遼陽(yáng)市城市化發(fā)展對(duì)降水時(shí)空分布影響研究

薛 超

(遼寧省遼陽(yáng)水文局，遼寧 遼陽(yáng) 111000)

0 引 言

區(qū)域大氣降水受城市化發(fā)展的影響顯著，對(duì)降水時(shí)空分布受城市化發(fā)展的影響研究可為城市防洪預(yù)警及城市發(fā)展規(guī)劃提供重要的決策依據(jù)。通過(guò)氣候變化改變降水分布為城市化發(fā)展影響的主要途徑，如含微粒、二氧化碳等氣體較多的城市空氣和煙霧，會(huì)對(duì)地面長(zhǎng)波輻射的吸收產(chǎn)生一定的阻礙作用；城市中存在大量的人工熱源，加之能夠吸收較多太陽(yáng)輻射能和熱傳導(dǎo)率較高的城市下墊面，使得城區(qū)氣溫遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于附近的郊區(qū)，即“熱島效應(yīng)”十分明顯。熱島效應(yīng)能夠?yàn)闊崃?duì)流創(chuàng)造良好的條件，從而產(chǎn)生不穩(wěn)定的空氣結(jié)構(gòu)，在城市水氣充足的情況下易產(chǎn)生對(duì)流性降水和對(duì)流云，因此相對(duì)于其他地區(qū)城市降水量一般較高，提高約10%。目前，定性比較或理論分析為降水時(shí)空分布受城市化發(fā)展研究的主要方法，也有研究從某一方面定量分析了區(qū)域降水與城市化發(fā)展之間的變化關(guān)系，但其系統(tǒng)性和實(shí)用性較低。鑒于此，文章以遼陽(yáng)市為例，對(duì)該區(qū)域2008-2018年的城市化發(fā)展水平從社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生活、人口4個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行分析，并對(duì)城市降水時(shí)空分布受各項(xiàng)城市化指標(biāo)的影響利用偏微分鏈?zhǔn)椒▌t進(jìn)行定量的分析，以期為該區(qū)域水文水資源預(yù)測(cè)及城市化發(fā)展提供一定評(píng)判依據(jù)[1-4]。

1 研究方法

1.1 區(qū)域概況

遼陽(yáng)市屬于沈陽(yáng)經(jīng)濟(jì)區(qū)副中心城市，介于E122°35'-123°40'，N40°42'-41°36'，下轄5個(gè)區(qū)、1個(gè)縣和1個(gè)縣級(jí)市，總面積面積4744km2。該區(qū)域?yàn)闈駶?rùn)、半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，境內(nèi)氣候特征因地貌形態(tài)的差異各不相同，其中降水量最大的區(qū)域位于東部的低山丘陵區(qū)，氣候特征為夏季多大雨、暴雨，冬季氣溫低且實(shí)踐較長(zhǎng)，年均降水量在800-900mm；北部丘陵平原地帶的降水量較少處于500-700mm，氣候特征為夏季多大風(fēng)、冬季氣溫低且嚴(yán)寒期長(zhǎng)；西部沿河平原區(qū)降水量約為600-800mm，氣候特征為冬季氣溫低、夏季溫度高，屬于較強(qiáng)的大陸性氣候。境內(nèi)大小河流縱橫交錯(cuò)，其中流程在10km以上的河流29條，5km以上的約86條，這些大小河流構(gòu)成了渾河、太子河兩大水系。近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、人口規(guī)模的擴(kuò)大以及城市化進(jìn)程的加快，各業(yè)用水量急劇增加，水資源供需緊張及時(shí)空分布不均衡等問(wèn)題突出，關(guān)于降水時(shí)空分布與該地區(qū)城市化發(fā)展關(guān)系的研究鮮有報(bào)道[5-8]。

1.2 城市化發(fā)展水平

通常采用不同的指標(biāo)來(lái)反映城市化發(fā)展水平，較為常用的服務(wù)業(yè)與工業(yè)所占比例、建設(shè)用地面積、非農(nóng)業(yè)人口等指標(biāo)。然而，這些指標(biāo)往往是從一個(gè)側(cè)面表征城市化水平，而無(wú)法系統(tǒng)、全面的體現(xiàn)其發(fā)展?fàn)顩r。因此，文章對(duì)遼陽(yáng)市城市化發(fā)展水平考慮選用陸華山等[9]提出的功效系數(shù)法評(píng)價(jià)，該方法是一種多因素、多層次定量分析法，在商業(yè)趨勢(shì)預(yù)測(cè)、經(jīng)營(yíng)水平及服務(wù)質(zhì)量評(píng)價(jià)等領(lǐng)域已得到廣泛的應(yīng)用。借鑒王美娜等[10]研究資料構(gòu)建城市化發(fā)展評(píng)價(jià)體系，在遵循系統(tǒng)性、科學(xué)性、獨(dú)立性、代表性及可行性等原則的基礎(chǔ)上，考慮從社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、人口和生活4個(gè)子系統(tǒng)選擇評(píng)判指標(biāo)，梯階層次結(jié)構(gòu)及各參數(shù)權(quán)重，城市化發(fā)展綜合評(píng)判體系見(jiàn)表1。選擇遼陽(yáng)市社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)、統(tǒng)計(jì)年鑒及相關(guān)資料作為各數(shù)據(jù)的獲取來(lái)源。

表1 城市化發(fā)展綜合評(píng)判體系

1.3 降水時(shí)空分布影響分析

將降水時(shí)空分布受城市化發(fā)展的影響分為定量計(jì)算和定性分析2個(gè)方面，其中定量計(jì)算是對(duì)各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)降水變化的貢獻(xiàn)率利用蔣懿等提出的偏微分鏈?zhǔn)椒▌t進(jìn)行計(jì)算，而定性分析主要通過(guò)分析降水變化受城市化發(fā)展的影響特征，從而確定二者之間的作用懸系。采用該方法分析降水時(shí)空變化特征，其表達(dá)式如下：

(1)

式中：F1、F2、F3、F4分別為人口、經(jīng)濟(jì)、生活與社會(huì)子系統(tǒng)對(duì)降水時(shí)空分布影響的貢獻(xiàn)率；P為區(qū)域降水量。

根據(jù)偏微分方程的定義可將降水量變化率以等式左端表示，而P受影響因子F1的影響利用等式右端第1項(xiàng)表示，依次類(lèi)推反映其他各因子的影響作用。

2 結(jié)果分析

2.1 遼陽(yáng)市城市化發(fā)展進(jìn)程

對(duì)2008-2018年遼陽(yáng)市城市化發(fā)展水平利用表1中各參評(píng)指標(biāo)和功效系數(shù)法進(jìn)行評(píng)價(jià)，2008-2018年城市化發(fā)展水平，見(jiàn)圖1。從圖1可以看出，遼陽(yáng)市城市化水平在人口子系統(tǒng)中表現(xiàn)出緩慢的增大趨勢(shì)，這主要與該區(qū)域人口流失與老齡化等問(wèn)題相關(guān)，另外嚴(yán)格的戶(hù)籍管理對(duì)城市化發(fā)展也產(chǎn)生一定的影響。2008-2013年遼陽(yáng)市經(jīng)濟(jì)發(fā)展子系統(tǒng)呈快速上升趨勢(shì)，但增長(zhǎng)速率在2014年受產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、金融危機(jī)等因素影響有所降低。經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的變化速率與生活方面保持較好的一致性，其原因?yàn)榻?jīng)濟(jì)狀況對(duì)居民生活和消費(fèi)支出的影響較為突出，進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)略低于生活方面的指標(biāo)，由此表明該地區(qū)由以前的保守消費(fèi)觀念逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榉e極的消費(fèi)觀念。2011-2012年葫蘆島市的社會(huì)子系統(tǒng)增長(zhǎng)較快，這主要與該時(shí)期投資建設(shè)了大規(guī)模的基礎(chǔ)項(xiàng)目，隨后其增長(zhǎng)速率逐漸放緩，其原因?yàn)榛A(chǔ)設(shè)施逐漸完善，投資建設(shè)工程有所減少?？傮w而言，在2008-2018年遼陽(yáng)市的城市化水平逐漸增大，年平均城市化指數(shù)為0.0048。

圖1 2008-2018年城市化發(fā)展水平

2.2 降水量時(shí)空分布

2008-2018年城市化發(fā)展水平，見(jiàn)圖2。從圖2可以看出，各地區(qū)的降水量變化特征均表現(xiàn)出波動(dòng)型增大趨勢(shì)，變化規(guī)律基本相同，研究期間的降水分布未產(chǎn)生較大的改變，不同地區(qū)的降水量不盡相同。對(duì)燈塔市、遼陽(yáng)縣及市區(qū)年均降水量進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果分別為592、571、685mm，在空間分布上降水總量呈自西北向東南遞增的趨勢(shì)。遼陽(yáng)市年均降水量在研究期間內(nèi)為571mm，基于趨勢(shì)線的變化斜率為25.06，可見(jiàn)遼陽(yáng)市總體降水量在研究期間內(nèi)呈不斷增大趨勢(shì)。

圖2 2008-2018年城市化發(fā)展水平

2.3 城市化對(duì)降水時(shí)空分布的影響

遼陽(yáng)市各地區(qū)的降水空間分布特征基本一致，由此可認(rèn)為該地區(qū)的降水空間分布受城市化發(fā)展的影響較低，當(dāng)?shù)亟邓臅r(shí)間變化可依據(jù)權(quán)值平均值相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。遼陽(yáng)市城市化發(fā)展水平在時(shí)間分布方面整體表現(xiàn)出增大趨勢(shì)，相應(yīng)的降水量也呈逐漸增大趨勢(shì)，從“熱島效應(yīng)”的角度可認(rèn)為遼陽(yáng)市降水量的增加在很大程度上取決于城市化發(fā)展水平。遼陽(yáng)市城市化綜合指數(shù)在2008-2018年期間的年均增長(zhǎng)率為1.6%，降水量年均增長(zhǎng)約25.076mm，由此可推導(dǎo)出該區(qū)域每增加1個(gè)百分點(diǎn)的城市化水平，所增大的降水量約16.5mm。

對(duì)降水量變化受城市化發(fā)展各項(xiàng)指標(biāo)的影響利用偏微分鏈?zhǔn)椒▌t進(jìn)行計(jì)算分析，從而確定各參數(shù)對(duì)降水影響的程度，降水變化受城市化發(fā)展各指標(biāo)的影響程度，見(jiàn)表2。從表2可以看出，不同時(shí)間段的降水量變化受社會(huì)、生活、經(jīng)濟(jì)與人口的影響程度存在一定差異，這不僅與降水變化受城市化發(fā)展的影響機(jī)理比較復(fù)雜相關(guān)，而且與存在較大不穩(wěn)定性的城市化發(fā)展因素相關(guān)。因此，有必要對(duì)各指標(biāo)的綜合影響能力及其對(duì)城市化的平均貢獻(xiàn)率進(jìn)行計(jì)算，社會(huì)、生活、經(jīng)濟(jì)、人口子系統(tǒng)的計(jì)算值依次為28.15、24.26、25.28、22.34,。所以，按照由小到大的次序確定降水時(shí)空分布受各指標(biāo)的影響程度，依次為人口、生活、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)指標(biāo)。

表2 降水變化受城市化發(fā)展各指標(biāo)的影響程度

3 結(jié) 論

遼陽(yáng)市降水量空間分布受城市化發(fā)展的影響程度較低，2008-2018年各地區(qū)的降水量均表現(xiàn)出明顯的增大趨勢(shì)；遼陽(yáng)市每增加1個(gè)百分點(diǎn)的城市化發(fā)展水平，增加的降水量約為16.5mm。遼陽(yáng)市降水量變化受社會(huì)指標(biāo)的影響最為顯著，其次為生活與經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，而人口子系統(tǒng)在城市化發(fā)展指標(biāo)體系中的貢獻(xiàn)率最低。文章僅考慮了降水變化受城市化發(fā)展的影響，為更加系統(tǒng)科學(xué)的反映降水量變化作用機(jī)理未來(lái)仍需要進(jìn)一步研究其他因素的影響作用，從而提高評(píng)價(jià)結(jié)果的可靠性與準(zhǔn)確度。