遼陽市城市化發展對降水時空分布影響研究

薛 超

(遼寧省遼陽水文局，遼寧 遼陽 111000)

0 引 言

區域大氣降水受城市化發展的影響顯著，對降水時空分布受城市化發展的影響研究可為城市防洪預警及城市發展規劃提供重要的決策依據。通過氣候變化改變降水分布為城市化發展影響的主要途徑，如含微粒、二氧化碳等氣體較多的城市空氣和煙霧，會對地面長波輻射的吸收產生一定的阻礙作用；城市中存在大量的人工熱源，加之能夠吸收較多太陽輻射能和熱傳導率較高的城市下墊面，使得城區氣溫遠遠高于附近的郊區，即“熱島效應”十分明顯。熱島效應能夠為熱力對流創造良好的條件，從而產生不穩定的空氣結構，在城市水氣充足的情況下易產生對流性降水和對流云，因此相對于其他地區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空分布受城市化發展研究的主要方法，也有研究從某一方面定量分析了區域降水與城市化發展之間的變化關系，但其系統性和實用性較低。鑒于此，文章以遼陽市為例，對該區域2008-2018年的城市化發展水平從社會、經濟、生活、人口4個子系統進行分析，并對城市降水時空分布受各項城市化指標的影響利用偏微分鏈式法則進行定量的分析，以期為該區域水文水資源預測及城市化發展提供一定評判依據[1-4]。

1 研究方法

1.1 區域概況

遼陽市屬于沈陽經濟區副中心城市，介于E122°35'-123°40'，N40°42'-41°36'，下轄5個區、1個縣和1個縣級市，總面積面積4744km2。該區域為濕潤、半濕潤季風氣候，境內氣候特征因地貌形態的差異各不相同，其中降水量最大的區域位于東部的低山丘陵區，氣候特征為夏季多大雨、暴雨，冬季氣溫低且實踐較長，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、冬季氣溫低且嚴寒期長；西部沿河平原區降水量約為600-800mm，氣候特征為冬季氣溫低、夏季溫度高，屬于較強的大陸性氣候。境內大小河流縱橫交錯，其中流程在10km以上的河流29條，5km以上的約86條，這些大小河流構成了渾河、太子河兩大水系。近年來，隨著經濟的發展、人口規模的擴大以及城市化進程的加快，各業用水量急劇增加，水資源供需緊張及時空分布不均衡等問題突出，關于降水時空分布與該地區城市化發展關系的研究鮮有報道[5-8]。

1.2 城市化發展水平

通常采用不同的指標來反映城市化發展水平，較為常用的服務業與工業所占比例、建設用地面積、非農業人口等指標。然而，這些指標往往是從一個側面表征城市化水平，而無法系統、全面的體現其發展狀況。因此，文章對遼陽市城市化發展水平考慮選用陸華山等[9]提出的功效系數法評價，該方法是一種多因素、多層次定量分析法，在商業趨勢預測、經營水平及服務質量評價等領域已得到廣泛的應用。借鑒王美娜等[10]研究資料構建城市化發展評價體系，在遵循系統性、科學性、獨立性、代表性及可行性等原則的基礎上，考慮從社會、經濟、人口和生活4個子系統選擇評判指標，梯階層次結構及各參數權重，城市化發展綜合評判體系見表1。選擇遼陽市社會發展統計公報、統計年鑒及相關資料作為各數據的獲取來源。

表1 城市化發展綜合評判體系

1.3 降水時空分布影響分析

將降水時空分布受城市化發展的影響分為定量計算和定性分析2個方面，其中定量計算是對各項評價指標對降水變化的貢獻率利用蔣懿等提出的偏微分鏈式法則進行計算，而定性分析主要通過分析降水變化受城市化發展的影響特征，從而確定二者之間的作用懸系。采用該方法分析降水時空變化特征，其表達式如下：

(1)

式中：F1、F2、F3、F4分別為人口、經濟、生活與社會子系統對降水時空分布影響的貢獻率；P為區域降水量。

根據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項表示，依次類推反映其他各因子的影響作用。

2 結果分析

2.1 遼陽市城市化發展進程

對2008-2018年遼陽市城市化發展水平利用表1中各參評指標和功效系數法進行評價，2008-2018年城市化發展水平，見圖1。從圖1可以看出，遼陽市城市化水平在人口子系統中表現出緩慢的增大趨勢，這主要與該區域人口流失與老齡化等問題相關，另外嚴格的戶籍管理對城市化發展也產生一定的影響。2008-2013年遼陽市經濟發展子系統呈快速上升趨勢，但增長速率在2014年受產業轉型升級、金融危機等因素影響有所降低。經濟指標的變化速率與生活方面保持較好的一致性，其原因為經濟狀況對居民生活和消費支出的影響較為突出，進一步分析發現經濟指標略低于生活方面的指標，由此表明該地區由以前的保守消費觀念逐漸轉變為積極的消費觀念。2011-2012年葫蘆島市的社會子系統增長較快，這主要與該時期投資建設了大規模的基礎項目，隨后其增長速率逐漸放緩，其原因為基礎設施逐漸完善，投資建設工程有所減少。總體而言，在2008-2018年遼陽市的城市化水平逐漸增大，年平均城市化指數為0.0048。

圖1 2008-2018年城市化發展水平

2.2 降水量時空分布

2008-2018年城市化發展水平，見圖2。從圖2可以看出，各地區的降水量變化特征均表現出波動型增大趨勢，變化規律基本相同，研究期間的降水分布未產生較大的改變，不同地區的降水量不盡相同。對燈塔市、遼陽縣及市區年均降水量進行計算，結果分別為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。遼陽市年均降水量在研究期間內為571mm，基于趨勢線的變化斜率為25.06，可見遼陽市總體降水量在研究期間內呈不斷增大趨勢。

圖2 2008-2018年城市化發展水平

2.3 城市化對降水時空分布的影響

遼陽市各地區的降水空間分布特征基本一致，由此可認為該地區的降水空間分布受城市化發展的影響較低，當地降水的時間變化可依據權值平均值相關數據進行分析。遼陽市城市化發展水平在時間分布方面整體表現出增大趨勢，相應的降水量也呈逐漸增大趨勢，從“熱島效應”的角度可認為遼陽市降水量的增加在很大程度上取決于城市化發展水平。遼陽市城市化綜合指數在2008-2018年期間的年均增長率為1.6%，降水量年均增長約25.076mm，由此可推導出該區域每增加1個百分點的城市化水平，所增大的降水量約16.5mm。

對降水量變化受城市化發展各項指標的影響利用偏微分鏈式法則進行計算分析，從而確定各參數對降水影響的程度，降水變化受城市化發展各指標的影響程度，見表2。從表2可以看出，不同時間段的降水量變化受社會、生活、經濟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展的影響機理比較復雜相關，而且與存在較大不穩定性的城市化發展因素相關。因此，有必要對各指標的綜合影響能力及其對城市化的平均貢獻率進行計算，社會、生活、經濟、人口子系統的計算值依次為28.15、24.26、25.28、22.34,。所以，按照由小到大的次序確定降水時空分布受各指標的影響程度，依次為人口、生活、經濟和社會指標。

表2 降水變化受城市化發展各指標的影響程度

3 結 論

遼陽市降水量空間分布受城市化發展的影響程度較低，2008-2018年各地區的降水量均表現出明顯的增大趨勢；遼陽市每增加1個百分點的城市化發展水平，增加的降水量約為16.5mm。遼陽市降水量變化受社會指標的影響最為顯著，其次為生活與經濟指標，而人口子系統在城市化發展指標體系中的貢獻率最低。文章僅考慮了降水變化受城市化發展的影響，為更加系統科學的反映降水量變化作用機理未來仍需要進一步研究其他因素的影響作用，從而提高評價結果的可靠性與準確度。