孫小麗，梁永禮，劉愛梅，李 瑞

（濟南市氣象局，濟南 250102）

濟南市城市化發(fā)展對降水的影響分析

孫小麗，梁永禮，劉愛梅，李 瑞

（濟南市氣象局，濟南 250102）

利用濟南6個氣象站1964—2013年的日降水觀測資料以及城市發(fā)展指標數(shù)據(jù)，運用線性傾向估計、相關(guān)分析等統(tǒng)計方法分析了濟南地區(qū)降水的時間變化特征，探討城市化發(fā)展對濟南降水的影響。結(jié)果表明：（1）城區(qū)的年平均降水量增加的趨勢明顯大于郊區(qū)；春季和夏季降水量的增加趨勢均為城區(qū)大于郊區(qū)，夏季城區(qū)降水的極端性增強，秋冬季城郊之間的變化趨勢不明顯；（2）降水總?cè)諗?shù)和小雨日數(shù)城區(qū)和郊區(qū)都表現(xiàn)為減少的趨勢，而大雨、暴雨及以上降水日數(shù)都表現(xiàn)為增加的趨勢，城區(qū)比郊區(qū)增加的幅度略大，即大雨及以上的降水城區(qū)比郊區(qū)更容易出現(xiàn)；（3）城市效應對降雨的影響主要表現(xiàn)在大雨和暴雨以上強降水增多。

城市化發(fā)展；城市氣候；降水

引言

城市化是人類社會發(fā)展的必然趨勢。世界城市化發(fā)展的經(jīng)驗表明，城市化快速發(fā)展是任何一個國家或地區(qū)無法逾越的階段[1]。隨著經(jīng)濟的迅速增長和人類活動的影響，原有城市的規(guī)模在不斷擴大，對城市氣候也產(chǎn)生了明顯的影響。關(guān)于城市化對降水的影響，是城市氣候研究中爭議比較多的課題之一，城市化對降水的影響呈現(xiàn)出較大的差異性，差異的存在可能與所在地理位置、城市化程度、研究方法等因素的不同有關(guān)，顯示出城市化對降水影響的復雜性。近些年來濟南城市建設發(fā)展快速，導致其氣候變化不僅受區(qū)域氣候背景變化的控制，局地尺度上受城市化效應的影響也愈加明顯，所以在分析濟南氣候變化規(guī)律時，要綜合考慮區(qū)域氣候變化背景和城市化效應的影響，而這方面的研究目前還比較少，城市化效應定量評估方面的工作也比較缺乏。城市化的迅速發(fā)展深刻地影響城市的氣候，有關(guān)城市化對區(qū)域氣候的影響引起了人們越來越多的關(guān)注，關(guān)于這一問題的探討，國內(nèi)外學者從不同時空角度用不同方法進行了大量研究。1968年，Changnon建議發(fā)起和實施了METROMEX 計劃（大城市氣象觀測試驗計劃），其主要目的是尋找城市化對降水影響的證據(jù)。Palumbo[2]等對意大利名城那布勒斯的90a資料分析表明，在前60a中城郊的降水差異并無顯著變化，后30a中隨著城市的工業(yè)化，降水量比前一時期增加了17%左右。Huff 等[3]分析了圣路易斯長時間序列的降水資料，認為在城市的上空和下風方向，降水量以及降水天氣現(xiàn)象的發(fā)生頻率，明顯高于其周圍地區(qū)，這種降水分布的異常在夏季最顯著，并且表現(xiàn)出隨著城市化進程增強的趨勢。國內(nèi)的城市氣候研究起步比較晚，改革開放之后，隨著工業(yè)步伐的加快，城市不斷擴建和新建，由城市化引起的氣候變化日益受到人們的關(guān)注，城市氣候研究工作開始發(fā)展[4]。周麗英等[5]、周建康等[6]研究了上海、南京的城郊降水差異，認為城市對降水分布的影響反映出雨島效應特征。梁萍[7]等研究認為上海市的年降水量和暴雨以上的強降水日數(shù)呈現(xiàn)出明顯的城市雨島分布特征。

為了探討濟南城市化發(fā)展對于降水的影響，文章將以濟南6個氣象站的50a降水資料為基礎，對城市效應造成城郊降水的差異進行分析，研究濟南城市化對降水的影響，旨在分析在城市效應影響下濟南市降水的時間變化特征，探討城市化發(fā)展對濟南降水的影響。

1 數(shù)據(jù)和研究方法

使用1964—2013年濟南市6個氣象站歷年逐月逐日降水量，資料來源于濟南市氣象局。其中濟南站于1999年由無影山遷至龜山，其他5個站期間也曾進行過遷站，對比觀測認為資料連續(xù)性較好[8-9]，這對研究城郊降水量變化差異影響較小。

氣候統(tǒng)計方法主要采用文獻[10]中的距平、線性傾向估計等統(tǒng)計分析方法，對濟南市1964—2013年長時間序列的降水資料進行統(tǒng)計分析。

2 近50a城郊降水量的對比分析

以濟南站代表城區(qū)，5個縣市區(qū)與濟南城區(qū)相比較人口密度小，經(jīng)濟發(fā)展相對緩慢，城市化進程相對緩慢?？煽醋鰸鲜械慕紖^(qū)站。

2.1 濟南市城郊年平均降水量的對比分析

取5個縣市區(qū)氣象站的年平均降水量作為郊區(qū)的年平均降水量。濟南市近50a城區(qū)和郊區(qū)年平均降水量的年際變化趨勢如圖1所示。

近50a城區(qū)的年平均降水量增加的趨勢明顯高于郊區(qū)，城區(qū)和郊區(qū)的氣候傾向率分別為27.94mm/10a和12.24mm/10a，年平均降水量分別增加了139.7mm和61.2mm，城區(qū)增加的趨勢是郊區(qū)的2倍多。這可能是由于城區(qū)人類活動頻繁，向大氣排放了大量的氣溶膠和其他顆粒物，這些物質(zhì)在水汽充沛的條件下，在城區(qū)上空易形成凝結(jié)核，有利于形成比郊區(qū)更多的降水。在少雨期，城郊的差別不是很大，但是在多雨期，城郊之間降水量的振幅差被進一步拉大，也就是說，城區(qū)的降水量相對于郊區(qū)增多的趨勢更大，即澇年愈澇。

圖1 1964—2013年濟南市城區(qū)、郊區(qū)年平均降水量的年際變化

2.2 濟南市城郊各季平均降水量的對比分析

圖2給出了濟南近50a城區(qū)和郊區(qū)各季平均降水量的年際變化特征，春季（圖2a）和夏季（圖2b）城郊的降水量均為增加趨勢，增加趨勢城區(qū)大于郊區(qū)，其中春季城區(qū)和郊區(qū)的氣候傾向率分別為10.58mm/10a，7.38mm/10a，夏季城區(qū)和郊區(qū)的氣候傾向率分別為18.66mm/10a，7.33mm/10a，城郊之間的差距隨著時間有增大的趨勢；秋冬季城郊之間的變化趨勢比較接近，秋季呈略微減少的趨勢（圖2c），冬季略微上升（圖2d），變化趨勢都不明顯。采用6次多項式對各季降水的波動性進行研究，發(fā)現(xiàn)春季和夏季降水量年際變化的波動曲線隨著時間城區(qū)和郊區(qū)的波動幅度差逐漸變大，尤其是在春季，從上世紀90年代到2009年，城郊同時出現(xiàn)一個很明顯的波動，春季在十幾年降水的增加很明顯，城區(qū)波動的幅度明顯加大。而夏季郊區(qū)波動幅度不明顯，城區(qū)波動幅度明顯大于郊區(qū)，說明夏季城區(qū)降水的極端性增強。在秋季和冬季城郊變化的波形相近，但是城區(qū)的波動幅度一直高于郊區(qū)。

圖2 1964—2013年濟南市城區(qū)、郊區(qū)春季（a）、夏季（b）、秋季（c）、冬季（d）平均降水量的年際變化

2.3 濟南市城郊各量級降水日數(shù)的對比分析

將日降水量≥0.1mm定義為降水日，將5個縣市區(qū)的降水日數(shù)平均后得到郊區(qū)的降水日數(shù)，以此類推分別求得郊區(qū)的小雨日數(shù)、中雨日數(shù)、大雨日數(shù)、暴雨及以上降水日數(shù)。圖3給出了濟南近50a城區(qū)和郊區(qū)降水總?cè)諗?shù)以及各量級降水日數(shù)的年際變化特征。從降水總?cè)諗?shù)（圖3a）和小雨日數(shù)（圖3b）的變化可以看出，城區(qū)和郊區(qū)都表現(xiàn)為減少的趨勢，無論是降水總?cè)諗?shù)還是小雨日數(shù)，郊區(qū)減少的幅度都明顯大于城區(qū)，其中郊區(qū)的降雨總?cè)諗?shù)和小雨日數(shù)分別通過了0.01水平的顯著性檢驗，說明降水總?cè)諗?shù)的減少主要是由于小雨日數(shù)的減少所致。中雨日數(shù)（圖3c）城區(qū)和郊區(qū)呈略微下降趨勢，趨勢表現(xiàn)都不明顯。從大雨（圖3d）、暴雨及以上降水日數(shù)（圖3e）的變化看，與降水總?cè)諗?shù)和小雨日數(shù)的變化正好相反，城區(qū)和郊區(qū)都表現(xiàn)為增加的趨勢，且城區(qū)比郊區(qū)增加的幅度要大一些。說明伴隨城市的發(fā)展，大雨及以上的降水日數(shù)在城區(qū)要比郊區(qū)更多，大雨及以上的降水在城區(qū)相比郊區(qū)更容易出現(xiàn)。

圖3 1964—2013年濟南市城區(qū)、郊區(qū)降水總?cè)諗?shù)（a）以及小雨（b）、中雨（c）、大雨（d）、暴雨及以上（e）降水日數(shù)的年際變化特征

2.4 濟南市城郊各量級降水量的對比分析

圖4給出了濟南近50d城區(qū)和郊區(qū)各量級降水量的年際變化特征?？梢钥闯?，城區(qū)與郊區(qū)的小雨雨量均呈減少的趨勢（圖4a），氣候傾斜率分別為-0.93mm/10a和-5.45mm/10a，郊區(qū)減少的幅度明顯大于城區(qū)。而中雨雨量城區(qū)和郊區(qū)表現(xiàn)出不一致的變化趨勢（圖4b），城區(qū)中雨雨量存在增加的趨勢，而郊區(qū)卻呈略微減少的趨勢。從大雨雨量（圖4c）、暴雨及以上量級雨量（圖4d）的變化上看，城區(qū)和郊區(qū)都表現(xiàn)為增加的趨勢，且城區(qū)增加的幅度大于郊區(qū)，其中暴雨及以上量級的雨量城區(qū)和郊區(qū)的氣候傾向率分別達到了20.30mm/10a和15.43mm/10a，可見城區(qū)的降水強度更大。

圖4 1964—2013年濟南市城區(qū)、郊區(qū)的小雨（a）、中雨（b）、大雨（c）、暴雨及以上（d）量級降水量的年際變化特征

降水總?cè)諗?shù)在減少，小雨雨量也在減少，而近50a來無論是城區(qū)還是郊區(qū)的年平均降水量卻是增加的，也就是說降雨強度在增大，大雨以上的降水在增多，由此可見，城市效應對降雨的影響主要表現(xiàn)在大雨和暴雨以上的強降水的增多上。李書嚴等[11]對北京地區(qū)城市化進程對降水的影響進行分析，發(fā)現(xiàn)北京市30多年來降雨量的減少，主要是由于大雨以上量級雨量減少所造成的。濟南城市化的進程對降水的影響與北京情形剛好相反。城市擴張引起的下墊面特征的改變使得北京、天津等主要城市地區(qū)的降水量和降水頻次明顯減少，而在京津冀城市群的下風向的降水量和降水強度增加和增強[12]，加之濟南城區(qū)地形為淺碟狀，大量的凝結(jié)核更易在城區(qū)上空積聚，對降水量的增加也起到了一定的作用，另外，這也可能與濟南南側(cè)的泰山山脈的動力和屏障作用有關(guān)，這有待于今后更加深入地研究。

3 結(jié)論

（1）近50a城區(qū)的年平均降水量增加的趨勢明顯大于郊區(qū)；從季節(jié)上看，春季和夏季城郊的降水量均為增加趨勢，增加趨勢城區(qū)大于郊區(qū)，秋冬季城郊之間的變化趨勢比較接近，變化趨勢不明顯，需要注意的是夏季城區(qū)波動幅度明顯大于郊區(qū)，說明在夏季城區(qū)降水的極端性增強。

（2）從降水日數(shù)的變化趨勢上看，降水總?cè)諗?shù)和小雨日數(shù)城區(qū)和郊區(qū)都表現(xiàn)為減少的趨勢，且郊區(qū)減少的幅度都明顯大于城區(qū)。中雨日數(shù)城區(qū)和郊區(qū)均表現(xiàn)為略微下降趨勢，而大雨、暴雨及以上降水日數(shù)城區(qū)和郊區(qū)都表現(xiàn)為增加的趨勢，且城區(qū)比郊區(qū)增加的幅度要大一些。說明伴隨城市的發(fā)展，大雨及以上的降水日數(shù)在城區(qū)要比郊區(qū)更多，大雨及以上的降水在城區(qū)比郊區(qū)更容易出現(xiàn)。

（3）從各量級降水量的變化來看，城區(qū)與郊區(qū)的小雨雨量均呈減少的趨勢；中雨雨量城區(qū)和郊區(qū)表現(xiàn)出不一致的變化趨勢，城區(qū)增加而郊區(qū)略微減少；大雨雨量、暴雨及以上量級雨量城區(qū)和郊區(qū)都表現(xiàn)為增加的趨勢，且城區(qū)增加的幅度大于郊區(qū)，城市效應對降雨的影響主要表現(xiàn)在大雨和暴雨以上的強降水的增多上，城區(qū)的降水強度更大。

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：1005-0582（2016）04-0029-05

10.19513/j.cnki.issn1005-0582.2016.04.006

2016-01-25

孫小麗（1977—），女，山東萊州人，本科，工程師，主要從事氣候變化研究工作。