世界遗产城市与国家历史文化名城地区降水比较

俞来雷

（1.清华大学公共管理学院，100084，北京；2.北京大学城市与环境学院，100871，北京）

遗产城市地区是人类文明的空间简史，水与城市的产生、发展延续至今密不可分。降水被认为是水文过程的源头，是指大气中的水汽凝结后以液态水或固态水降落到地面的现象。本文比较研究世界遗产城市与国家历史文化名城地区的降水情况，以期从水资源视角对我国的基本国情有所了解。按照研究尺度，国际上关于降水的研究主要包括：全球变化与降水关系的研究如关于气候变化条件下海平面上升和降水极端事件的预测研究以及关于气候变化背景下中欧极端降水预景的不确定性研究等；全球尺度的降水特征研究如基于标准观测、卫星遥感以及数学模型的全球月降水分析研究以及关于全球陆地表面降水数据的高精度插值研究等；地区尺度的降水特征研究如关于世界干旱地区年降水总量与初级生产力的关系研究以及关于欧洲20世纪地表气温和降水气候数据的评估等；城市尺度的降水特征研究如关于纽约城市年降水趋势研究、关于柏林城市地区降水模式的研究以及关于北京市城市化进程对中尺度对流降水系统的影响研究等。其中，对城市尺度降水特征的普遍关注可以上溯到20世纪60年代。进入20世纪90年代，全球气候变化与降水的关系研究成为学术界广泛关注的领域。近半个世纪以来的研究成果成为本次世界遗产城市与国家历史文化名城地区降水比较研究的基础。

一、研究方法

本研究主要的数据来源包括：世界遗产城市和国家历史文化名城空间分布数据和降水数据。空间分布数据根据世界遗产城市联盟官方网站、国家基础地理信息系统网站以及goodle earth等资料整理而成；降水数据采用Hijmans，R.J.等提供的高精度降水数据插值成果全球气象数据，考虑了地形等诸多因素对插值结果的影响，较真实地反映了城市地区尺度实际的降水情况，空间分辨率为1 km。

首先，是关于世界遗产城市和国家历史文化名城地区中心点降水情况的比较。考虑两类遗产城市地区中心点年降水总量和年内月降水量标准差，根据中项中分的原则将这两类城市大致划分为四大类，分别为降水丰富-温和型（RM）、降水丰富-极端型（RE）、降水稀缺-温和型(SM)以及降水稀缺-极端型(SE)。其中年降水总量是一年内降水量的总和，月降水量是一个月之内降水量的总和，其年内的逐月变化过程称为年内月降水过程。如图1所示，以城市地区中心点降水情况为例，在所有242个世界遗产城市地区中，降水丰富与降水稀少的中项分界点在年降水总量679.5 mm，降水极端与降水温和的中项中分分界点在年内月降水量标准差22.195 mm；在所有110个国家历史文化名城地区中，降水丰富与降水稀少的中项分界点在年降水总量910 mm，降水极端与降水温和的中项中分分界点在年内月降水量标准差56.5 mm。由此可以判断，就城市地区中心点降水的整体情况而言，国家历史文化名城比世界遗产城市相对丰富且极端。

其次，对于上述世界遗产城市和国家历史文化名城两类城市地区，选取不同地域范围（20～200km）来研究其降水情况。关于降水数据的采集，以我国的世界遗产城市苏州为例，如图2所示。图2中①为20km地域研究半径的苏州城市地区降水情况；②为100 km地域研究半径的苏州城市地区降水情况；③为200 km地域研究半径的苏州城市地区降水情况，本次研究将主要对世界遗产城市与国家历史文化名城地区各地域的降水情况进行比较。

二、研究结果

1.世界遗产城市地区各地域降水情况

根据全球气象数据，赤道两侧是全球年降水总量最高的地区，其次为西欧、北美东南部、东亚地区以及大洋州东部沿海地区，本次选取了不同地域范围（20～200km）研究世界遗产城市地区的年降水总量情况。根据研究，世界遗产城市地区各地域研究范围年降水总量的柱状分布如图3所示。将世界遗产城市各地域研究范围年降水总量分布情况的相关统计量整理如表1所示。

从研究结果看，随地域研究半径的增加，世界遗产城市地区年降水总量的算术平均值（mean）由 20 km时的843 mm上升至40 km时的855 mm，此后基本稳定在860 mm左右；标准差（Std.Dev.）由 20 km时的 533 mm上升至40 km时的544 mm，此后逐渐下降至200 km时的504 mm；峰度值为正，由20 km时的1.498上升至80 km时的2.184，此后逐渐下降至200 km时的1.708；偏度值为正，由20 km时的1.299上升至80 km时的1.440，此后逐渐下降至200 km时的1.338。此外，降水总量的中位数整体趋势如表1所示，随地域研究半径的增加，由20 km时的702 mm逐渐上升至40 km时的717 mm，此后基本稳定。

2.国家历史文化名城地区各地域降水情况

根据全球气象数据，本次研究整理出国家历史文化名城地区各地域研究范围年降水总量的柱状分布如图4所示，图中呈现多峰值的分布特征，说明了国家历史文化名城各地域降水呈现多样性的类型集聚特征。研究将国家历史文化名城地区各地域研究范围年降水总量分布情况的相关统计量整理如表2所示。

表1 世界遗产城市地区各地域年降水总量分布情况的相关统计量

表2 国家历史文化名城地区各地域年降水总量分布情况的相关统计量表

从研究结果看，随地域研究半径的增加，国家历史文化名城地区年降水总量的算术平均值由20 km时的914 mm逐渐上升至200 km时的948 mm；标准差由20 km时的445 mm逐渐上升至200 km时的453 mm；峰度值为负，其由20 km时的-0.824下降至200 km时的-1.050；偏度值为正，其由20 km时的0.175下降至200 km时的0.133。此外，年降水总量的中位数整体趋势如表2所示，随地域研究半径的增加，由20 km时的918 mm逐渐上升至200km时的974mm。

三、研究结论

通过对于世界遗产城市与国家历史文化名城地区降水情况的比较，就城市地区中心点降水的整体情况而言，国家历史文化名城比世界遗产城市相对丰富且极端。在此基础之上，根据上述两类遗产城市地区各地域年降水总量的研究成果，如下图5所示，在各地域研究范围，国家历史文化名城地区年降水总量的算术平均值高于世界遗产城市地区，前者基本维持在930 mm左右，后者基本维持在850 mm左右。

根据研究结果，总体而言，与国家历史文化名城地区比较，世界遗产城市地区降水存在明显的阈值，即40km地域半径，世界遗产城市各地域研究范围年降水总量的分布更为集中，而国家历史文化名城地区各地域研究范围年降水总量的分布更为离散。通过比较同样也说明，国家历史文化名城地区比世界遗产城市地区降水相对丰富且极端。此外，国家历史文化名城地区各地域研究范围年降水总量的柱状分布图所呈现多峰值的分布特征，说明了降水呈现多样性的类型集聚特征。

[1]Senior,C.A.,R.G.Jones,et al.Predictions of Extreme Precipitation and Sea-level Rise Under Climate Change[J].Philosophical Transactions of the Royal Society of London Series A-Mathematical Physical and Engineering Sciences，2002，360(1796).

[2]Kysely,J.,R.Beranova.Climate Change Effects on Extreme Precipitation in Central Europe:Uncertainties of Scenarios Based on Regional Climate Models[J].Theoretical and Applied Climatology，2009，95(3-4).

[3]Mo,T.,G.Xie.A Preliminary Study of Acidity in Precipitation Over Urban Area of Nanjing[J].Acta Meteorologica Sinica，1981，39(4).

[4]Hijmans,R.J.,S.E.Cameron,J.L.Parra,P.G.Jones and A.Jarvis.Very High Resolution Interpolated Climate Surfaces for Global Land Areas[J].International Journal of Climatology,2005,25.

[5]Lehouerou,H.N.,R.L.Bingham,et al.Relationship between the Variability of Primary Production and the Variability of Annual Precipitation in World Arid Lands[J].Journal of Arid Environments，1988,15(1).

[6]Tank,A.,J.B.Wijngaard,et al.Daily Dataset of 20th Century Surface Air Temperature and Precipitation Series for the European Climate Assessment[J].International Journal of Climatology，2002，22(12).

[7]Spar,J.,P.Ronberg.Note on an Apparent Trend in Annual Precipitation at New York City[J].Monthly Weather Review，1968，96(3.

[8]Malberg,H.,G.Frattesi.On the Origin of Precipitation Patterns in the Area of the City of Berlin[J].Zeitschrift fur Meteorologie，1990，40(6).

[9]Xueliang,G.,D.Fu,et al.Mesoscale Convective Precipitation System Modified by Urbanization in Beijing City[J].Atmospheric Research，2006，82(1-2).

[10]中国气象局.中华人民共和国气象行业标准 （QX/T 52-2007）[S].北京:气象出版社,2007.