快速城市化對區(qū)域溫度的影響分析

夏天虹，董桂君

(1.綿陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川綿陽 621000；2.信息產(chǎn)業(yè)電子第十一設(shè)計研究院科技工程股份有限公司綿陽分院，四川綿陽 621000)

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快速城市化對區(qū)域溫度的影響分析

夏天虹1，董桂君2

(1.綿陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川綿陽 621000；2.信息產(chǎn)業(yè)電子第十一設(shè)計研究院科技工程股份有限公司綿陽分院，四川綿陽 621000)

隨著經(jīng)濟快速發(fā)展，我國各地區(qū)均有明顯的城市化發(fā)展趨勢，這將引起城市溫度的變化。在此根據(jù)四川省常規(guī)氣象數(shù)據(jù)，分析城市化的發(fā)展對區(qū)域溫度的影響。結(jié)果表明，城市化使得城市溫度逐漸升高；隨著城市的外張，城市熱島效應(yīng)范圍逐漸擴大；城市平均溫度變化率與工業(yè)化有關(guān)，工業(yè)發(fā)展比人口增多更影響城市溫度。

城市化；區(qū)域溫度；工業(yè)化；影響

2011年12月中國社會藍皮書發(fā)布，我國城鎮(zhèn)人口占總?cè)丝诒戎厥状纬^了50%，這標(biāo)志著城市化已突破50%。根據(jù)統(tǒng)計，我國到2030年城市化率將達65%，屆時我國城市化將達到城市高度發(fā)達階段[1]。隨著城市人口密度增加，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的變化，工廠、商業(yè)和家庭活動產(chǎn)生廢熱排放量不斷增多。當(dāng)排放量超過區(qū)域環(huán)境自凈能力時，導(dǎo)致城市溫度累積。Kalnay等研究表明城市化會引起區(qū)域溫度升高[2-3]。在城市基礎(chǔ)建設(shè)形成的特殊墊面以及人類活動(生活、經(jīng)濟活動)雙重影響下便形成了一種局地氣候[4]。城市溫度的快速增加使人們對未來的生存環(huán)境感到擔(dān)憂，因此，基于城市氣候環(huán)境保護的研究已經(jīng)是相關(guān)領(lǐng)域亟需研究的課題。筆者收集了四川省成都市、彭州市(縣級市)和德陽市1974～2008年的城市發(fā)展和氣溫數(shù)據(jù)。分析四川省快速城市化對區(qū)域溫度的影響，為城市氣候研究提供參考。

1 資料與方法

1.1 研究資料研究資料為成都市1974～2008年的城市發(fā)展和氣溫資料，彭州和德陽市1974～2007年的城市發(fā)展和氣溫資料。成都市、彭州市和德陽市均屬于成都平原地區(qū)，地勢平坦。彭州市屬于成都市區(qū)北郊，成都市的上風(fēng)上水位置，彭州的氣候因子不受成都市下方向 “城市尾羽層”的影響。德陽市是我國重大技術(shù)裝備制造基地和中國三大動力設(shè)備制造基地之一，是典型的工業(yè)城市。

1.2 研究方法采用實況氣溫數(shù)據(jù)直接平均和滑動平均[5]，計算3個城市的平均溫度。其中，滑動平均是我國氣象分析的基礎(chǔ)方法，是一種最真實和最全面的平均模式。一般認為，近一百年來，全球的溫度上升了約0.5～0.6 ℃[6-7]。在此所采用的溫度數(shù)據(jù)是從1974年開始，時間太短，不能夠剔除掉因全球變暖而造成的增溫量，因此，文中所反映的增溫量包含全球變暖和城市化增溫兩部分量。

2 城市化對溫度的影響

2.1 成都氣溫變化趨勢從1974～2008年成都市區(qū)年平均氣溫情況(圖1)可看出，成都市區(qū)1974～2008年年平均氣溫發(fā)生了不容忽視的總體逐步上升，1975年實況平均氣溫為15.53 ℃，三點滑動平均為15.07 ℃，到了2007年，實況平均氣溫為16.36 ℃，三點滑動平均為16.43 ℃，32年間實況平均氣溫上升了0.83 ℃，滑動平均氣溫增加了1.36 ℃。實況溫度平均曲線表明，20世紀(jì)70和80年代成都氣溫呈波動狀態(tài)，上升趨勢不明顯，到90年代，氣溫開始上升，90年代末及以后，氣溫增加迅速；從三點滑動平均曲線亦可看出，進入90年代，氣溫進入快速上升階段。由此可見，隨著城市化的發(fā)展，城市熱環(huán)境明顯發(fā)生改變。

圖1 1974～2008年成都年平均氣溫及其三點滑動平均變化

由成都市區(qū)實況年平均溫度變化趨勢(圖2)可見，1974～1996年氣溫線性系數(shù)僅為0.007 9，表明該階段的城市氣溫上升非常緩慢；結(jié)合成都經(jīng)濟，此階段為成都經(jīng)濟發(fā)展緩慢期；從1996年開始，氣溫線性系數(shù)為0.082 6，反映了此階段城市增溫迅速，是成都經(jīng)濟發(fā)展的快速期。可見，城市經(jīng)濟發(fā)展與城市區(qū)域溫度緊密相關(guān)。

圖2 1974～2008年成都年平均氣溫變化

2.2 城市發(fā)展對郊區(qū)氣溫影響由成都市區(qū)和彭州1974～2007年的三點滑動平均氣溫情況(圖3)可見，彭州與成都市一致，溫度呈逐漸上升趨勢，表明彭州亦受城市化的影響。彭州氣溫一般低于成都氣溫，這主要是由于彭州城市化程度不及成都，成都的高速城市化發(fā)展、主城區(qū)高密度建設(shè)，使得城市下墊面蓄熱程度加強，形成熱島效應(yīng)，使得成都市區(qū)的溫度高于北郊的彭州，溫差在0.08～0.42 ℃。隨著成都的高速發(fā)展，城市中心的熱島現(xiàn)象表現(xiàn)明顯，尤其在20世紀(jì)80年代、90年代和21世紀(jì)初期，成都與彭州均存在明顯的溫差，反映了此階段成都市的熱島效應(yīng)嚴(yán)重。2004年以后，彭州的三點滑動平均氣溫迅速上升，最后于2006年與成都氣溫趨于一致，表明城市化擴張對周邊區(qū)域溫度有直接影響，結(jié)合大成都建設(shè)，表明2006年成都與彭州的城郊氣候界線打破。城市化導(dǎo)致的區(qū)域氣候隨著城市外張而使得城市熱島效應(yīng)范圍逐漸擴大。

圖3 1974～2007年成都和彭州三點滑動平均氣溫情況

2.3 工業(yè)對城市溫度的影響目前，普遍認為導(dǎo)致城市溫暖化有4個因素，即工廠、家庭及商業(yè)活動產(chǎn)生余熱；溫室氣體排放量增加，改變輻射收支量；城市內(nèi)建筑物的增加使得熱交換加劇；城市下墊層改變。其中，第1個因素是導(dǎo)致城市溫暖化的直接原因，其他因素為間接原因。直接原因可大致解析為人口和工業(yè)發(fā)展。根據(jù)成都市和德陽市主城區(qū)人口和經(jīng)濟增長特點，分析工業(yè)對城市溫度的影響。

從成都和德陽市1974～2007年實況年平均氣溫曲線(圖4)可看出，1974～1976年德陽與成都的溫差較小，但隨著時間的推移，兩城市的溫差越來越大，在成都氣溫增加的同時，德陽增溫顯著，到2007年時，德陽比成都年平均溫度高0.87 ℃。從成都和德陽年平均溫度和兩者的溫差情況(表1)可看到，成都1974～1993年的年平均氣溫比較穩(wěn)定，在15.05～15.17 ℃波動，1994～1998年年平均溫度開始逐步上升；德陽從1974年開始，年平均氣溫便穩(wěn)步增高：對比德陽與成都年平均溫度差，溫差從0.11 ℃一直擴大至0.73 ℃，表明德陽市城市化比成都更嚴(yán)重。

圖4 1974～2007年成都、德陽年平均溫度情況

表1 1974～2007年成都、德陽年平均溫差情況 ℃/a

成都市人口總量持續(xù)增長，城區(qū)聚集明顯，是生活商貿(mào)城市。德陽是我國重要的工業(yè)城市，從20世紀(jì)50年代，便堅定不移地實施工業(yè)強市戰(zhàn)略，到2006年，工業(yè)對德陽GDP的貢獻率達73.73%[8]。德陽主城區(qū)(旌陽區(qū))的人口演變情況是2000年62.89萬、2004年63萬、2006年64.21萬，年平均增長率0.35%，遠低于成都市人口年平均增長率2.4%[9]。 導(dǎo)致城市溫暖化的直接原因主要是人口和工業(yè)發(fā)展，根據(jù)圖4、表1和以上分析，工業(yè)活動比人口以及人口涉及的家庭活動和商業(yè)活動更能形成多余熱量，進而造成城市氣溫快速增高，導(dǎo)致城市熱環(huán)境和熱舒適性惡化。

3 結(jié)論

經(jīng)濟發(fā)展的同時，城市化導(dǎo)致的區(qū)域氣候變化明顯。在近30年中，成都城區(qū)和郊區(qū)的年平均溫度均呈上升趨勢，城區(qū)與郊區(qū)存在明顯的溫差，熱島效應(yīng)明顯。伴隨城市區(qū)域發(fā)展，成都城市外張使得熱島效應(yīng)范圍逐漸擴大。區(qū)域溫度的演變趨勢和城市發(fā)展情況表明，快速的城市化發(fā)展已經(jīng)對區(qū)域氣候產(chǎn)生了重要的影響，相對于人口集中，工業(yè)化對城市溫度影響更大。

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Analysis on the Impact of Urbanization on Regional Temperature

XIA Tian-hong1, DONG Gui-jun2

(1. Mianyang Vocational and Technical College, Mianyang, Sichuan 621000; 2. The IT Electronics Eleventh Design & Research Institute and Technological Engineering Corporation Limited, Mianyang, Sichuan 621000)

Because of the development of economy, urbanization is quite obvious in cities of China. The urbanization changes cities’ temperature. The impact of urbanization on regional temperature was analyzed according to the conventional meteorological data of Sichuan Province. It was found that the urban temperature is gradually increasing because of the urbanization, the range of Urban Heat Island phenomenon (UHI) continues to expand with the development of urban. The temperature changing rates are related to the industrialization, and industry is more important to the city temperature than the population.

Urbanization; Regional temperature; Industrialization; Impact

夏天虹(1987- )，女，四川宜賓人，助教，碩士，從事建筑與生態(tài)環(huán)境研究。

2014-11-28

S 161.2；F 290

A

0517-6611(2015)02-198-02