楊亮彥 石 磊
(1.陜西省土地工程建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司,陜西西安 710075;2.陜西地建土地工程技術(shù)研究院有限責(zé)任公司,陜西西安 710021;3.自然資源部退化及未利用土地整治工程重點實驗室,陜西西安 710021;4.陜西省土地整治工程技術(shù)研究中心,陜西西安 710075)
在地球氣溫不斷上升的背景下,全球氣候系統(tǒng)正在加速變暖,全球幾乎所有地區(qū)都經(jīng)歷了升溫過程,氣候變暖體現(xiàn)在地球表面氣溫上升、海平面上升、北極和南極冰蓋消融和冰川退縮、極端氣候事件頻率提高等方面[1]。中國的氣溫與全球氣溫變化是同步的,近年來隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,國內(nèi)的天氣變得更加難以預(yù)測,農(nóng)業(yè)、林業(yè)受到嚴(yán)重威脅,極端溫度事件頻率和強(qiáng)度急劇增加,對國內(nèi)的動植物生存環(huán)境、社會經(jīng)濟(jì)、人類活動造成了嚴(yán)重的負(fù)面影響[2]。氣候和生態(tài)環(huán)境問題已經(jīng)成為中國重點關(guān)注的領(lǐng)域。其中,受城鎮(zhèn)化快速發(fā)展的影響,城市的氣候和極端天氣事件變化最為明顯,高溫、暴雨、冰雹等災(zāi)害成為經(jīng)濟(jì)損失的主要源頭,因此開展城市氣象極端天氣變化規(guī)律研究是中國應(yīng)對氣候變化和生態(tài)文明建設(shè)的迫切要求。本研究以鄭州市為例,研究1998-2017 年城市快速發(fā)展過程中的氣溫變化,分析鄭州市的氣溫變化特征和極端天氣事件發(fā)生數(shù)量,探究影響氣溫變化的因素,為城市可持續(xù)發(fā)展和構(gòu)建適宜的生存環(huán)境提供依據(jù)。
鄭州市作為河南省省會,是中國南北交通的樞紐,位于中原腹地,是中國重要的內(nèi)陸開放城市和歷史文化名城。由于地理位置的重要性和國家政策的引導(dǎo)下,鄭州市近年來發(fā)展迅速,城市人口不斷增長,城鎮(zhèn)面積不斷擴(kuò)張。城市的快速發(fā)展使得鄭州城市氣候效應(yīng)日趨明顯[3]。在全球變暖背景下,鄭州市氣溫不斷上升,夏季高溫天氣愈演愈烈,對人們的身體健康和社會的經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成了不利的影響。
本研究以鄭州市氣溫為研究對象,從中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)(https://data.cma.cn)獲取鄭州站(53083)1998-2017年的氣象數(shù)據(jù),包括氣溫、相對濕度、蒸散發(fā)、降雨量、風(fēng)速等8 種氣象數(shù)據(jù),時間尺度為每日,其中氣溫數(shù)據(jù)又包含日平均氣溫、日最高氣溫和日最低氣溫。
2.1 氣溫年際變化趨勢 圖1 表示鄭州市年平均氣溫的變化趨勢圖。鄭州市1998-2017 年的多年平均氣溫為15.61℃。其中,2003 年的平均溫度最低,年均值為14.51℃,2017 年均氣溫最高,為16.74℃。20 a 中,共有13 a 的氣溫低于平均值,7 a的氣溫高于平均值,其中高于平均值的年份多為2015 年之后。以上數(shù)據(jù)表明,1998 年以來,鄭州市的氣溫呈現(xiàn)上升趨勢。為了進(jìn)一步說明鄭州市的氣溫變化趨勢,本研究通過趨勢線分析法分別計算1998-2008 年、2008-2017 年以及1998-2017 年的年均氣溫變化速率(表1)。由表1 可知,1998-2017 年,鄭州市年平均溫度以0.63℃/10 a 的速度顯著上升。其中1998-2008 年的上升速度為0.45℃/(10a),2008-2017 年的上升速度為1.32℃/(10a),每個時段的上升速度有明顯差異,但都呈現(xiàn)出變暖趨勢。1998-2008 年氣溫上升速度相對較慢,與1998-2012年屬于全球氣溫增長的間歇期等研究結(jié)論[4]相符。
圖1 鄭州市年平均氣溫的變化趨勢圖
表1 鄭州市不同時間段氣溫變化速率
2.2 極端天氣變化 本研究采用的極端指數(shù)是由世界氣象組織(WMO)氣候委員會與 CLIVAR 計劃聯(lián)合設(shè)立的氣候變化檢測、監(jiān)測和指標(biāo)專家組(ETCCDMI)確定的(表2)[5-6],選取其中的絕對指數(shù)研究鄭州市1998-2017 年的氣溫變化規(guī)律。
表2 極端氣溫指數(shù)定義
表3 為霜凍日數(shù)、冰凍日數(shù)、夏日日數(shù)、熱夜日數(shù)和高溫日數(shù)5 個極端氣溫指數(shù)的變化速率。由表3 可知,鄭州市1998-2017 年的極端氣溫指數(shù)變化具有一定的規(guī)律性,霜凍日數(shù)以-3.78 d/10 a 的速率顯著下降,而冰凍日數(shù)變化較小,夏日日數(shù)、熱夜日數(shù)和高溫日數(shù)分別以5.67 d/10 a、9.45 d/10 a 和8.40 d/10 a 的速率顯著上升。以上數(shù)據(jù)表明,1998-2017 年鄭州市的氣溫呈現(xiàn)明顯變暖趨勢,極端氣溫指數(shù)中的極端氣溫暖指數(shù)(夏日日數(shù)、熱夜日數(shù)和高溫日數(shù))明顯增加,極端氣溫冷指數(shù)(霜凍日數(shù))明顯減少。
表3 1998-2017 年鄭州市極端氣溫指數(shù)變化速率
鄭州市在1998-2017 年呈現(xiàn)變暖趨勢,與全球氣溫變化保持一致,但其以0.82℃/10 a 的速率顯著上升,明顯快于大背景下的氣溫變化,主要受人類活動和城市熱島效應(yīng)的影響;鄭州市在1998-2017 年的極端氣溫指數(shù)變化具有一定的規(guī)律性,霜凍日數(shù)以-3.78 d/10 a 的速率顯著下降,夏日日數(shù)、熱夜日數(shù)和高溫日數(shù)分別以5.67 d/10 a、9.45 d/10 a 和8.40 d/10 a 的速率顯著上升。除冰凍指數(shù)變化不明顯外,其他指數(shù)都能反映鄭州市有變暖的趨勢,表明極端氣溫指數(shù)對氣溫變化具有明顯的影響,可作為研究城市氣溫變化的指標(biāo)。