延安市局地溫度變化的影響因素分析

田 茜，徐 寧，田 蕾，肖 旭，張彥萌

(1.延安大學(xué) 經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，陜西 延安 716000；2.甘肅礦區(qū)(中核四0四有限公司)機(jī)關(guān)，甘肅 嘉峪關(guān) 735100；3.延安市氣象局，陜西 延安 716000)

政府間氣候變化專門委員會(IPCC)第五次評估報告[1-3]指出，全球表面平均溫度在1880～2012年期間平均升高了0.85℃(0.65～1.06℃)，北半球20世紀(jì)80年代平均溫度比60年代高0.4℃，在中國，近百年(1909～2011年)陸地區(qū)域平均增溫0.9～1.5℃。IPCC認(rèn)為最近百年全球變暖是毫無疑問的，導(dǎo)致全球變暖的原因是多方面的，95%以上的可能性由人類活動導(dǎo)致，其中主要因素有CO2排放和土地利用方式改變等。全球氣候變暖不僅對氣候、生態(tài)、環(huán)境造成巨大影響，也給人類社會生產(chǎn)和生活帶來了未知改變，因此成為各界關(guān)注的熱點。相較于全球尺度，區(qū)域尺度的氣候變化對局地影響更為重要和直接，因此，區(qū)域氣候變化研究已引起廣泛關(guān)注[4-6]。

延安市位于黃土高原腹地季風(fēng)區(qū)，前人研究[7-8]表明該區(qū)域是全球氣候變化響應(yīng)的敏感區(qū)域之一。在全球增溫的背景下，延安市氣溫也在隨之發(fā)生變化[9]。氣溫作為衡量氣候變化的重要因素，是人們了解氣候變化的首選研究對象。所以，本研究客觀分析了延安市近50年來氣溫變化特征及其影響因素，尤其是“削山造城”前后氣溫變化特征及其影響因素，以期為當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境和社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展提供參考資料。

1 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

延安市位于北緯35°21′～37°31′，東經(jīng)107°41′～110°31′之間陜北黃土高原中部丘陵溝壑區(qū)、黃河中游，東與山西省呂梁市隔黃河相望，西與甘肅省慶陽市接壤于子午嶺，南毗鄰于渭南、銅川和咸陽市，北挨榆林市，東西寬256 km，南北長236 km，總面積37036 km2(圖1)，平均海拔為1200 m。屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年均氣溫在7.7℃～10.6℃，年平均日照數(shù)為2300～2700 h，平均年降水量為500 mm，年平均日照數(shù)為2300～2700 h，無霜期為157～185 d[10]。

圖1 延安市主城區(qū)地貌圖

1.2 數(shù)據(jù)來源

本文中全球和北半球1973～2018年的年均溫度距平數(shù)據(jù)來自美國國家海洋和大氣管理局(National Oceanic and Atmospheric Administration，簡稱NOAA)提供的1880～2018年全球和北半球溫度序列[11]。本文中延安市年均溫度和年均風(fēng)速數(shù)據(jù)來源于Tutiempo氣象數(shù)據(jù)庫[12]，其提供的延安市氣象數(shù)據(jù)為延安機(jī)場氣象站數(shù)據(jù)，緯度為36.6°N，經(jīng)度為109.5°E，海拔為959 m。本文中蘭州、銀川、太原三個城市年均溫度數(shù)據(jù)均來源于https://en.tutiempo.net/。

2 結(jié)果與分析

如圖2，1973～1998年期間，年均最大溫度、年均溫度、年均最小溫度總體呈上升趨勢，年均最大溫度范圍為15.4～18.8℃，均值為17.0℃；年均溫度范圍為9～11℃，均值為10.1℃；年均最小溫度范圍為2.2～5.3℃，均值為3.7℃。1999-2012年期間，無論是年均最大溫度還是年均最小溫度及年均溫度均處于近50年來的最高值階段，年均最大溫度范圍為17.1～18.8℃，均值為17.9℃，較上一階段升高0.9℃；年均溫度范圍為10.5～11.7℃，均值為11.2℃，較上一階段升高1.1℃；年均最小溫度范圍為3.9～5.1℃，均值為4.7℃，較上一階段升高1℃。2013-2018年期間，年均最大溫度、年均溫度、年均最小溫度總體呈下降趨勢，年均最大溫度范圍為16.1～17.0℃，均值為16.4℃，較上一階降低1.5℃；年均溫度范圍為10.0～10.7℃，均值為10.5℃，較上一階段降低0.7℃；年均最小溫度范圍為3.5～3.9℃，均值為3.7℃，較上一階段降低1℃。

圖2 延安市1973～2018年年均最大溫度(a)、年均溫度(b)和年均最小溫度(c)

如圖3，將1973～2018年期間延安市年均溫度距平與1973～2018年全球年均溫度距平和1973～2018年北半球年均溫度對比，發(fā)現(xiàn)1973～2012年期間，延安市年均溫度距平總體變化趨勢與全球年均溫度距平和北半球年均溫度距平變化趨勢一致。在1973-1998期間，三者均表現(xiàn)出上升趨勢；1999～2012年期間，全球年均溫度距平和北半球年均溫度距平持續(xù)增加，延安市年均溫度也達(dá)到了近50年來的高值階段。但是2013～2018年期間，全球年均溫度和北半球溫度持續(xù)上升，而延安市年均溫度出現(xiàn)了相反的變化趨勢。

圖3 1973～2018年延安市(a)與全球(b)、北半球(c)年均溫度距平對比

3 討論

1973～2012年期間，延安市年均溫度距平與全球年均溫度距平和北半球年均溫度變化趨勢一致，總體呈上升趨勢，說明在此階段延安市溫度主要受控于全球溫度變化。IPCC第五次報告指出[1-3]，地球變暖趨勢仍在持續(xù)，過去130年全球升溫0.85℃，最近30年要比1850年以來所有的10年都暖。1880～2012年，全球海陸表面平均溫度上升了0.85℃；2003～2012年，全球海陸表面平均溫度上升了0.78℃。根據(jù)最低的情景模式，到本世紀(jì)末，地表溫度可能比1850～1900年增長1.5℃；根據(jù)最高情境模式預(yù)測，這個升溫可能超過2℃。延安市在全球增溫背景下表現(xiàn)出了相同的變化趨勢，顯然延安地區(qū)1973～2012年期間溫度主要受全球變暖趨勢影響。

圖4 1973～2018年延安市(a)與蘭州(b)、銀川(c)、太原(d)年均溫度距平對比

如第2節(jié)所述，2013～2018年延安市年均溫度變化趨勢與全球年均溫度和北半球年均溫度相反，說明這幾年期間，延安市年均溫度受局地因素影響巨大。為了進(jìn)一步加以證實，將1973～2018年延安市年均溫度距平與我國同緯度其他城市(蘭州、銀川、太原)對比如圖4，可以發(fā)現(xiàn)1973～2012年期間，延安市年均溫度變化趨勢與蘭州、銀川、太原一致，總體呈上升趨勢。2013～2018期間，延安市年均溫度變化趨勢與蘭州、銀川、太原相反，延安市年均溫度呈下降趨勢，蘭州、銀川、太原呈上升趨勢，這也進(jìn)一步說明這幾年期間延安市年均溫度主要受局地因素影響。前人試驗結(jié)果表明，植被覆蓋率以及城市化可以顯著改變區(qū)域氣候，植被覆蓋率的增加有降溫作用[13-15]。據(jù)何立恒等[16]對延安市2000～2013年植被覆蓋時空變化特征分析表明，延安市植被覆蓋率一直在增長。前文提到植被覆蓋率的增加有降溫作用，也就是說植被覆蓋率的增加對延安市的降溫作用是從2003年“退耕還林”工程開始之后持續(xù)存在的，不是在2013年之后突然增加的。那么，2013～2018年延安市溫度的反常變化很可能是由延安快速城市化造成的而不是“退耕還林”工程。延安市是沿河谷發(fā)展的城市，老城區(qū)總面積36 km2，人口密度極大。2012年4月以來，延安市開始實行世界上在濕陷性黃土地區(qū)規(guī)模最大的巖土工程—“削山造城”工程。計劃用10年時間，削平清涼山北面33座山頭，整理出78.5 km2的新區(qū)建設(shè)面積，相當(dāng)于老城區(qū)面積的兩倍[9]。截止2017年7月，已經(jīng)完成造地16 km2，完成綠化修復(fù)近10 km2，但是周邊更大范圍的森林和植被破壞尚未恢復(fù)(圖1)[17]。前文中提到植被覆蓋率的增加有降溫作用，那么植被覆蓋率減少就有增溫作用，照這樣來說延安市“削山造城”之后的溫度應(yīng)該比之前更高，也比同緯度的蘭州、銀川、太原同期溫度更高，但事實正好相反。如圖1，延安市機(jī)場氣象站位于新城區(qū)的東南方向，延安市常年主導(dǎo)風(fēng)向為西北—東南方向，氣象站東南方向的三十多座山被削平，必然會導(dǎo)致氣象站附近風(fēng)速增加[18-20]。如圖5中所示，很明顯在2012之后，延安市年均風(fēng)速突然增加到了8.2 m/s，比2012年之前增加了3.0 m/s，是1973年以來的最高值階段。前人研究表明，風(fēng)作為生態(tài)系統(tǒng)的影響因子之一，參與了生態(tài)系統(tǒng)過程中的物質(zhì)循環(huán)和能量流動，從而對局地氣候等產(chǎn)生影響[21]。所以，本研究認(rèn)為2013～2018年延安市溫度反常的保持低值，可能是由于2012年以來的“削山造城”工程導(dǎo)致風(fēng)速增大造成的。

圖5 1973～2018年延安市年均溫度(a)與年均風(fēng)速(b)對比

4 結(jié)論

為了響應(yīng)“中疏外擴(kuò)、上山建城”的發(fā)展戰(zhàn)略，拓展發(fā)展的地域空間。延安市通過“削山、填溝、造地、建城”的方式整理出了大量建筑用地，這成為了目前在濕陷性黃土地區(qū)規(guī)模最大的巖土工程，在世界建城史上絕無僅有。然而，前人研究中對“削山造城”的生態(tài)環(huán)境影響研究非常缺乏，但是生態(tài)環(huán)境又與經(jīng)濟(jì)發(fā)展息息相關(guān)，必須引起重視。本研究通過對比分析延安市1973～2018年年均氣溫，全球和北半球1973～2018年年均氣溫，及延安市同緯度的蘭州、銀川、太原三地1973～2018年年均氣溫變化特征。得到1973～2012年期間，延安市年均溫度變化總體呈上升趨勢，與全球和北半球增溫一致；而2013～2018年期間，延安市年均溫度變化趨勢與全球、北半球及同緯度蘭州、銀川、太原相反。通過進(jìn)一步結(jié)合分析延安市1973～2018年年均氣溫變化與植被覆蓋率、年均風(fēng)速的關(guān)系，可以得出1973～2012年期間，延安市年均溫度變化趨勢與全球變暖一致，說明在此階段全球溫度是影響延安市溫度變化的主要因素；而1973～2018年期間，延安市年均溫度變化趨勢與全球變暖和區(qū)域變暖不一致，說明延安市溫度變化受局地因素影響，經(jīng)過與延安市植被覆蓋率和年均風(fēng)速變化的深入對比分析，本研究認(rèn)為該階段影響延安市溫度最主要的因素是風(fēng)速突然增大，而風(fēng)速的突然增大可能是由“削山造城”引起的。