芜湖市城市化气候变化特征分析

夏季和年平均均呈现上升的趋势。根据 Hurst 指数意 义可知, 芜湖市未来冬季、 夏季和年平均气温随着过去 54 年上升的趋势 , 在未来将仍会呈现 上升趋势, 夏季 的增温速度可能较缓慢 , 而冬季的 H 值最高为 0. 92, 从定量的角度说明冬季的增温趋势强于年平均。由此
可知, 冬季城市化 热岛效应 强。造成冬季和年平均 气温上升强度大的原因 , 首先是全球气候变暖是一个 大背景 ; 其次是在城市化过程中, 城市空气质量下降, 排放大量的污染物, 使空气中凝结物增多, 增强了大气 对地面的保温作用。
[ 6]
1、 图 1) , 各指标的 Hurst 指数均大于 0. 5, 它们存在明显 的 Hurst 现象。在表 1 中, 冬季气温的 H 值最大为0. 92, 夏季为 0. 87, 年平均的 H 值也达到了 0. 67, 说明芜湖市 未来的整体气温变化将与过去的变化趋势一致。同时 , 降水量、 相对湿度和日照的 H 值也都大于 0. 5, 它们在 未来的变化趋势也将与过去 54 年间一致。
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引言
以定量说明城市化气候效应的影响强度。 2 2. 1 资料与方法 气候资料 本文选取芜湖市 1953 2006 年的气温、 降 水、 相
气候变化与人类的生 产生活有着密 不可分的联 系, 一直以来受到人们的高度重视。我国的研究者对 城市气候做了大量的研究工作。在全球气候变暖的大 背景下, 近 100 年来中国年平均地表气温明显增加 , 升 温幅度约为 0. 5 0. 8 , 比同期全球升温幅度平均值 ( 0. 6 0. 2 ) 略高[ 1] 。赵晶等 [ 2] 分析了兰 州市近 50 年的气候 , 发现其气候变化存在持续性的城市化气候 效应。近年来, 我国大多数城市的年平均气温都有明 显的增加趋势, 且增加幅度大于同期全国气温的增加 幅度。这主要是由于城市人口增加、 建筑物密度增加、 道路硬化 , 以及大量向大气中排放温室气体, 导致城市 热岛 强度增加。 芜湖市位于安徽省东南部, 是一座古老而又年轻 的城市 , 素有 长江巨埠、 皖之中坚 的美誉 , 是安徽改 革开放的窗口前沿。近年来 , 城市的工业迅速发展 , 城 市规模不断扩大 , 能源和物资消耗也相应增加 , 大气环 境质量下降、 土地资源紧张、 交通拥挤等一系列环境问 题造成城市化效应对气候的影响显著。本文采用 R/ S ( Rescaled Range Analysis) 方法分析了芜湖市气候序列,
对湿度、 日照等气候资料 , 以其年平均值、 冬季、 夏季的 数据为分析指标进行 R/ S 分析, 数据来源于安徽省气 象局。 2. 2 分析方法 R/ S 分析法最早是由赫斯特在总结尼罗河多年水
[ 3, 4]
文观测资料时提出的一种时间序列分析 方法 ,其 理论原理及具体计算见参考文献。Hurst 等人曾证明, 如果 ( ( t ) } 是相互独立、 方差有限的随机序列 , 则有 H = 0. 5。对应于不同的 Hurst 指数 H( 0< H< 1) , 存在以 下几种情况: H= 0. 5, 如上所述 , 即各项气候指标完 全独立, 相互没有依赖, 气候变化是随机性的。 0. 5 < H< 1, 表明时间序列具有长期相关的 特征, 即过程 具有持续。反映在气候指标上, 表明未来的气候整体 变化将与过去的变化趋势一致, 如过去整体升温的趋 势预示将来的整体趋势还是升温 , 反之亦然。H 值越 接近 1, 持续性就越强。 0< H< 0. 5, 表明时间序列 具有长期相关性 , 但将来的总体趋势与过去相反, 过程 具有反持续性。在这种情况下, 气候环境演化的未来 总体趋势将与过去相反。过去的增暖趋势预示着未来 的变冷趋势, 而过去的变冷趋势使未来可能出现增暖
收稿日期 : 2009- 11- 13; 修订日期 : 2009- 12- 10 基金项目 : 国家自 然基金 项目 城 市化进 程中城 市气 候变化 与可持续发展调控机制 ( 编号 : 40771207) 。 第一作者简 介 : 吕丽芬 ( 1983- ) , 女 , 山西省忻州 人 , 硕士研究生 , 研究方向为气候变化与人类活动的响应。
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资源与环境
趋势。从以上可见, Hurst 指数能很好地揭示出时间 序列中的趋势性成分 , 并代表了趋势性成分的强度 , 因此我国有不少的学者将这种方法引入并开始应用于 研究中。 3 结果分析 3. 1 R/ S 分析结果 按照 R/ S 分析法, 我们对芜湖市 1953 2006 年的 降水量、 气温、 相对湿度、 日照等 4 个指标的年平均值、 冬季和夏季气候资料进行了分析 , 分析结果表明 ( 表
图2
芜湖市冬季 ( a) 、 夏季 ( b) 、 年平均 ( c) 气温变化曲线
3. 3
平均降水量 图 3 为降水量的变化趋势图。由图 3 可见, 芜湖
量将继续上升, 未来夏季和年平均降水量将呈现下降 趋势, 且年平均的 H 值大于夏季的 H 值, 说明年平均 的降水量下降趋势大于夏季的下降趋势。可见, 由于 城市化的加快、 城市建筑用地的增加, 地面的蒸发量下 降, 而降水量减少; 冬季降水量增加, 是在城市化过程中 大气污染加重, 空气中凝结核增多, 使降水量增加。
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3. 5
日照时数
未来夏季日照减小的趋势将强于冬季所减小的趋势, 而且年均日照也将趋于下降。日照减小的原因一方面 可能是相对湿度的增加 , 另一方面可能是城市大气污 染降低了大气的透明度。夏季日照减小明显 , 冬季和 年平均日照减小低于夏季。
由表 1 可以看出 , 日照的 H 值夏季 ( 0. 84) > 冬季 ( 0. 78) > 年平均 ( 0. 52) , 三者指数均大 于 0. 5。根据 Hurst 的意义可知 , 未来日照的变化趋势与过去 54 年 日照的变化趋势相同。根据上述结果和图 5 可推断,
图5
芜湖市冬季 ( a) 、 夏季 ( b) 、 年平均( c) 日照变化曲线 参考文献 : [ 1] 唐国利 , 任国玉 . 近百年中国地表气温变化趋势的在分析 [ J] . 气候与 环境研究 , 2005, 10( 4) 281- 288. [ 2] 赵晶 , 王乃昂 . 近 50 年来兰州城市气候变化 的 R/ S 分析 [ J] . 干旱 区 地理 , 2002, 25( 1) 90- 95. [ 3] M andelbrot B, Wallis J R . Some Long Run Properties of Ggeographysical Records[ J] . Water Resource Research, 1969, 5( 2) 321- 340. [ 4] 金巍、 曲言 , 等 . 营口和鞍山城市 气候变化对比 分析及原 因探讨 [ J ] . 气象与环境学报 , 2008, 24( 1) 44- 47. [ 5] 徐建华 . 现代地理学中的数学方法 [ M ] . 北京 : 高等教育出版社 , 2002 414- 417. [ 6] 黄登仕 , 李后强 . 分形几何学、 R/ S 分析与 分式布朗 运动 [ J ] . 自然 杂 志 , 1990, 13( 8) 477- 482. [ 7] 王波雷 , 马孝义 . 近 51 年西安气候变化的 R / S 分析 [ J] . 干旱区资 源 与环境 , 2007, 21( 5) 125. [ 8] 张丹梅 . 近 50 年阜新地区气候变化 特征分析 [ J] . 气象 与环境学 报 , 2007, 23( 1) 27- 29.
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芜湖市城市化气候变化特征分析
吕丽芬, 马鹏程
( 安徽师范大学 国土资源与旅游学院 , 安徽 芜湖 241000)
摘要 : 运用 R/ S( Rescaled Range Analysis) 方法 , 对芜 湖市 1953 2006 年共 54 年间的气 温、 降 水、 相 对湿度、 日照 等气象 要素资 料 的年平均、 冬季、 夏季进行了分析计算。计算表明 , 各指标的 Hurst 指数 均大于 0. 5, 说明 4 个气 象指标 存在明 显的 Hurst 现 象 , 反 映 出芜湖市气候变化的特征与趋势 , 并预测了芜 湖市气候未来的发展趋势 , 证明城市化已经对芜湖市 气候变化产生了显著影响。 关键词 : R/ S 分析 ; 气候变化 ; Hurst 指数 中图分类号 : P468 1/ . 7+ 04 文献标志码 : A 文章编号 : 1005- 8141( 2010) 01- 0052- 04 L Li- fen,MA Peng- cheng ( College of Territorial Resources and Tourism, Anhui Normal University, Wuhu 241000, China) Abstract: Based on R/ S ( Rescaled Range Analysis) analysis on mean temperature, water vapour pressure, relative humidity and sun shine per centage in winter , summer and annual mean from 1953 to 2006 in the past 54 years of Wuhu City, all the results indicated that the Hurst exponents of all the targets ware beyond 0. 5, explained that four weather indicators existed obvious Hurst phenomenon, reflected the climatic change characteristic and the tendency of Wuhu City, and had forecast the climate future trend of development in Wuhu, and proven the urbanization had already influence to the Wuhu climate change. Key words: R/ S analysis; climate change;Hurst exponent Characteristics of Urbanization on Climate Change of Wuhu City
市冬季的降水量呈现上升趋势, 夏季和年平均的降水 量呈下降趋势。结合表 1 可知, 冬季和年平均降水量 的 Hurst 指 数分别为 0. 77 和 0. 65, 明显 大于夏 季值 0. 52, 且三者均大于 0. 5, 表明芜湖市未来冬季的降水
图3
芜湖市冬季 ( a) 、 夏季 ( b) 、 年平均 ( c) 降水量的变化曲线
均、 冬季、 夏季的相对湿度均随时间呈现下降趋势, 但 年平均下降幅度最大。 从表 1 可以 看出 , H 值 的年 平均 ( 0. 97) > 夏季 ( 0. 59) > 冬季 ( 0. 55) 。说明未来冬季、 夏季和年平均
图4
芜湖市冬季 ( a) 、 夏季 ( b) 、 年平均 ( c) 相对湿度变化曲线
表 1 可见 , 气温的 H 值冬季 ( 0. 92) > 夏季 ( 0. 87) > 年 平均 ( 0. 68) , 且三者指数均大于 0. 5。结合图 2 与气温 的年平均、 冬季、 夏季变化曲线可见 , 芜湖市气温冬季、 53
况进行线性分析 , 其变化情况基本上呈上升趋势。从
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表1 项目 冬季 夏季 年平均 芜湖市各气象指标的 Hurst 指数 降水量 0. 77 0. 52 0. 65 相对湿度 0. 55 0. 59 0. 97 日照 0. 78 0. 84 0. 52 气温 0. 92 0. 87 0. 68
图1
芜湖市气象指标的 R/ S 分析结果
3. 2
平均气温 我们对芜湖市气温的年平均、 冬季和夏季变化情
3. 4
相对湿度 由图 4 相对湿度随时间的变化趋势线可见 , 年平
的相对湿度将继续呈现下降趋势; 年平均和夏季的相 对湿度下降趋势将强于冬季。年平均相对湿度下降主 要是因为城市的 干岛效应 , 城市地面大多是不透水 层, 降水迅速被排走 , 蒸发到空气中的水汽很少 ; 其次 是热岛效应存在所致, 以及年平均降水量减少而气温 却在升高。