋季郊區降水量的增加率大于城區，(城區降水量的增加率分別為0.6 mm/10 a、1.2 mm/10 a和0.0 mm/10 a；郊區降水量的增加率分別為1.1 mm/10 a、2.1 mm/10 a和0.3 mm/10 a)，夏季城區和郊區的降水增加量基本持平，均為2.2 mm/10 a。除夏季外，郊區降水量的增加趨勢均大于城區。

與平均氣溫的四季變化相比較，基本上符合氣溫增加時降水量就增加的一般規律。但是，降水量增加的幅度并不是與氣溫增加幅度相對應。以冬季最為明顯，城郊平均氣溫增暖最大，相應的降水量增幅卻不是最大。

上述現象的出現有以下三個原因：

1）降水所需的凝結核大大增加，導致在同樣的水汽條件下，增加了降水的可能性。

2）快速城市擴張導致郊區的氣溶膠粒子和水汽凝結核急速增加，而城區的綜合環境整治減緩了城區內凝結核的增加速度，導致郊區的的降水量增加率大于城區。

3）城市化的發展能使移速緩慢的降水系統移速減小，使雨量增加。

此外，降水量季節變化的復雜多變，其很大程度上受到全球氣候背景的影響，區域局地氣候的變化對降水形成的作用并不是決定因素。這也說明了城市化發展就局地而言，其發展對降水量的影響要遠小于對平均氣溫的影[15]。

圖5 1981～2010年濟寧四季降水量的年變化Fig.5Annual variation of average precipitation in the four seasons in Jining from1981 to 2010

2.3 相對濕度

圖6是濟寧城區、郊區30年相對濕度的年際變化曲線。不難看出，濟寧城區、郊區1981～2010年相對濕度有相同的年際變化趨勢，均呈現減少趨勢，城、郊年平均相對濕度遞減率分別為-0.39%/10 a和-0.48%/10 a。20世紀80年代，濟寧城區、郊區平均相對濕度在65%左右作小范圍浮動，兩者差距不大；90年代初期到20世紀末城區相對濕度顯著減少；此后，濟寧郊區的平均相對濕度呈現明顯的下降趨勢，城區相對濕度略有增加，兩者差距再次縮小。這與近年來濟寧城市的快速擴張和政府致力于城市綠化有很大關系。據國內外研究結果顯示，綠化能使相對濕度增加3%～12%[16]。

圖6 1981～2010年濟寧城區和郊區相對濕度的年際變化曲線Fig.6Annual change of relative humidity in urban and suburbs of Jining from 1981 to 2010

圖7給出了濟寧城區、郊區30年相對濕度的季節變化曲線。其中，相對濕度在春季(城區:-2.1%/10 a，郊區:-2.4%/10 a)和秋季(城區:-3.5%/10 a，郊區:-4.1%/10 a)減幅最大。春、夏、秋、冬四季相對濕度的年代變化與年平均相對濕度的變化趨勢一樣，但起伏更大一些。同樣,受到濟寧綠化面積的逐漸增加，近年來濟寧四季的相對濕度均呈現輕微上揚之勢。

整體而言，相對濕度和平均氣溫呈現負相關。即氣溫升高，相對濕度下降；反之亦然。圖6和圖7均顯示：自21世紀初開始，城郊相對濕度在降低的同時，其差距逐漸縮小，這說明濟寧市的快速城市化使郊區的溫度升高，熱島效應的范圍向郊區擴展，造成郊區相對濕度持續降低且降低速度高于城區。結合同時期相應的平均氣溫不斷增暖的趨勢，這也就意味著，2000年代后濟寧城區和郊區正逐步暖干化，還需進一步加大城市綠化和環境治理。

圖7 1981～2010年濟寧相對濕度的季節變化Fig.7Annual variation of relative humidity in the four seasons in Jining from1981 to 2010

2.4 風速

1981～2010年濟寧城區、郊區平均風速均顯著減小，其減幅分別為-0.15 m/s/10 a和-0.19 m/s/10 a(見圖8)。郊區的降幅遠大于城區，這與濟寧城市的快速擴張有很大關系。圖9給出了濟寧城區和郊區平均風速的四季變化。與年際變化一樣，四季的平均風速均呈下降趨勢。其中，春季(城區:-0.18 m/s/10 a，郊區:-0.22 m/s/10 a)、夏季(城區:-0.17 m/s/10 a，郊區:-0.20 m/s/10 a)和秋季(城區:-0.18 m/s/10 a，郊區:-0.20 m/s/10 a)平均風速減幅較大。城區平均風速與郊區平均風速相比較，可以發現2000年之前濟寧城區和郊區季節平均風速基本一致，2000年之后郊區平均風速急劇減小。

圖8 1981～2010年濟寧城區和郊區平均風速的年際變化曲線Fig.8Annual change of wind velocity in urban and suburbs of Jining from 1981 to 2010

圖9 1981～2010年濟寧平均風速的季節變化Fig.9Annual variation of wind velocity in the four seasons in Jining from1981 to 2010

出現這種現象的原因就在于濟寧城區城市化發展過程中，大量高大建筑物的修建和其他人類活動，改變了城區下墊面的性質，加大了風阻，直接對風速產生了顯著的影響。

將圖8與圖1,4,6相比較可以發現，1981～2010年這30年間，濟寧城區、郊區平均風速和平均氣溫均呈現顯著變化趨勢，相對濕度變化幅度緊跟其后，年降水量的變化最小。剔除全球增溫背景的影響，上述現象顯示:氣象要素量在城市化發展對區域局地氣候影響的響應上，平均氣溫和平均風速對城市化進程對區域局地氣候的影響效應更為敏感、更為直接。

3 結論

通過對濟寧1981～2010年氣候資料的分析,可以得出如下結論:

1)近30年來，濟寧城區和郊區的平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫均呈現顯著升高趨勢。濟寧城郊春季和冬季增暖最大，秋季次之，夏季最小；城郊平均最低氣溫變化幅度超過平均氣溫，最高氣溫增加趨勢最弱。此外，研究還發現，除夏季外，濟寧郊區增暖趨勢均高于城區增暖趨勢。這表明，城市化發展對最低氣溫的變化影響最大，其次是平均氣溫，對最高氣溫影響最弱。郊區城市化進程已經對郊區局地氣候產生了較大影響。

2)濟寧城區和郊區30年來降水量整體呈上升趨勢，且郊區的增加率遠大于城區，四季變化與年際變化一致。這可能與濟寧快速的城市擴張導致空氣中氣溶膠顆粒物增加，凝結核增多和郊區溫度升高較快，大氣層結變的不穩定，有利于熱對流雨的形成以及城市的快速發展使得下墊面變的參差不齊，對氣流形成阻礙效應有關。

3)濟寧城區、郊區平均相對濕度、平均風速整體也呈下降趨勢。其季節變化與年際變化趨勢一致。濟寧城郊相對濕度差異逐漸縮小，暖干效應日益顯著。

4)通過對濟寧城郊多個氣象要素的分析，可以看到，城市化進程對區域的平均溫度、平均風速影響顯著，對相對濕度影響次之，對降水量影響最小。也就是說，平均氣溫、平均風速對城市化發展對區域局地氣候影響的響應更敏感。

[1]Houghton JT.Intergovernmental Panel on Climate(IPCC).Third Assessment Report,Climate Change 2001:The Scientific Basis[C].New York:Cambridge Univ Press,2001

[2]呂麗芬,馬鵬程.蕪湖市城市化氣候變化特征分析[J].資源與環境,2010,26(1):52-55

[3]Peterson TC,Gallo KP,Lawrimore J,et al.Global ruraltemperature trends[J].Geophysical Research Letters,1999,26(3):329-332

[4]Jones PD.Assessment of urbanization effects in time aeries of surface air temperatures over land[J].Nature,1990,347(4):169-172

[5]趙宗慈.近39年來中國的氣溫變化與城市化影響[J].氣象,1991,17(4):14-17

[6]唐國利,丁一匯.近44年南京溫度變化的特征及其可能原因的分析[J].大氣科學,2006,30(1):56-68

[7]車慧正,張小曳,李楊,等.過去50年西安氣候演變趨勢的研究[J].干旱區資源與環境,2005,19(7):96-100

[8]車慧正,張小曳,李楊,等.近50年來城市化對西安局地氣候影響的研究[J].干旱區理,2006,29(1):53-58

[9]周淑貞.上海城市發展對氣溫的影響[J].地理學報,1983,38(4):397-405

[10]林學椿,于淑秋.近40年我國氣候趨勢[J].氣象,1990,16(10):16-22

[11]林學椿,于淑秋.北京地區溫度的年代際變化和熱島效應[J].地球物理學報,2005,48(1):39-45

[12]林學椿,于淑秋,唐國利.北京城市化與熱島強度關系的研究[J].自然科學進展,2005,15(7):882-886

[13]廉麗姝,李為華,朱平盛.山東省近40年氣候變化特征[J].氣象科技,2006,34(1):57-61

[14]范麗雅,劉樹華,劉輝志,等.綠化帶對城市大氣環境及空氣質量的影響[J].氣候與環境研究,2006,11(1):85-93

[15]Tayanc M,Toros H.Urbanization effects on regional climatechange in the case of four large cities of Turkey [J].Climate Change,1997,35:501-524

[16]Weng QH,Yang SH.Managing the adverse thermal effects of urban development in a densely populated Chinese city[J].Journal of Environment,2004,70(2):145-156

EffectsofUrbanizationonLocalClimateinJiningCityinRecent30Years

WANG Xiao-mo1,ZHANG Ya-xin2,DONG Ning1
1.Meteorological Bureau of Jining City Shandong Province,Jining 272000,China
2.Meteorological Bureau of Guilin City Guangxi,Guilin 541001,China

The thesis analyzed the variation trend and characteristics of the temperature,precipitation,relative humidity, wind speed in urban and rural areas of Jining based on the meteorological data during 1981-2010 from four weather stations of Jining.And the effect of urbanization on local climate is also discussed.The results are that:1)Nearly 30 years,the average temperature,average maximum temperature,average minimum temperature and precipitation in Jining had upward trend.The seasonal variations were roughly the same with the annual variations.The rising range was greater in the urban than in the rural area;2)Both the relative humidity and the average wind speed had downward trend,and the descent range in the rural was greater than in the urban.The relative humidity differences gradually reduced between the urban and the rural areas,and the tendency of warm-dry increased obviously.The analysis indicates that the development of urbanization in Jining has a serious effect on local climate,especially on the climate of rural areas.In addition,the urbanization has more obvious and direct effect on temperature and wind speed than on relative humidity and precipitation.

Urbanization;local climate;seasonal variation

P468.1/.7

A

1000-2324(2015)05-0715-06

2013-10-23

2013-11-10

山東省氣象局青年科研基金項目:氣候變暖背景下南四湖流域極端降水事件演變規律(2015SDQN13)

王曉默(1983-),男,碩士,工程師,研究方向:氣候變化、城市氣象.E-mail:wxm716813902@163.com