城市化發(fā)展對汛期降雨特征的影響

摘要：城市化發(fā)展使土地格局產(chǎn)生巨大的變化，而土地變化也對區(qū)域內(nèi)的氣候產(chǎn)生一定影響，形成城市化氣候。這種氣候?qū)Χ囗?xiàng)氣候特征都有直接影響，尤其是降水特征的變化。城市化前后降水量有著明顯的增加，增幅甚至可以達(dá)到約5%，汛期與非汛期的降水分布也呈現(xiàn)出從城市向周邊遞減的趨勢。文章就城市化發(fā)展對降雨特征的影響展開了討論。

關(guān)鍵詞：城市化發(fā)展；汛期；降雨特征；氣候特征；環(huán)境影響 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：P461 文章編號(hào)：1009-2374（2015）25-0094-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.25.046

城市化是社會(huì)進(jìn)步的必然，人口不斷增加，城市規(guī)模也在不斷擴(kuò)大，自然資源的壓力也越來越大。城市化發(fā)展對氣候特征的影響是多方面的，這些影響也關(guān)系到城市發(fā)展和人類生產(chǎn)活動(dòng)。城市化發(fā)展中人類的活動(dòng)和對自然的改造，使得城市周邊環(huán)境產(chǎn)生一定的變化，從而影響城市的氣溫、輻射量以及降水。下面筆者就從三個(gè)城市的降水特征變化來分析城市化發(fā)展產(chǎn)生的影響。

1 蘇州市城市化發(fā)展對降雨特征的影響

1.1 蘇州市城市化發(fā)展的特點(diǎn)

蘇州市的城市化發(fā)展比較有特點(diǎn)，是從20世紀(jì)80年代從蘇州小鎮(zhèn)逐漸發(fā)展而來，城區(qū)的城市化進(jìn)程比較平緩。蘇州市處于典型的平原水網(wǎng)地區(qū)，受到太湖流域的影響，河網(wǎng)占全市面積的40%以上。蘇州市城市化最主要的表現(xiàn)是人口增長，尤其是非農(nóng)業(yè)人口的增加。其次就是城市建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，工業(yè)建筑、居住建筑等占地面積不斷增加。相比于20世紀(jì)50年代的城區(qū)，2000年城市面積增長了6.2倍，工業(yè)產(chǎn)值增長超過90%。蘇州市之所以有如此之快的城市化發(fā)展速度，主要還是因?yàn)?978年改革開放，工業(yè)化發(fā)展提速，促進(jìn)城市發(fā)展。

1.2 蘇州市城市化發(fā)展對降水特征的影響

從城區(qū)與郊區(qū)的橫向?qū)Ρ任覀兛梢钥闯?，臨近城區(qū)的地方城市化發(fā)展速度相對較慢，是良好的參考點(diǎn)。蘇州市整體的地形是相對平坦的，丘陵只占到不足3%，所以做橫向比較時(shí)地形對降雨的影響基本可以忽略不計(jì)。從蘇州市發(fā)展歷史來看，主要有兩個(gè)階段：（1）1953～1977年，城市化發(fā)展速度相對緩慢；（2）19783～2000年，城市化發(fā)展十分迅速。

如果以城市降水量與郊區(qū)降水量的比值k表達(dá)城市化對降水量的影響程度，1953～1977年平均汛期降水量增長系數(shù)大約為1.05，而1978～2000年增長系數(shù)達(dá)到了1.09，通過這一數(shù)據(jù)的比較可以看出城市化確實(shí)對降雨有一定的影響。汛期降雨多是對流性降雨，其雨量增加最主要的原因應(yīng)當(dāng)是城市熱島效應(yīng)，而城市化凝結(jié)核增加對降雨的影響并不是非常明顯。

從降雨類型方面進(jìn)行比較，1953～2000年48年間，暴雨發(fā)生次數(shù)明顯增加，城鄉(xiāng)暴雨差異也尤為突出。城市和郊區(qū)的橫向?qū)Ρ戎形覀円材芸吹?，城市暴雨概率要比郊區(qū)暴雨概率大15%左右。暴雨次數(shù)增加主要原因是城市化發(fā)展，使得城市熱島中心熱氣流上升，遇到了大量的凝結(jié)核，城市上方運(yùn)量也比相鄰地區(qū)上空運(yùn)量大。

1.3 影響總結(jié)

（1）年降水量、汛期降水量和最大雨量都有一定程度的增加；（2）城市化發(fā)展明顯影響了汛期最大雨量的發(fā)生頻率；（3）城市化對暴雨發(fā)生次數(shù)影響最為明顯。蘇州處于太湖平原，地理?xiàng)l件比較特別，城市化對降雨區(qū)域內(nèi)分配呈現(xiàn)集中趨勢。

2 上海市城市化發(fā)展對降水的特征影響

2.1 上海城市化發(fā)展的特點(diǎn)

上海市城市化發(fā)展主要開始于19世紀(jì)中期，到1978年城市化發(fā)展開始顯著加快，城市化特征也越發(fā)明顯。1978～2007年，非農(nóng)業(yè)人口增加大約30%，農(nóng)業(yè)產(chǎn)值的比重由原來的4%下降到0.8%，城市面積更是增加了6倍。城市建設(shè)方面，高層建筑數(shù)量超過4000幢，處于世界城市建設(shè)水平前列。截止到2007年，上海城市化水平高達(dá)88%，是我國城市化最高的城市。

2.2 上海市城市化發(fā)展對降水特征的影響

為對比城市化發(fā)展對降水特征的影響，選擇了城郊的江灣雨量站和農(nóng)村地區(qū)的夏字圩站。江灣站處于發(fā)展較快的城市副中心，而夏字圩站則處于城市發(fā)展較慢的農(nóng)村地區(qū)。從地形上進(jìn)行橫向比較，上海處于平原地域，河網(wǎng)較為豐富，整體地勢較為平坦，所以地形起伏對降水的影響基本可以忽略。

隨著城市化發(fā)展，雙累積曲線逐漸偏離對角線，斜率也有增大的趨勢，主汛期的變化更為明顯。如果以城市降水量與郊區(qū)降水量的比值表達(dá)增雨系數(shù)，1999～2007年城市化發(fā)展速度較快的階段，處于城市發(fā)展速度較快的江灣站增雨系數(shù)1979～1998年為1.03，而1979～2007年的增雨系數(shù)達(dá)到了1.101。比較年度主汛期增雨系數(shù)，1979～1990年為1.06，而1979～2007年達(dá)到了1.31。

上海地區(qū)的降水主要集中在5～9月，降水量超過全年降水量的60%，而在主汛期7月和8月，占汛期降水的50%。1979～1990年主汛期降雨量占全年降水的28%，1979～2007年主汛期降水量占全年的31%。從降雨類型上看，小雨一般發(fā)生在非汛期，城市熱島效應(yīng)比較弱，城市對降水阻礙作用使得大量降水減少，城市凝結(jié)核沒有足夠的水汽輸送，積雨云很容易被風(fēng)吹散，所以城市化對小雨的影響并不明顯。相比之下，城市化發(fā)展對暴雨的影響非常明顯，上海處于長江中下游地區(qū)，春夏季節(jié)交替和大氣環(huán)流，使得雨帶位移，六月份雨帶穩(wěn)定在江淮流域形成雨量集中時(shí)間較長的雨季。梅雨季節(jié)雨量不定，空氣濕度大，總雨量占到年雨量的20%以上。

2.3 影響總結(jié)

城市化發(fā)展對降水的影響機(jī)制比較復(fù)雜，最主要的影響因素還是城市熱島效應(yīng)和凝結(jié)核。城市化發(fā)展對含水量影響較為明顯，城市建筑的增多使得儲(chǔ)熱增加，人類活動(dòng)釋放大量的熱，城市變成一個(gè)巨大的熱源，整體看來要比郊區(qū)的氣溫高，形成城市熱島。同時(shí)，城市化發(fā)展使得城市區(qū)域地面粗糙度發(fā)生巨大的改變，影響了氣流從郊區(qū)向城市的運(yùn)動(dòng)，城市熱源產(chǎn)生空氣湍流，強(qiáng)風(fēng)被減弱。伴隨城市化的還有工業(yè)生產(chǎn)和污染，城市空氣更為渾濁，空氣溶膠濃度高，更利于凝結(jié)核的產(chǎn)生，也在一定程度上增加了城市降雨。

3 濟(jì)南市城市化發(fā)展對汛期降雨特征的影響

3.1 濟(jì)南市城市化發(fā)展的特點(diǎn)

濟(jì)南市處于泰山與華北平原的交接山前平原，整體上呈現(xiàn)南高北低的地勢。1976年以來，濟(jì)南市進(jìn)入城市化高速發(fā)展的時(shí)期，到2007年城市面積超過300平方公里，相比于解放初期的23平方公里增加了約13倍，城市人口相比于解放初期增加到超過300萬。城市化發(fā)展城區(qū)建設(shè)面積以每年4.8平方公里的速度增加，人口以每年4.5萬的速度在增加，經(jīng)濟(jì)發(fā)展也十分迅速。

3.2 城市化發(fā)展對汛期降雨量特征的影響

濟(jì)南市汛期大約在6～9月期間，整體屬于大陸性氣候，暴雨分布不是很均勻，但時(shí)程的分布更加集中。1917年以來的降水?dāng)?shù)據(jù)可以看出6～9月的降水量超過全年的75%，期間7月和8月雨量占到全年的53%。

1977～2007年，城市、郊區(qū)雨量積累曲線很好地表現(xiàn)出城市與郊區(qū)雨量增長的差異，城市降雨增加更為明顯，城市與郊區(qū)增長的差異高達(dá)15%。從地勢上分析，降水趨勢由西向東是增加大，主要原因可能是城市建筑對水汽的阻擋作用。城市化發(fā)展使得汛期降雨量雙累積曲線逐漸偏離對角線，更加直觀地說明城市化發(fā)展與汛期雨量有直接的關(guān)系。

通過城市與郊區(qū)同期降雨等級的對比我們發(fā)現(xiàn)，一般降雨城市要比郊區(qū)多9%以上，暴雨及特大暴雨城市要比郊區(qū)多出約22%，這說明城市發(fā)展不僅對降雨量有明顯的影響，還對降雨空間和頻次有較大影響。最主要的原因還是城市熱島效應(yīng)和阻礙效應(yīng)，城市發(fā)展和人為活動(dòng)使得城市汛期降雨有較大的增加。

3.3 影響分析

濟(jì)南市城市化發(fā)展前后對比，年雨量顯著增加，21世紀(jì)以來平均降水量比20世紀(jì)70年代平均降水量高出約17%，城市汛期降水量也明顯高于郊區(qū)降水量。城市化發(fā)展不但增加了城市降水量，還增加了降雨的頻次，降雨強(qiáng)度也有了明顯的變化，整體上呈現(xiàn)出暴雨次數(shù)城市高于郊區(qū)。影響這些降雨特征的因素有很多，城市化發(fā)展對環(huán)境的影響也是多方面的，各方面的影響之間的聯(lián)系也是錯(cuò)綜復(fù)雜的，對于降雨特征的影響還有待于進(jìn)一步的研究。

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作者簡介：孫元杰（1985-），男，河南鄭州人，河南省鄭州水文水資源勘測局助理工程師。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）