長(zhǎng)江中上游城市氣候分析.doc

長(zhǎng)江中上游城市氣候分析 -以武漢市為例 史超，國(guó)土資源與旅游學(xué)院 摘 要：長(zhǎng)江流域是我國(guó)人口、城市比較密集的地區(qū)，研究長(zhǎng)江流域城市 氣候的特征、問(wèn)題，具有很現(xiàn)實(shí)的意義。近幾十年來(lái)我國(guó)城市化進(jìn)程的加快，人類活動(dòng)對(duì)城市氣候的影響成為了一個(gè)非常重要的研究課題，城市是人類活動(dòng)與氣候關(guān)系的實(shí)驗(yàn)室。我國(guó)許多大城市的氣溫增溫趨勢(shì)已經(jīng)高于同時(shí)期全國(guó)氣溫增加的平均值。運(yùn)用城郊對(duì)比法研究了近10年來(lái)武漢市的城市氣候特征，對(duì)比武漢市區(qū)與郊區(qū)在氣溫、相對(duì)濕度、降水等方面的差異研究了武漢市的熱島效應(yīng)、干島效應(yīng)的都有了很明顯的特征并分析了這些效應(yīng)形成的機(jī)制。城市氣候的變化對(duì)區(qū)域氣候的影響是比較大的。結(jié)合武漢市城市氣候環(huán)境的變化趨勢(shì)，并提出了改善氣候環(huán)境的一些建議。 關(guān)鍵詞：武漢；城市氣候；熱島；干島；霧島; 武漢 Urban climate analysis of upper and middle r1 引言 城市氣候是在區(qū)域氣候的背景上，經(jīng)過(guò)城市化后，在人類活動(dòng)和全球氣候變化的共同作用下形成的一種特殊局地氣候1。城市是人口集中，高大建筑物密集分布的特殊區(qū)域。我國(guó)許多大城市的氣溫增溫趨勢(shì)已經(jīng)高于同時(shí)期全國(guó)氣溫增加的平均值。研究長(zhǎng)江中上游城市氣候特別是武漢市城市氣候的變化有利于了解長(zhǎng)江流域大城市城市氣候的變化幅度，并有利于針對(duì)當(dāng)前的問(wèn)題提出一些針對(duì)性的措施。本文通過(guò)城郊對(duì)比法對(duì)武漢市及其郊區(qū)的氣候資料進(jìn)行分析，進(jìn)而分析長(zhǎng)江中上游地區(qū)城市的城市氣候。 2 武漢市城市熱島效應(yīng) 武漢市（東經(jīng)11341-11505，北緯2958-3122）地處亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，地處江漢平原處在長(zhǎng)江和漢水的交叉處，為河谷地形。處在長(zhǎng)江中游地區(qū)，為華中地區(qū)最大的城市，也是華中地區(qū)的區(qū)域核心城市。改革開(kāi)放以來(lái)，特別是近些年來(lái)城市面積逐步增大，人口數(shù)量增長(zhǎng)迅速，城市氣候特征發(fā)生了明顯的變化，城市氣候效應(yīng)非常顯著。表現(xiàn)在氣溫升高、降水增多、風(fēng)速減弱。 蔡甸氣象站位于漢水與長(zhǎng)江匯流的三角地帶。地跨11413E， 3041E。北臨漢水，東臨長(zhǎng)江，南抵東荊河。距離武漢市城區(qū)直線距離30km,由于地處郊區(qū)外受城市氣候的影響較小，蔡甸氣象站與武漢均處在江漢平原的東部，海拔近似，故本文選取武漢市區(qū)和蔡甸氣象站的1997-2006年的氣象資料，進(jìn)行氣候?qū)Ρ确治觯M(jìn)而研究武漢市的城市氣候的特征及其對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響。本文以武漢市氣象站氣候資料為其城市氣候研究資料。文中用城郊溫差來(lái)表示熱島強(qiáng)度，溫差越大熱島強(qiáng)度越強(qiáng)，反之則越弱2。本文通過(guò)城郊對(duì)比法萊研究城市氣候特征，分析城市氣候。 2222.1.1.1.1武漢市城市熱島強(qiáng)度的年際變化武漢市城市熱島強(qiáng)度的年際變化武漢市城市熱島強(qiáng)度的年際變化武漢市城市熱島強(qiáng)度的年際變化 通過(guò)對(duì)武漢市及其郊區(qū)蔡甸氣象站在1997-2006年年平均氣溫差進(jìn)行分析（圖1）。武漢有悠久的歷史，但在改革開(kāi)放之前武漢市城市發(fā)展緩慢，這也是全 圖圖圖圖1 1 1 1 武漢市武漢市武漢市武漢市1997199719971997-2006200620062006年熱島強(qiáng)度年際變化年熱島強(qiáng)度年際變化年熱島強(qiáng)度年際變化年熱島強(qiáng)度年際變化 國(guó)絕大多數(shù)城市的共同現(xiàn)狀。改革開(kāi)放前武漢市城區(qū)面積大約220km2,人口大約200萬(wàn)左右。1978年以來(lái)，由于國(guó)家政策的支持,武漢市城市發(fā)展迅速，城市面積和人口急速增長(zhǎng)，到2006年，城區(qū)面積從1978年的220多萬(wàn)km2增長(zhǎng)到684萬(wàn)km2，人口也從1978年的200萬(wàn)多人增至2006年的580萬(wàn)多人。2006年市區(qū)工業(yè)總產(chǎn)值比2000年增長(zhǎng)了900億元，年均增長(zhǎng)13.2%。 隨著城市發(fā)展的加速，城市化規(guī)模擴(kuò)大、人口和工廠數(shù)量的急劇增加，人類活動(dòng)的頻繁，對(duì)城市氣候的影響在逐漸增加，是城市氣候特征日益顯著，1999年以前武漢城郊年平均氣溫差在1以下，城郊溫差還不是很顯著，到1999年以后武漢城郊年平均氣溫差增加到了1以上，甚至在2004年增加到1.6(圖1)1984年武漢市開(kāi)始發(fā)展東湖新技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)，即著名的“武漢光谷”，2000年后武漢的工業(yè)發(fā)展特別是光電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，以及武漢城市基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展及交通基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展如鐵路京廣鐵路、武九鐵路武麻鐵路、滬漢蓉鐵路、京港鐵路的建設(shè)。隨著城市化進(jìn)程的發(fā)展及環(huán)境的改變，城市熱島效應(yīng)更加顯著，到2006年城郊平均溫差達(dá)到了2以上，這表現(xiàn)了城市氣候增溫趨勢(shì)。 2.2 2.2 2.2 2.2 武漢市城市熱島強(qiáng)度武漢市城市熱島強(qiáng)度武漢市城市熱島強(qiáng)度武漢市城市熱島強(qiáng)度的月的月的月的月際際際際變化變化變化變化 通過(guò)選取1997-2006年武漢、蔡甸氣象站的歷史氣候資料，并對(duì)其各月的氣溫?cái)?shù)值進(jìn)行平均計(jì)算，根據(jù)氣溫?cái)?shù)值計(jì)算其城郊?xì)鉁夭睿治銎錈釐u強(qiáng)度在各月份的變化，進(jìn)而分析城市熱島強(qiáng)度的月變化（表1和圖2）。 通過(guò)對(duì)比分析近10年來(lái)各個(gè)月平均氣溫的時(shí)間分布及溫差資料的分析可得知，武漢市區(qū)與處于郊區(qū)的蔡甸的月平均氣溫差以夏季的7、8月份最大，與全國(guó)其他城市，的熱島強(qiáng)度的年變化3有點(diǎn)不一樣，如北京市年平均氣溫差 圖圖圖圖2 2 2 2 武漢市城市熱島強(qiáng)度月際變化武漢市城市熱島強(qiáng)度月際變化武漢市城市熱島強(qiáng)度月際變化武漢市城市熱島強(qiáng)度月際變化 以秋季10、11兩個(gè)月最大，上海市9、10月份最大，而武漢是在夏季最強(qiáng)，這是什么原因造成了。這與武漢所處的區(qū)域和地形造成的，武漢地處長(zhǎng)江流域，在6月份武漢進(jìn)入了梅雨季節(jié)，且在10、11月份又受到了雨帶南移的影響，使得氣溫整體比較均衡，溫差較小，故熱島強(qiáng)度有所降低；而在7、8月份時(shí)長(zhǎng)江中下游地區(qū)進(jìn)入伏旱天氣，為強(qiáng)大的副熱帶高氣壓帶控制，而且控制的時(shí)間長(zhǎng)達(dá)一個(gè)多月，副高控制期間，高空氣流呈下降氣流，地面呈輻散狀。它所控制的區(qū)域炎熱干旱，降水偏少，長(zhǎng)江中游及下游地區(qū)也進(jìn)入了一年中最熱的時(shí)期，加上武漢的河谷地形，不利于熱量的散發(fā)。由于武漢城市的快速發(fā)展，城區(qū)面積的不斷擴(kuò)大，城市下墊面性質(zhì)的改變，水泥質(zhì)的下墊面吸熱快且城市高大建筑物密集不利于熱量的散發(fā)，城市人口的增長(zhǎng)以及城市氣溫的增加等促使空調(diào)設(shè)備的使用等，都加劇了城市熱量的盈余，從而導(dǎo)致了城區(qū)熱量的失衡。而郊區(qū)由于植被覆蓋好，氣溫相對(duì)城區(qū)要低得多，故武漢在7、8月份進(jìn)入月平均氣溫差最大的時(shí)期，即熱島強(qiáng)度最大的時(shí)期2.3 2.3 2.3 2.3 武漢市武漢市武漢市武漢市熱島強(qiáng)度的日際變化熱島強(qiáng)度的日際變化熱島強(qiáng)度的日際變化熱島強(qiáng)度的日際變化 本文通過(guò)對(duì)武漢市和其郊區(qū)的蔡甸氣象站的氣候資料的1997-2006年1月和7月氣溫的日變化的數(shù)值進(jìn)行分析（圖3），從圖3可看出，冬季即1月份武漢市的熱島強(qiáng)度的日際變化幅度較大，而夏季即7月份的熱島強(qiáng)度的日際變化幅度較小，總之，武漢市的熱島強(qiáng)度的日變化的趨勢(shì)是：夜間熱島強(qiáng)度最大，即夜間城郊溫差最大，在這之后，溫差逐漸減小，到下午14時(shí) 圖圖圖圖3 3 3 3 武漢市城市熱島強(qiáng)度的日際變化武漢市城市熱島強(qiáng)度的日際變化武漢市城市熱島強(qiáng)度的日際變化武漢市城市熱島強(qiáng)度的日際變化 城郊?xì)鉁夭罱档阶钚。瑹釐u強(qiáng)度降到了最弱，之后又逐漸增加。武漢市的熱島強(qiáng)度的日際變化比較符合國(guó)內(nèi)大多數(shù)城市的熱島強(qiáng)度的日變化規(guī)律，但與呼和浩特的熱島強(qiáng)度的日變化有所不同，冬季呼市熱島強(qiáng)度最大值出現(xiàn)在08時(shí)，夏季出現(xiàn)在20時(shí)，最小值出現(xiàn)在14時(shí)4，這與呼和浩特市所處的地形有關(guān)，內(nèi)蒙古高原海拔高，大氣逆輻射弱，保溫效益較海拔低的地區(qū)差。 熱島強(qiáng)度的日變化的特點(diǎn)主要與城市與郊區(qū)的熱量收支狀況之間的不同有關(guān)。下雨天云層厚，增強(qiáng)大氣逆輻射，也削弱了太陽(yáng)的輻射，使城郊溫差減小，也使得晝夜溫差比晴天小。夏季由于降水比較多，城郊間的溫度差較小，所以夏季的熱島強(qiáng)度較小，而冬季由于城市的下墊面及建筑物、人口的集聚分布，溫度比郊區(qū)高，從而熱島強(qiáng)度較大。由于郊區(qū)的植被覆蓋較廣，所以郊區(qū)日落后熱量散發(fā)的較快，而城市下墊面為不透水的水泥地等為主，且建筑物密集，所以日落后散熱較慢，所以夜晚城市的熱島強(qiáng)度大。隨著輻射冷卻，城郊均失溫，城郊溫差就減小。日出后隨著太陽(yáng)高度角的逐漸加大，郊區(qū)迅速升溫，而城區(qū)在正午時(shí)分溫度逐漸升高，城郊?xì)鉁鼗具_(dá)到一致，有時(shí)城區(qū)溫度還稍低與郊區(qū)。由于氣溫有一個(gè)延遲，所以最高氣溫往往出現(xiàn)在14時(shí)，這時(shí)城郊?xì)鉁鼗疽恢?，城郊溫差達(dá)到最低，熱島強(qiáng)度最弱。2.4 2.4 2.4 2.4 城市熱島的影響城市熱島的影響城市熱島的影響城市熱島的影響 城市熱島是一把雙刃劍, 城市熱島效應(yīng)的影響是雙面的。在城市熱島效應(yīng)的直接作用下, 城市霜凍日數(shù)會(huì)減少, 無(wú)霜凍日數(shù)增多, 從而有利于農(nóng)作物的生長(zhǎng)，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有益。同時(shí)在冬季, 城市熱島效應(yīng)可以直接減少采暖燃料用量, 既節(jié)約能源, 又CO2等溫室氣體的排放，減少了污染。但是在夏季, 城市熱島效應(yīng)使得城區(qū)比郊區(qū)更熱, 加上城市“干島”效應(yīng), 干熱天氣使人的舒適度降低。直接導(dǎo)致了空調(diào)等制冷設(shè)備的使用，使城市出現(xiàn)用電高峰，間接增加了能源的消耗，也導(dǎo)致了城市比郊區(qū)更熱，形成了一個(gè)“惡性循環(huán)”。因此, 在城市建設(shè)和規(guī)劃中要考慮: ( 1) 要保護(hù)并適當(dāng)?shù)脑黾映菂^(qū)的綠地和水體面積。因?yàn)槌菂^(qū)的綠地、水體對(duì)氣溫的調(diào)節(jié)作用很強(qiáng)，對(duì)減弱夏季城市熱島強(qiáng)度有著不可忽視的作用。 ( 2) 城市熱島強(qiáng)度隨著城市的發(fā)展而加強(qiáng), 因此在控制城市發(fā)展的同時(shí), 要控制城市人口密度、建筑物密度。因?yàn)槿丝诟呙芏葏^(qū)也是建筑物高密度區(qū)和能量高消耗區(qū), 常形成氣溫的高值區(qū)5。 3 武漢市城市干島效應(yīng) 城市化進(jìn)程是伴隨著城區(qū)面積的擴(kuò)大，判斷城市化的要素包括多方面，城市下墊面的改變就是城市化進(jìn)程中改變的一個(gè)方面。也是城市化的一個(gè)重要的方面。下墊面性質(zhì)的改變對(duì)氣候的影響是很顯著的，城市的下墊面多為不透水的地面，這對(duì)城市氣候的影響是不可逆的。武漢做為華中地區(qū)的特大城市，其城市下墊面對(duì)該城市的氣候變化時(shí)非常顯著的。使城區(qū)的降水大多數(shù)變?yōu)榈乇砗偷叵聫搅?，使城區(qū)雖然降水多，但城區(qū)的濕度卻低于郊區(qū)的現(xiàn)象，即“干島效應(yīng)”6。本文中以城郊的相對(duì)濕度差表示城郊的干島強(qiáng)度。 3.1 3.1 3.1 3.1 干島強(qiáng)度的季節(jié)變化干島強(qiáng)度的季節(jié)變化干島強(qiáng)度的季節(jié)變化干島強(qiáng)度的季節(jié)變化 從城郊季平均相對(duì)濕度分析中科看出：城市中心區(qū)全年各個(gè)季節(jié)平均相對(duì)濕度均比郊區(qū)低，二者相對(duì)濕度差值在2%-5%,且武漢城市干島強(qiáng)度的季節(jié)變化明顯，秋季最強(qiáng)，夏季次之，冬春季節(jié)較弱（圖4）。這種現(xiàn)象形成的原因主要是由于武漢冬春季節(jié)降水偏少，氣候較干燥，城區(qū)、郊區(qū)地面干燥，可供蒸發(fā)的水分較少，因此，城、郊的相對(duì)濕度差較小，干島強(qiáng)度較弱。夏季，長(zhǎng)江中游普遍進(jìn)入了梅雨季節(jié)，降水豐富，城區(qū)由于下墊面的性質(zhì)，降水多變成徑流，無(wú)法在地表蓄積，而郊區(qū)由于下墊面多為植被，容易在地表形成積水，且夏季蒸發(fā)旺盛，使得城區(qū)可供蒸發(fā)的水分少，濕度便低；反之， 郊區(qū)可供蒸發(fā)的水分較多，濕度稍高于城區(qū)。秋季降水相對(duì)于夏季要少， 但是秋季的郊區(qū)的其他降水形式較多，如露水及霜， 這些形式的降水 圖圖圖圖4 4 4 4 武漢市城郊季平均相對(duì)濕度武漢市城郊季平均相對(duì)濕度武漢市城郊季平均相對(duì)濕度武漢市城郊季平均相對(duì)濕度 使得城區(qū)的相對(duì)濕度要明顯低于郊區(qū)。冬春季節(jié)，由于郊區(qū)的植物枯萎，蒸騰量小，而城區(qū)由于人為的水汽較多，市區(qū)內(nèi)又由于一些景觀水面及一些人工湖泊、河流的調(diào)節(jié)，使得城區(qū)的濕度相對(duì)于郊區(qū)稍低一些，但二者的差值相對(duì)于冬春季節(jié)要小一些。從而造成了武漢城、郊的相對(duì)濕度在夏秋季節(jié)強(qiáng)，冬春季節(jié)稍弱。3.3.3.3.2222干島強(qiáng)度的日變化干島強(qiáng)度的日變化干島強(qiáng)度的日變化干島強(qiáng)度的日變化 城郊相對(duì)濕度的日變化形式均與氣溫相反7。當(dāng)氣溫逐漸升高時(shí)，水汽壓及飽和水汽壓都隨之增大，但是水汽壓的上升比飽和水汽壓的增加要慢，因而相對(duì)濕度減小。反之，氣溫降低，相對(duì)濕度增大8。從絕對(duì)濕度分布日變化及相對(duì)濕度差可看出（表2），降水少的季節(jié)城市絕對(duì)濕度大于郊區(qū)，城市出現(xiàn)“濕島現(xiàn)象“；夏季夜晚城市絕對(duì)濕度大于郊區(qū)，城市出現(xiàn)“濕島現(xiàn)象”；白天城市絕濕度大多數(shù)時(shí)間小于郊區(qū)，城市出現(xiàn)“干島“現(xiàn)象。出現(xiàn)這些現(xiàn)象的原因是由于城市建筑物和堅(jiān)實(shí)的水泥路面大多為不透水層, 城市排水系統(tǒng)良好。下雨后雨水很快通過(guò)下水道排出, 很少滲入土壤中, 使城區(qū)地面常保持干燥狀態(tài)。工業(yè)生產(chǎn)雖可產(chǎn)生一些人為水汽, 但數(shù)量有限。因此, 盡管城區(qū)水域面積較大, 但仍有明顯“干島” 效應(yīng)。 從相對(duì)濕度分布的日變化來(lái)看，一般都是市區(qū)低于郊區(qū)。城、郊相對(duì)濕度差值以冬季夜間較大，夏季夜間較小，甚至還出現(xiàn)了“濕島”。這說(shuō)明武漢地處長(zhǎng)江中游，在夏季降水豐富，導(dǎo)致城郊間的絕對(duì)濕度值的相近，且由于城市空氣中的凝結(jié)核多，夏季水汽充足，在城市上空往往會(huì)形成局地降水，使得城市降水多于郊區(qū)，從而在夏季多行成“濕島”。而冬季降水偏少，且城市下墊面性質(zhì)的改變，造成了城市空氣水汽不足，使得城、郊絕對(duì)濕度的差值增大，形成“干島”。3.3 3.3 3.3 3.3 城市干島的影響城市干島的影響城市干島的影響城市干島的影響 城市干島效應(yīng)的影響主要表現(xiàn)在使人的舒適度降低。尤其是干季, 武漢本身為河谷城市, 冬春季節(jié)天氣較為干燥, 城市干島郊應(yīng)的存在, 更加劇了居民的不舒適感。因此, 在城市建設(shè)和規(guī)劃中要考慮: ( 1) 要保護(hù)并適當(dāng)?shù)脑黾映菂^(qū)的綠地、水體面積。因?yàn)槌菂^(qū)的綠地、水體有利于提高城市下墊面的蓄水能力, 對(duì)減弱城市干島效應(yīng)起著十分可觀的作用。 ( 2) 在控制城市發(fā)展的同時(shí), 要控制城市人口密度、建筑物密度。因?yàn)槿丝诟呙芏葏^(qū)也是建筑物高密度區(qū), 下墊面則多為瀝青和水泥地面, 蓄水能力也最差, 常形成相對(duì)濕度的低值區(qū)5 小結(jié) 結(jié)語(yǔ) 5.15.15.15.1結(jié)論結(jié)論結(jié)論結(jié)論 （1）武漢市熱島強(qiáng)度夏季最強(qiáng)，以7、8月份為最大；而在1、2月由于冷空氣活動(dòng)頻繁，所以城、郊溫差較小，所冬季熱島強(qiáng)度最小。熱島強(qiáng)度的日變化則主要是白天弱、夜間強(qiáng)的特點(diǎn)。這是白天大氣和地面同時(shí)受熱，而夜晚由于下墊面性質(zhì)的差異造成了熱島強(qiáng)度的日變化的特點(diǎn)。 （2）武漢市的干島強(qiáng)度的特點(diǎn)是夏秋季節(jié)強(qiáng)于冬春季節(jié)。