京津唐夏季高溫特征及對城市化的響應探析

■黃紅麗　劉勇洪　房小怡

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京津唐夏季高溫特征及對城市化的響應探析

■黃紅麗劉勇洪房小怡

城市化不是引起高溫的唯一原因，大氣環(huán)流和全球氣候變暖也可能是引起高溫的主要原因，深入對比研究大氣環(huán)流和城市化對高溫的影響將是未來研究的重點。

改革開放以來，中國的城市化進程加快，極端高溫天氣發(fā)生越來越頻繁，呈現出強度大、頻次高、范圍廣等特點，極端高溫事件往往與特重干旱相伴而來，嚴重威脅人們的生命及能源、水資源和糧食安全等。高溫熱浪在夏季嚴重影響人體健康，甚至會造成死亡。高溫還使用水量、用電量急劇上升，從而給人們生活、生產帶來很大影響。歷史統(tǒng)計資料表明，在美國，高溫熱浪比颶風、洪水和龍卷風一起造成的死亡總和還要高。在我國，大量學者對城市高溫特征及對城市化的影響進行了研究，賀懿華等、王迎春等、連志鸞等分別研究了武漢、北京、石家莊高溫氣候特征和成因。崔林麗等研究了上海市極端高溫變化特征，并分析了城市化對極端高溫的影響。毛留喜等研究了川渝高溫對生態(tài)環(huán)境的影響。在京津冀一體化大背景條件下，本文對京津唐城市群進行高溫研究，分析了京津唐高溫特征，探討了城市化過程對高溫的影響。

數據集所用基礎數據來源于國家氣象信息中心“地面基礎氣象資料建設專項的中國國家級地面氣象站基本氣象要素日值數據集（V3.0）”，該數據集使用RHtest（PMFT/PMT）方法對氣溫日值序列做均一性檢驗訂正，對檢出的不連續(xù)點利用臺站元數據信息進行逐點查證，同時結合元數據分析和氣候資料序列合理性分析對各臺站資料序列的均一性狀況進行綜合判斷，經過了嚴格的質量控制，各站數據完整性和數據質量較好。

我國定義日最高氣溫（Tmax）超過35℃為高溫天氣，因此規(guī)定凡是測站每天的極端最高氣溫達到35℃及以上就記為一個高溫站次，為區(qū)分高溫天氣出現的不同程度，達到37℃及以上記為一個強高溫站次，達到40℃及以上記為一個極端高溫站次。本次選取北京、天津、唐山三個城市30個氣象站（圖1）近50年（1963—2012年）日最高氣溫，統(tǒng)計京津唐地區(qū)6—8 月35、37和40℃及以上各旬以及近50年的高溫日數，形成各站高溫日數序列，結合地理信息系統(tǒng)數據研究城市群高溫的時空概率分布特征。并選定具有代表性的城市站和郊區(qū)站（圖1）（分別為北京站與平谷站、天津城市氣候監(jiān)測站與寶坻站、唐山站與灤縣站）研究高溫對城市化的響應。

圖1　京津唐城市群氣象站點分布

一、京津唐高溫時空概率分布特征

根據近50年（1963—2012年）30個氣象站夏季（6—8月）各旬高溫日數統(tǒng)計，結合GIS與地理信息系統(tǒng)數據繪制的35℃及以上（圖2）、37℃及以上，以及6—7月（8月沒有出現40℃及以上高溫，故沒有列出）40℃及以上（圖略）高溫概率空間分布圖。分析發(fā)現，天津靜海市是35℃及以上高溫概率極高值中心，除8月下旬外高溫發(fā)生的概率都是最大的，此外，北京市區(qū)和天津市區(qū)周圍是另外兩個高值中心，主要是城市區(qū)域發(fā)展速度快，植被、綠地、水體等自然下墊面被各種建筑、廣場、道路等熱容量小的人工構筑物取代，且密集高大的建筑物使城市風速減小，使熱量不易散失造成的。6—7月，35℃及以上高溫呈現中部大于四周、南高北低的態(tài)勢，北京市區(qū)和天津市區(qū)形成高溫線，受地形、經濟發(fā)展以及城市化程度的影響相對較低，北京市呈現往西和往北遞減的趨勢，天津則呈現往西北、往北遞減的趨勢。唐山市的高溫呈現西高東低，并且唐山西部發(fā)生高溫的概率要大于唐山市區(qū)，可能主要是因為唐山靠海的緣故，具體原因需要進一步分析。

圖2　京津唐6—8月各旬35℃以上高溫概率分布（%）

近50年來，京津唐35℃及以上高溫主要發(fā)生在6月中下旬和7月上旬，大興、靜海等地高溫概率超過60%，唐山發(fā)生高溫概率較小，6月下旬和7月上旬唐山市區(qū)及西部一帶高溫發(fā)生概率比其他時段偏大。

6—7月，37℃和35℃及以上高溫空間分布基本相同，但概率明顯減小。6、7月，37℃及以上高溫主要發(fā)生在北京市中心和天津市中心及周邊區(qū)域以及唐山市西部地區(qū)，在6月下旬和7月上旬有一半以上地區(qū)高溫概率超過15%。8月，37℃及以上高溫概率明顯減小，8月中下旬，天津、唐山沒有出現高溫。

6月上旬發(fā)生40℃及以上極端高溫范圍高于6月中下旬，7月40℃及以上極端高溫范圍明顯大于6月，高溫的極大值出現在7月中旬的昌平、海淀地區(qū)，高溫概率為6%。

二、城市化過程對高溫的影響

分析發(fā)現，北京站和平谷站出現35℃（圖3）和37℃以上高溫日數的變化趨勢大致相同（圖略），20世紀60—70年代初期和90年代中期以后是2個多高溫時段，70年代中期—90年代中期則是少高溫時段。40℃以上高溫日只在2個多高溫時段有出現（表1）。

圖3　城市站與郊區(qū)站35℃及以上高溫日數對比

從高溫的出現情況看，城市化效應使北京站的高溫明顯要多于郊區(qū)平谷站，北京城市化達到相當高的水平。在1997—2012年，郊區(qū)平谷站35℃及以上的高溫日數占近50年的54%，37℃及以上的高溫達到63%，40℃及以上的高溫都是在這段時間發(fā)生的，由此看出平谷的城市化發(fā)展較快，城市化效應也在逐步顯現。

天津市城市氣候站和郊區(qū)站寶坻站出現35℃（圖3）和37℃及以上高溫日數的變化趨勢大致相同（圖略），與北京高溫變化趨勢相似。20世紀60—70年代初期和90年代后期以后是2個多高溫時段，70年代中期—90年代中期則是少高溫時段。40℃及以上高溫日只在2個多高溫時段有出現（表1）。

表1　城市站和郊區(qū)站高溫日數（d）統(tǒng)計

唐山站和灤縣站出現35℃（圖3）和37℃及以上高溫日數的變化趨勢大致相同（圖略），20世紀60—70年代初期和90年代后期以后是2個多高溫時段，70年代中期—90年代中期則是少高溫時段,由于唐山城市發(fā)展水平偏低，緯度稍高，離海岸線近，總的高溫日數比北京和天津要低。40℃及以上高溫日只在2002年的城市站唐山站出現過。

總體上看，城市站高溫日數明顯多于郊區(qū)站，主要可能是因為受城市化建設影響，城市工業(yè)、交通、生活放出大量熱量和污染物，而污染物又會吸收熱量產生溫室效應，使大氣升溫。在35℃及以上高溫中，北京站比平谷站高34%，天津城市氣候站比寶坻站高大約30%，唐山站比灤縣站多42%，天津城郊差別較小可能是因為兩站相距較近，城市氣候站距離海岸線較近的緣故。城市化效應對高溫的影響逐漸顯現，1997—2012年表現得尤為明顯，隨著城市化的發(fā)展和城鎮(zhèn)人口的增多，城市高溫可能會越來越明顯。

三、討論

以上分析可看出，天津市靜海區(qū)和唐山西部地區(qū)發(fā)生高溫的概率明顯高于市區(qū)，與城市化關系較小。城市化不是引起高溫的唯一原因，大氣環(huán)流和全球氣候變暖也可能是引起高溫的主要原因，因此，深入對比研究大氣環(huán)流和城市化對高溫的影響將是未來研究的重點。此外，城市化使下墊面發(fā)生改變，定量研究城市化對高溫的影響也將是未來研究的重點，利用衛(wèi)星遙感等手段將可以更精確地研究城市下墊面改變對高溫的影響。

深入閱讀

崔林麗,史軍 ,周偉東.2009.上海極端氣溫變化特征及其對城市化的響應.地理科學,29(1):93-97.

賀懿華,諶偉,李才媛,等.2007.武漢市盛夏高溫氣候特征和成因及預報.氣象科技,35(6):809-813.

連志鸞,尤鳳春.2005.石家莊高溫悶熱天氣氣候特征與預報方法.氣象,31(6):17-21.

毛留喜,錢拴,侯英雨,等.2007.2006年夏季川渝高溫干旱的生態(tài)氣象監(jiān)測與評估.氣象,2007,33(3):83-88.

王迎春,葛國慶,陶祖鈺.2003.北京夏季高溫悶熱天氣的氣候特征和2008夏季奧運會.氣象,29(9):23-27.

（作者單位：黃紅麗，氣象出版社；劉勇洪、房小怡，北京市氣候中心）

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