合肥市快速发展模式下城郊局地气候变化特征分析

王文本 王玉红 刘文海

（安徽省巢湖气象局，安徽 合肥 238000）

温室气体增加引起的气候变暖对城市发展的影响已经引起全球科学界广泛关注。研究表明，近百年来全球平均气温有明显的上升趋势，速率约为0.6±0.2 ℃/100a[1]。全球气候变暖，有自然原因也有人类活动的影响。人类活动对气候的影响是当前研究领域的重要课题，人类活动对气候的影响在城市中表现得最为突出，因为近几十年来随着城市的快速发展，城市中人口密集，道路和建筑物鳞次栉比，形成特殊性质的下垫面。城市中居民的生活和生产活动大量消耗能源，产生越来越多的人为热、温室气体和人为水汽。在全球变暖和城市快速发展的背景下，城市和周围的局地气候 （包括气温、降水、日照等气候要素） 发生了怎样的变化。这种城市局地气候的变化会对城市未来的发展和人民的生产生活产生怎样的影响，这些都是建设气候适应性城市需要研究的基础工作。

近几十年来关于城市发展带来的城郊气候变化的研究成果日渐增多，但多针对城市热岛方面研究。周淑贞等对上海市的热岛效应研究发现，冬季和夏季的城、郊温差强度分别达6.8 ℃和4.8 ℃[2]。徐兆生等研究发现北京市1月平均气温为-2.4 ℃，比东郊高2.4 ℃[3]。宋艳玲等研究北京市城郊气候要素差异，分析了北京市城、郊平均气温、降水、日照、能见度和相对湿度的变化特征[4]。发现40年来北京市城、郊年平均气温明显上升，城区气温平均升温幅度为0.43 ℃/10a，郊区气温平均升温幅度为0.21 ℃/10a，得出随着北京城市发展，热岛强度加强。首先以上研究未考虑降水和非降水的强迫作用，北方降水日数少，少数的降水样本对总体样本影响不显著；但合肥年降水日数110天左右，会对总体样本产生显著的影响。其次以上研究未包含合肥市近几年的气候特征，特别是2010年以后的数据。而最近几年合肥市城市发展超过以往发展速度，人口快速增加，城市快速扩张，且2010年至今合肥市夏季高温异常明显，城市短时强降水次数增多，严重影响了人们的正常生活和城市作业。本文主要对合肥市1971～2017年城郊平均气温、降水量、日照时数做了对比研究，分析了在全球变暖和合肥城市快速发展的背景下，合肥市城市和郊区局地气候变化特征。

1 研究区域与方法

图1是本文选取6个国家气象站。城区选取1个合肥站，郊区选取5个站，分别为长丰、肥西、肥东、巢湖、庐江。在最近47年间，上述6个站点中的部分站点进行了迁址，但新站和老站距离近，通过对比分析，对研究城郊气候要素的变化趋势和城郊气候要素的差异无显著影响。所选6个站的气候资料包括1970～2017年的日平均气温、日降水量、日照时数。文章中城区的数据为合肥单站数据值，郊区数据为5个县城站的平均值。

图1 合肥市城郊站点分布图

文中采用了不同时间尺度分析法对合肥市城郊气候要素进行对比分析。在分析气温要素时，挑选出了6个站均无降水的天数作为样本集合，消除了热岛强度因降水在空间分布不均匀所产生的干扰。利用城区和郊区日平均气温温差年最大值、日平均气温季节平均值、日平均气温年平均值和日平均气温年代际气温差值，作为衡量合肥市城区热岛强度指标，反映了气候要素变化对城市快速扩展的响应；在研究降水特征时，采用0～10 mm、10～25 mm、10～25 mm和＞50 mm雨日数作为指标研究城市化对降水的影响。利用季、年、年代不同时间尺度分析法对降水量、不同等级降水日数、日照时数的气候变化进行了趋势分析，另外，采用城郊对比方法研究了气候要素在市区和郊区的分布差异。

2 结果与分析

2.1 合肥市城郊气温变化特征分析

2.1.1 合肥市城郊日平均气温温差年最大值对比分析

图2为合肥市1970～2017年城郊日平均气温温差年最大值变化图。由图2可以看出，47年间城郊日平均气温温差年最大的平均值为1.1 ℃，当城郊日平均气温温差年最大值大于平均值时，说明城区热岛效应加强。合肥市城郊日平均气温温差年最大值呈上升趋势，1970～2007年呈现微弱的上升趋势，2007～2017年呈现显著的上升趋势；城郊日平均气温温差年最大值2014年最大，为2.15 ℃；1985年城郊日平均气温温差年最大值最小，仅为0.73 ℃。1970～2007年大多数年份城郊日平均气温温差年最大值小于平均值，而2007～2017年期间所有年份城郊日平均气温温差年最大值均大于平均值，城郊日平均气温温差年最大值的平均值达到1.55 ℃。说明2007年以后随着合肥市经济高速增长、城市快速扩张，城市的扩建，热岛效应明显加强。另外，分析城郊日平均气温温差年最大值的年代际变化特征，1970～1990年城郊日平均气温温差年最大值为0.96 ℃，1991～2010年城郊日平均气温温差年最大值为1.02 ℃，2011～2017年城郊日平均气温温差年最大值为1.8 ℃。同样可以得出合肥市城区热岛效应明显加强。

图2 合肥市城郊日平均气温温差年最大值图

2.1.2 合肥市城郊日平均气温季节变化特征

文中给出春季和夏季的日平均气温季节变化图。由图3和图4可以看出，城区和郊区春季 （3～5月） 季平均气温均呈上升趋势，城区47年中春季平均气温为16.4 ℃，在1970～2017年间出现15个峰值，12个谷值，1999年春季季节平均气温最高，为18.5 ℃，1988年春季季节平均气温最低，为13.7 ℃。郊区47年中春季平均气温为16.6 ℃，同样在 1970～2017年间出现15个峰值，12个谷值，区别是震荡强度有所不同。春季平均气温上升趋势郊区弱于城区。1971～2000年城郊温差差别不大，城郊温差为-0.2 ℃。2000～2017年城郊温差呈现显著扩大趋势，城郊温差变化范围-0.7～0.4 ℃。

图3 春季城郊平均气温和城郊平均气温差

图4 夏季城郊平均气温和城郊平均气温差

城区和郊区夏季 （6～8月） 季平均气温呈上升趋势，城区上升趋势略高于郊区。城区47年中夏季平均气温为28.1 ℃，在1970～2017年间出现12个峰值，13个谷值，1971、2013年夏季季节平均气温最高，为30.0 ℃，1987年夏季季节平均气温最低，为25.4 ℃。郊区平均气温28.2 ℃，郊区同样在1970～2017年间出现12个峰值，13个谷值，区别是震荡强度有所不同。从1971～2000年城郊温差差别不大，城郊季节平均气温温差为-0.2 ℃。从2000～2017年城郊季节平均气温温差呈现显著扩大趋势，城郊温差变化范围-0.6～0.4 ℃。秋季和冬季城郊季节平均气温同样呈上升趋势，但城郊季节平均气温温差无显著上升趋势。

由此得出结论：在1971～2017年间，春夏秋冬四季城、郊季节平均气温均呈现上升趋势，四季城郊峰谷值频率相同，震荡强度不同；另外合肥市城区热岛效应强度存在季节变化，春季和夏季强于秋季和冬季。

2.1.3 合肥市城郊气温年际和年代际变化特征

图5为合肥市城郊气温年际变化图，城区多年平均气温为14.4 ℃。

图5 合肥市城郊气温年际变化

1970～2017年间郊区与城区年平均气温的波动频率相同，均呈现上升趋势。从城郊年平均气温增长趋势可以看出，城区上升趋势略高于郊区上升趋势。1970～2017年城区年平均气温升温幅度为0.48 ℃/10年，郊区年平均气温升温幅度为0.44 ℃/10年，2000年之后，城区年平均气温升温幅度为0.89 ℃/10年，郊区年平均气温升温幅度为0.44 ℃/10年。同样可以得出合肥市城区热岛效应明显加强。

2.2 合肥市城郊年降水量变化特征

合肥市城区1970～2017年间平均降水量为1 013.9 mm，其中2016年年降水量最多，为1 602.8 mm，1978年年降水量最小，为554.4 mm。1986～2017年市区年降水量变化幅度较大，多雨年和少雨年分布不均衡。1994～2003年年降水量偏少，10年中有2年年降水量高于平均值。总体上47年来年降水量城郊差异不大，城郊降水量差值无显著变化趋势。

表1是合肥市城郊不同量级降水天数的统计表格。

表1 1971～2017年合肥市城郊降水日数特征

可以得出：城区和郊区 （＜10 mm） 的降水天数，除过80年代较多外，总体上呈现上升趋势。 （10～25 mm） 降雨天数总体上呈现上升趋势。其他量级降水天数无显著增加趋势。在所有量级降水中，郊区降水天数均多于城区。

图6为合肥市总降水日数年际变化图，总体上降水日数郊区大于城区，可以得知90年代以后降水日数呈现微弱的上升趋势。

图6 合肥总降水日数年际变化

1970～1996年间降水总日数的波动性较大，1996～2017年总体上年际波动性降低。城区与郊区总降水日数差呈现缩小趋势，最近几年城区总降水日数超过郊区。

2.3 合肥市城郊年日照时数变化特征

图7为1971～2017年合肥市城区和郊区的年日照时数呈现显著的下降趋势，城区日照时数平均减少4.7 h/a，郊区日照时数平均减少7.0 h/a。

图7 合肥市城郊年日照时数变化图

1971～1997年期间城郊日照时数波动性大，1998～2017年城郊日照时数波动性减小。从日照时数年代际变化可以看出，1971～1990年城区比郊区平均日照时数每年少107 h，1991～2010年城区比郊区平均日照时数每年少66 h，2011～2017年城区比郊区平均日照时数每年少45 h，城区与郊区年日照时数呈现缩小趋势。

3 结语

合肥市城郊日平均气温温差年最大值变化特征，剔除掉降水对日平均气温温差影响后，1970～2007年城郊温差较小；2007～2017年城郊温差呈现显著的上升趋势，1970～1990年城郊日平均气温温差年最大值为0.96 ℃，1991～2010年城郊日平均气温温差年最大值为1.02 ℃，2011～2017年城郊日平均气温温差年最大值为1.8 ℃。城郊日平均气温温差年最大值一直在扩大，说明合肥热岛效应一直增强。

合肥市城郊年平均气温变化特征，1970～2017年城区年平均气温升温幅度为0.48 ℃/10a，郊区年平均气温升温幅度为0.44 ℃/10a，2000年之后，城区年平均气温升温幅度为0.89 ℃/10a，郊区年平均气温升温幅度为0.44 ℃/10a。城市变暖的趋势强于郊区，2000年之后合肥市热岛效应快速增强的趋势。

合肥市城郊降水变化特征，1970～2017年总体上降水日数郊区大于城区，90年代以后总降水日数呈现微弱的上升趋势，10～25 mm雨日数总体上呈现上升趋势最明显，其他量级降水日数无显著增加趋势。城区与郊区总降水日数差呈现缩小趋势，最近几年城区总降水日数超过郊区。

合肥市城郊日照时数变化特征，1971～2017年合肥市城区和郊区的年日照时数呈现显著的下降趋势，城区日照时数4.7 h/a，郊区日照时数7.0 h/a。1971～2017年合肥市城区比郊区年日照时数总体上少67 h/a，1971～1990年城区比郊区平均日照时数少107 h/a，1991～2010年城区比郊区平均日照时数少66 h/a，2011～2017年城区比郊区平均日照时数少45 h/a，城区和郊区间年日照时数呈现缩小趋势。