延安市局地温度变化的影响因素分析

田 茜，徐 宁，田 蕾，肖 旭，张彦萌

(1.延安大学 经济与管理学院，陕西 延安 716000；2.甘肃矿区(中核四0四有限公司)机关，甘肃 嘉峪关 735100；3.延安市气象局，陕西 延安 716000)

政府间气候变化专门委员会(IPCC)第五次评估报告[1-3]指出，全球表面平均温度在1880～2012年期间平均升高了0.85℃(0.65～1.06℃)，北半球20世纪80年代平均温度比60年代高0.4℃，在中国，近百年(1909～2011年)陆地区域平均增温0.9～1.5℃。IPCC认为最近百年全球变暖是毫无疑问的，导致全球变暖的原因是多方面的，95%以上的可能性由人类活动导致，其中主要因素有CO2排放和土地利用方式改变等。全球气候变暖不仅对气候、生态、环境造成巨大影响，也给人类社会生产和生活带来了未知改变，因此成为各界关注的热点。相较于全球尺度，区域尺度的气候变化对局地影响更为重要和直接，因此，区域气候变化研究已引起广泛关注[4-6]。

延安市位于黄土高原腹地季风区，前人研究[7-8]表明该区域是全球气候变化响应的敏感区域之一。在全球增温的背景下，延安市气温也在随之发生变化[9]。气温作为衡量气候变化的重要因素，是人们了解气候变化的首选研究对象。所以，本研究客观分析了延安市近50年来气温变化特征及其影响因素，尤其是“削山造城”前后气温变化特征及其影响因素，以期为当地生态环境和社会经济可持续发展提供参考资料。

1 研究区域与数据来源

1.1 研究区概况

延安市位于北纬35°21′～37°31′，东经107°41′～110°31′之间陕北黄土高原中部丘陵沟壑区、黄河中游，东与山西省吕梁市隔黄河相望，西与甘肃省庆阳市接壤于子午岭，南毗邻于渭南、铜川和咸阳市，北挨榆林市，东西宽256 km，南北长236 km，总面积37036 km2(图1)，平均海拔为1200 m。属温带大陆性季风气候，年均气温在7.7℃～10.6℃，年平均日照数为2300～2700 h，平均年降水量为500 mm，年平均日照数为2300～2700 h，无霜期为157～185 d[10]。

图1 延安市主城区地貌图

1.2 数据来源

本文中全球和北半球1973～2018年的年均温度距平数据来自美国国家海洋和大气管理局(National Oceanic and Atmospheric Administration，简称NOAA)提供的1880～2018年全球和北半球温度序列[11]。本文中延安市年均温度和年均风速数据来源于Tutiempo气象数据库[12]，其提供的延安市气象数据为延安机场气象站数据，纬度为36.6°N，经度为109.5°E，海拔为959 m。本文中兰州、银川、太原三个城市年均温度数据均来源于https://en.tutiempo.net/。

2 结果与分析

如图2，1973～1998年期间，年均最大温度、年均温度、年均最小温度总体呈上升趋势，年均最大温度范围为15.4～18.8℃，均值为17.0℃；年均温度范围为9～11℃，均值为10.1℃；年均最小温度范围为2.2～5.3℃，均值为3.7℃。1999-2012年期间，无论是年均最大温度还是年均最小温度及年均温度均处于近50年来的最高值阶段，年均最大温度范围为17.1～18.8℃，均值为17.9℃，较上一阶段升高0.9℃；年均温度范围为10.5～11.7℃，均值为11.2℃，较上一阶段升高1.1℃；年均最小温度范围为3.9～5.1℃，均值为4.7℃，较上一阶段升高1℃。2013-2018年期间，年均最大温度、年均温度、年均最小温度总体呈下降趋势，年均最大温度范围为16.1～17.0℃，均值为16.4℃，较上一阶降低1.5℃；年均温度范围为10.0～10.7℃，均值为10.5℃，较上一阶段降低0.7℃；年均最小温度范围为3.5～3.9℃，均值为3.7℃，较上一阶段降低1℃。

图2 延安市1973～2018年年均最大温度(a)、年均温度(b)和年均最小温度(c)

如图3，将1973～2018年期间延安市年均温度距平与1973～2018年全球年均温度距平和1973～2018年北半球年均温度对比，发现1973～2012年期间，延安市年均温度距平总体变化趋势与全球年均温度距平和北半球年均温度距平变化趋势一致。在1973-1998期间，三者均表现出上升趋势；1999～2012年期间，全球年均温度距平和北半球年均温度距平持续增加，延安市年均温度也达到了近50年来的高值阶段。但是2013～2018年期间，全球年均温度和北半球温度持续上升，而延安市年均温度出现了相反的变化趋势。

图3 1973～2018年延安市(a)与全球(b)、北半球(c)年均温度距平对比

3 讨论

1973～2012年期间，延安市年均温度距平与全球年均温度距平和北半球年均温度变化趋势一致，总体呈上升趋势，说明在此阶段延安市温度主要受控于全球温度变化。IPCC第五次报告指出[1-3]，地球变暖趋势仍在持续，过去130年全球升温0.85℃，最近30年要比1850年以来所有的10年都暖。1880～2012年，全球海陆表面平均温度上升了0.85℃；2003～2012年，全球海陆表面平均温度上升了0.78℃。根据最低的情景模式，到本世纪末，地表温度可能比1850～1900年增长1.5℃；根据最高情境模式预测，这个升温可能超过2℃。延安市在全球增温背景下表现出了相同的变化趋势，显然延安地区1973～2012年期间温度主要受全球变暖趋势影响。

图4 1973～2018年延安市(a)与兰州(b)、银川(c)、太原(d)年均温度距平对比

如第2节所述，2013～2018年延安市年均温度变化趋势与全球年均温度和北半球年均温度相反，说明这几年期间，延安市年均温度受局地因素影响巨大。为了进一步加以证实，将1973～2018年延安市年均温度距平与我国同纬度其他城市(兰州、银川、太原)对比如图4，可以发现1973～2012年期间，延安市年均温度变化趋势与兰州、银川、太原一致，总体呈上升趋势。2013～2018期间，延安市年均温度变化趋势与兰州、银川、太原相反，延安市年均温度呈下降趋势，兰州、银川、太原呈上升趋势，这也进一步说明这几年期间延安市年均温度主要受局地因素影响。前人试验结果表明，植被覆盖率以及城市化可以显著改变区域气候，植被覆盖率的增加有降温作用[13-15]。据何立恒等[16]对延安市2000～2013年植被覆盖时空变化特征分析表明，延安市植被覆盖率一直在增长。前文提到植被覆盖率的增加有降温作用，也就是说植被覆盖率的增加对延安市的降温作用是从2003年“退耕还林”工程开始之后持续存在的，不是在2013年之后突然增加的。那么，2013～2018年延安市温度的反常变化很可能是由延安快速城市化造成的而不是“退耕还林”工程。延安市是沿河谷发展的城市，老城区总面积36 km2，人口密度极大。2012年4月以来，延安市开始实行世界上在湿陷性黄土地区规模最大的岩土工程—“削山造城”工程。计划用10年时间，削平清凉山北面33座山头，整理出78.5 km2的新区建设面积，相当于老城区面积的两倍[9]。截止2017年7月，已经完成造地16 km2，完成绿化修复近10 km2，但是周边更大范围的森林和植被破坏尚未恢复(图1)[17]。前文中提到植被覆盖率的增加有降温作用，那么植被覆盖率减少就有增温作用，照这样来说延安市“削山造城”之后的温度应该比之前更高，也比同纬度的兰州、银川、太原同期温度更高，但事实正好相反。如图1，延安市机场气象站位于新城区的东南方向，延安市常年主导风向为西北—东南方向，气象站东南方向的三十多座山被削平，必然会导致气象站附近风速增加[18-20]。如图5中所示，很明显在2012之后，延安市年均风速突然增加到了8.2 m/s，比2012年之前增加了3.0 m/s，是1973年以来的最高值阶段。前人研究表明，风作为生态系统的影响因子之一，参与了生态系统过程中的物质循环和能量流动，从而对局地气候等产生影响[21]。所以，本研究认为2013～2018年延安市温度反常的保持低值，可能是由于2012年以来的“削山造城”工程导致风速增大造成的。

图5 1973～2018年延安市年均温度(a)与年均风速(b)对比

4 结论

为了响应“中疏外扩、上山建城”的发展战略，拓展发展的地域空间。延安市通过“削山、填沟、造地、建城”的方式整理出了大量建筑用地，这成为了目前在湿陷性黄土地区规模最大的岩土工程，在世界建城史上绝无仅有。然而，前人研究中对“削山造城”的生态环境影响研究非常缺乏，但是生态环境又与经济发展息息相关，必须引起重视。本研究通过对比分析延安市1973～2018年年均气温，全球和北半球1973～2018年年均气温，及延安市同纬度的兰州、银川、太原三地1973～2018年年均气温变化特征。得到1973～2012年期间，延安市年均温度变化总体呈上升趋势，与全球和北半球增温一致；而2013～2018年期间，延安市年均温度变化趋势与全球、北半球及同纬度兰州、银川、太原相反。通过进一步结合分析延安市1973～2018年年均气温变化与植被覆盖率、年均风速的关系，可以得出1973～2012年期间，延安市年均温度变化趋势与全球变暖一致，说明在此阶段全球温度是影响延安市温度变化的主要因素；而1973～2018年期间，延安市年均温度变化趋势与全球变暖和区域变暖不一致，说明延安市温度变化受局地因素影响，经过与延安市植被覆盖率和年均风速变化的深入对比分析，本研究认为该阶段影响延安市温度最主要的因素是风速突然增大，而风速的突然增大可能是由“削山造城”引起的。