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城市干岛、小雨大涝怎么破题

来源: 中国气象报社 发布时间:2019-06-06

   本期嘉宾:南京信息工程大学应用气象学院教授 郝璐

  采访人:中国气象报通讯员 林雯

  本期观点:无论城市热岛效应、城市干岛效应,还是大雨小涝现象,都与这一区域大范围湿地和森林转为城市用地导致蒸散发变化有关。  

  “热岛干化”现象出现

  在城市规模日益扩大的亚热带湿润地区,城市气候到底是变得更湿更热还是更干更热,一直是国际气象学界有争议的热点问题。

  太阳光和人类活动排放大量热量被城市房屋建筑和空气吸收,从而导致城市中的气温明显高于外围郊区的现象被称为城市热岛效应。城市空气水分与湿度比周边乡村地区偏低的现象被称为城市干岛效应。以江苏省南京市为例,人们会感觉到新街口等市中心地区,比江宁等外围地区要更干更热。

  近二十年来,我国南方尤其在长三角地区,由于大范围的稻田湿地转为相对较干的城市用地,城市热岛效应、城市干岛效应以及小雨大涝等环境问题呈现出来。作为重要的人工湿地生态系统,稻田土壤含水量高,实际蒸散发接近潜在蒸散发,可以通过蒸散起到降低当地气温、调节湿度的作用,因此被称为大自然的“空调机”。

  郝璐教授带领的生态水文气象国际合作团队研究发现,当大范围水稻田转为城市用地后,水稻田作为“空调机”的功能大大降低。随着湿地、稻田和森林被城市取代,城市化地区变得更加干燥,出现“热岛干化”现象,也就是说,城市气候变得更干更热了。

  “干岛”加重“热岛”

  研究人员利用卫星遥感植被覆盖度数据、33个地面气象站50多年的气象观测数据,以及城市化和水稻种植面积等统计年鉴数据,分析了2001年至2014年期间城市化与饱和水汽压差(VPD)之间的关系。

  研究表明,在过去的14年间,水汽压、比湿和相对湿度等空气湿度指标在长三角城市群核心区呈下降趋势,而VPD显著升高,且无法用气温变化解释,即城市热岛效应可能并非城市干岛效应加强的主要原因。

  反过来说,由于近地面空气中水汽减少,VPD增高,加重大气水分需求,形成城市干岛效应,进而引起一系列环境效应。例如流域蒸散发减少,导致加热空气的能量(显热)增加,加上空气变干同样会进一步通过增强显热强度,加重城市热岛效应。

  国际上其他研究同时表明,空气变干、变热会带来空气臭氧浓度的变化。

  生物排水功能减弱

  河流“消化不良”

  秦淮河流域四周为丘陵山区(占80%),腹地为低洼圩区(占20%),四周高中间低,出口地形平坦,下游具有长江潮汐顶托影响,导致整个流域排水不畅,对腹地低洼圩区和下游城市构成洪水威胁。加上流域地处北亚热带南部,受梅雨和台风天气系统影响,降水变率大,既是洪涝多发区,也是旱灾多发区。

  “学界普遍认为不透水下垫面、河网变迁等地表结构改变,是城市化影响洪涝的主要因素。”郝璐说,“秦淮河流域土地覆被发生了较大变化,稻田湿地面积减小,不透水下垫面大幅增加,带来了小雨大涝等一系列新型城市环境问题。”

  团队首次从生态水文学角度科学地解释了城市小雨大涝的现象。通过对秦淮河流域的研究发现,在过去近30年间,该流域城市面积扩张了3倍,且主要来自水稻田。水稻田面积在过去10年间减少27%,导致秦淮河流域蒸散发减少,总径流水量增加将近60%,洪峰流量、河川基流和地下水位均有增加趋势,使该流域洪涝风险增加。团队还发现,城市化进程中常规降水也可能导致极端水文效应,这在蓄满产流占主导的湿润地区更为普遍。

  环境治理要系统综合全盘考虑

  “目前,从系统综合的角度来解决环境或生态问题,已逐渐成为学术和资源管理界的共识。”郝璐表示,流域是自然系统中一个具有明显物理边界线且综合性强的独特地理单元。从这个意义上讲,所有的生态环境问题都可以落入某一流域。

  因此,郝璐认为要把流域作为一个完整的系统,从流域的角度管理城市,运用生态水文学理论对流域中的主要过程进行科学管理,通过合理设置流域生态用地,有效提高城市生态服务功能,保障城市生态安全。这是一条系统综合解决城市环境问题的途径。

  “针对由城市土地覆被格局演变而产生的生态环境问题,相关研究不断深入,但将所有生态环境效应综合在一起开展研究并不多。”郝璐说,现代城市规划需要从生态水文学角度,考虑新型城市“五岛”(热岛、干岛、湿岛、雨岛和浑浊岛)效应,以减缓城市化对大气环境带来的负面影响。

  在全球变暖、极端天气气候事件增多的大背景下,在蒸散发相对较高的亚热带湿润地区,土地覆被变化的区域水文气象效应更为敏感。因此,郝璐认为,以调节土地覆被、保护湿地、发挥自然生态系统功能为核心的城市流域管理,在稳定城市小气候和减缓洪涝等极端水文变化中的作用不容忽视。



(来源:《中国气象报》2019年6月5日三版 编辑:张恒翀 编审:袁长焕) 


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