王文本 王玉紅 劉文海

（安徽省巢湖氣象局，安徽 合肥 238000）

溫室氣體增加引起的氣候變暖對城市發(fā)展的影響已經(jīng)引起全球科學界廣泛關注。研究表明，近百年來全球平均氣溫有明顯的上升趨勢，速率約為0.6±0.2 ℃/100a[1]。全球氣候變暖，有自然原因也有人類活動的影響。人類活動對氣候的影響是當前研究領域的重要課題，人類活動對氣候的影響在城市中表現(xiàn)得最為突出，因為近幾十年來隨著城市的快速發(fā)展，城市中人口密集，道路和建筑物鱗次櫛比，形成特殊性質(zhì)的下墊面。城市中居民的生活和生產(chǎn)活動大量消耗能源，產(chǎn)生越來越多的人為熱、溫室氣體和人為水汽。在全球變暖和城市快速發(fā)展的背景下，城市和周圍的局地氣候 （包括氣溫、降水、日照等氣候要素） 發(fā)生了怎樣的變化。這種城市局地氣候的變化會對城市未來的發(fā)展和人民的生產(chǎn)生活產(chǎn)生怎樣的影響，這些都是建設氣候適應性城市需要研究的基礎工作。

近幾十年來關于城市發(fā)展帶來的城郊氣候變化的研究成果日漸增多，但多針對城市熱島方面研究。周淑貞等對上海市的熱島效應研究發(fā)現(xiàn)，冬季和夏季的城、郊溫差強度分別達6.8 ℃和4.8 ℃[2]。徐兆生等研究發(fā)現(xiàn)北京市1月平均氣溫為-2.4 ℃，比東郊高2.4 ℃[3]。宋艷玲等研究北京市城郊氣候要素差異，分析了北京市城、郊平均氣溫、降水、日照、能見度和相對濕度的變化特征[4]。發(fā)現(xiàn)40年來北京市城、郊年平均氣溫明顯上升，城區(qū)氣溫平均升溫幅度為0.43 ℃/10a，郊區(qū)氣溫平均升溫幅度為0.21 ℃/10a，得出隨著北京城市發(fā)展，熱島強度加強。首先以上研究未考慮降水和非降水的強迫作用，北方降水日數(shù)少，少數(shù)的降水樣本對總體樣本影響不顯著；但合肥年降水日數(shù)110天左右，會對總體樣本產(chǎn)生顯著的影響。其次以上研究未包含合肥市近幾年的氣候特征，特別是2010年以后的數(shù)據(jù)。而最近幾年合肥市城市發(fā)展超過以往發(fā)展速度，人口快速增加，城市快速擴張，且2010年至今合肥市夏季高溫異常明顯，城市短時強降水次數(shù)增多，嚴重影響了人們的正常生活和城市作業(yè)。本文主要對合肥市1971～2017年城郊平均氣溫、降水量、日照時數(shù)做了對比研究，分析了在全球變暖和合肥城市快速發(fā)展的背景下，合肥市城市和郊區(qū)局地氣候變化特征。

1 研究區(qū)域與方法

圖1是本文選取6個國家氣象站。城區(qū)選取1個合肥站，郊區(qū)選取5個站，分別為長豐、肥西、肥東、巢湖、廬江。在最近47年間，上述6個站點中的部分站點進行了遷址，但新站和老站距離近，通過對比分析，對研究城郊氣候要素的變化趨勢和城郊氣候要素的差異無顯著影響。所選6個站的氣候資料包括1970～2017年的日平均氣溫、日降水量、日照時數(shù)。文章中城區(qū)的數(shù)據(jù)為合肥單站數(shù)據(jù)值，郊區(qū)數(shù)據(jù)為5個縣城站的平均值。

圖1 合肥市城郊站點分布圖

文中采用了不同時間尺度分析法對合肥市城郊氣候要素進行對比分析。在分析氣溫要素時，挑選出了6個站均無降水的天數(shù)作為樣本集合，消除了熱島強度因降水在空間分布不均勻所產(chǎn)生的干擾。利用城區(qū)和郊區(qū)日平均氣溫溫差年最大值、日平均氣溫季節(jié)平均值、日平均氣溫年平均值和日平均氣溫年代際氣溫差值，作為衡量合肥市城區(qū)熱島強度指標，反映了氣候要素變化對城市快速擴展的響應；在研究降水特征時，采用0～10 mm、10～25 mm、10～25 mm和＞50 mm雨日數(shù)作為指標研究城市化對降水的影響。利用季、年、年代不同時間尺度分析法對降水量、不同等級降水日數(shù)、日照時數(shù)的氣候變化進行了趨勢分析，另外，采用城郊對比方法研究了氣候要素在市區(qū)和郊區(qū)的分布差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 合肥市城郊氣溫變化特征分析

2.1.1 合肥市城郊日平均氣溫溫差年最大值對比分析

圖2為合肥市1970～2017年城郊日平均氣溫溫差年最大值變化圖。由圖2可以看出，47年間城郊日平均氣溫溫差年最大的平均值為1.1 ℃，當城郊日平均氣溫溫差年最大值大于平均值時，說明城區(qū)熱島效應加強。合肥市城郊日平均氣溫溫差年最大值呈上升趨勢，1970～2007年呈現(xiàn)微弱的上升趨勢，2007～2017年呈現(xiàn)顯著的上升趨勢；城郊日平均氣溫溫差年最大值2014年最大，為2.15 ℃；1985年城郊日平均氣溫溫差年最大值最小，僅為0.73 ℃。1970～2007年大多數(shù)年份城郊日平均氣溫溫差年最大值小于平均值，而2007～2017年期間所有年份城郊日平均氣溫溫差年最大值均大于平均值，城郊日平均氣溫溫差年最大值的平均值達到1.55 ℃。說明2007年以后隨著合肥市經(jīng)濟高速增長、城市快速擴張，城市的擴建，熱島效應明顯加強。另外，分析城郊日平均氣溫溫差年最大值的年代際變化特征，1970～1990年城郊日平均氣溫溫差年最大值為0.96 ℃，1991～2010年城郊日平均氣溫溫差年最大值為1.02 ℃，2011～2017年城郊日平均氣溫溫差年最大值為1.8 ℃。同樣可以得出合肥市城區(qū)熱島效應明顯加強。

圖2 合肥市城郊日平均氣溫溫差年最大值圖

2.1.2 合肥市城郊日平均氣溫季節(jié)變化特征

文中給出春季和夏季的日平均氣溫季節(jié)變化圖。由圖3和圖4可以看出，城區(qū)和郊區(qū)春季 （3～5月） 季平均氣溫均呈上升趨勢，城區(qū)47年中春季平均氣溫為16.4 ℃，在1970～2017年間出現(xiàn)15個峰值，12個谷值，1999年春季季節(jié)平均氣溫最高，為18.5 ℃，1988年春季季節(jié)平均氣溫最低，為13.7 ℃。郊區(qū)47年中春季平均氣溫為16.6 ℃，同樣在 1970～2017年間出現(xiàn)15個峰值，12個谷值，區(qū)別是震蕩強度有所不同。春季平均氣溫上升趨勢郊區(qū)弱于城區(qū)。1971～2000年城郊溫差差別不大，城郊溫差為-0.2 ℃。2000～2017年城郊溫差呈現(xiàn)顯著擴大趨勢，城郊溫差變化范圍-0.7～0.4 ℃。

圖3 春季城郊平均氣溫和城郊平均氣溫差

圖4 夏季城郊平均氣溫和城郊平均氣溫差

城區(qū)和郊區(qū)夏季 （6～8月） 季平均氣溫呈上升趨勢，城區(qū)上升趨勢略高于郊區(qū)。城區(qū)47年中夏季平均氣溫為28.1 ℃，在1970～2017年間出現(xiàn)12個峰值，13個谷值，1971、2013年夏季季節(jié)平均氣溫最高，為30.0 ℃，1987年夏季季節(jié)平均氣溫最低，為25.4 ℃。郊區(qū)平均氣溫28.2 ℃，郊區(qū)同樣在1970～2017年間出現(xiàn)12個峰值，13個谷值，區(qū)別是震蕩強度有所不同。從1971～2000年城郊溫差差別不大，城郊季節(jié)平均氣溫溫差為-0.2 ℃。從2000～2017年城郊季節(jié)平均氣溫溫差呈現(xiàn)顯著擴大趨勢，城郊溫差變化范圍-0.6～0.4 ℃。秋季和冬季城郊季節(jié)平均氣溫同樣呈上升趨勢，但城郊季節(jié)平均氣溫溫差無顯著上升趨勢。

由此得出結(jié)論：在1971～2017年間，春夏秋冬四季城、郊季節(jié)平均氣溫均呈現(xiàn)上升趨勢，四季城郊峰谷值頻率相同，震蕩強度不同；另外合肥市城區(qū)熱島效應強度存在季節(jié)變化，春季和夏季強于秋季和冬季。

2.1.3 合肥市城郊氣溫年際和年代際變化特征

圖5為合肥市城郊氣溫年際變化圖，城區(qū)多年平均氣溫為14.4 ℃。

圖5 合肥市城郊氣溫年際變化

1970～2017年間郊區(qū)與城區(qū)年平均氣溫的波動頻率相同，均呈現(xiàn)上升趨勢。從城郊年平均氣溫增長趨勢可以看出，城區(qū)上升趨勢略高于郊區(qū)上升趨勢。1970～2017年城區(qū)年平均氣溫升溫幅度為0.48 ℃/10年，郊區(qū)年平均氣溫升溫幅度為0.44 ℃/10年，2000年之后，城區(qū)年平均氣溫升溫幅度為0.89 ℃/10年，郊區(qū)年平均氣溫升溫幅度為0.44 ℃/10年。同樣可以得出合肥市城區(qū)熱島效應明顯加強。

2.2 合肥市城郊年降水量變化特征

合肥市城區(qū)1970～2017年間平均降水量為1 013.9 mm，其中2016年年降水量最多，為1 602.8 mm，1978年年降水量最小，為554.4 mm。1986～2017年市區(qū)年降水量變化幅度較大，多雨年和少雨年分布不均衡。1994～2003年年降水量偏少，10年中有2年年降水量高于平均值。總體上47年來年降水量城郊差異不大，城郊降水量差值無顯著變化趨勢。

表1是合肥市城郊不同量級降水天數(shù)的統(tǒng)計表格。

表1 1971～2017年合肥市城郊降水日數(shù)特征

可以得出：城區(qū)和郊區(qū) （＜10 mm） 的降水天數(shù)，除過80年代較多外，總體上呈現(xiàn)上升趨勢。 （10～25 mm） 降雨天數(shù)總體上呈現(xiàn)上升趨勢。其他量級降水天數(shù)無顯著增加趨勢。在所有量級降水中，郊區(qū)降水天數(shù)均多于城區(qū)。

圖6為合肥市總降水日數(shù)年際變化圖，總體上降水日數(shù)郊區(qū)大于城區(qū)，可以得知90年代以后降水日數(shù)呈現(xiàn)微弱的上升趨勢。

圖6 合肥總降水日數(shù)年際變化

1970～1996年間降水總?cè)諗?shù)的波動性較大，1996～2017年總體上年際波動性降低。城區(qū)與郊區(qū)總降水日數(shù)差呈現(xiàn)縮小趨勢，最近幾年城區(qū)總降水日數(shù)超過郊區(qū)。

2.3 合肥市城郊年日照時數(shù)變化特征

圖7為1971～2017年合肥市城區(qū)和郊區(qū)的年日照時數(shù)呈現(xiàn)顯著的下降趨勢，城區(qū)日照時數(shù)平均減少4.7 h/a，郊區(qū)日照時數(shù)平均減少7.0 h/a。

圖7 合肥市城郊年日照時數(shù)變化圖

1971～1997年期間城郊日照時數(shù)波動性大，1998～2017年城郊日照時數(shù)波動性減小。從日照時數(shù)年代際變化可以看出，1971～1990年城區(qū)比郊區(qū)平均日照時數(shù)每年少107 h，1991～2010年城區(qū)比郊區(qū)平均日照時數(shù)每年少66 h，2011～2017年城區(qū)比郊區(qū)平均日照時數(shù)每年少45 h，城區(qū)與郊區(qū)年日照時數(shù)呈現(xiàn)縮小趨勢。

3 結(jié)語

合肥市城郊日平均氣溫溫差年最大值變化特征，剔除掉降水對日平均氣溫溫差影響后，1970～2007年城郊溫差較??；2007～2017年城郊溫差呈現(xiàn)顯著的上升趨勢，1970～1990年城郊日平均氣溫溫差年最大值為0.96 ℃，1991～2010年城郊日平均氣溫溫差年最大值為1.02 ℃，2011～2017年城郊日平均氣溫溫差年最大值為1.8 ℃。城郊日平均氣溫溫差年最大值一直在擴大，說明合肥熱島效應一直增強。

合肥市城郊年平均氣溫變化特征，1970～2017年城區(qū)年平均氣溫升溫幅度為0.48 ℃/10a，郊區(qū)年平均氣溫升溫幅度為0.44 ℃/10a，2000年之后，城區(qū)年平均氣溫升溫幅度為0.89 ℃/10a，郊區(qū)年平均氣溫升溫幅度為0.44 ℃/10a。城市變暖的趨勢強于郊區(qū)，2000年之后合肥市熱島效應快速增強的趨勢。

合肥市城郊降水變化特征，1970～2017年總體上降水日數(shù)郊區(qū)大于城區(qū)，90年代以后總降水日數(shù)呈現(xiàn)微弱的上升趨勢，10～25 mm雨日數(shù)總體上呈現(xiàn)上升趨勢最明顯，其他量級降水日數(shù)無顯著增加趨勢。城區(qū)與郊區(qū)總降水日數(shù)差呈現(xiàn)縮小趨勢，最近幾年城區(qū)總降水日數(shù)超過郊區(qū)。

合肥市城郊日照時數(shù)變化特征，1971～2017年合肥市城區(qū)和郊區(qū)的年日照時數(shù)呈現(xiàn)顯著的下降趨勢，城區(qū)日照時數(shù)4.7 h/a，郊區(qū)日照時數(shù)7.0 h/a。1971～2017年合肥市城區(qū)比郊區(qū)年日照時數(shù)總體上少67 h/a，1971～1990年城區(qū)比郊區(qū)平均日照時數(shù)少107 h/a，1991～2010年城區(qū)比郊區(qū)平均日照時數(shù)少66 h/a，2011～2017年城區(qū)比郊區(qū)平均日照時數(shù)少45 h/a，城區(qū)和郊區(qū)間年日照時數(shù)呈現(xiàn)縮小趨勢。