徐州城市化对区域降水变化影响分析

俞金彪，冯 芳，黄巧华，胡开虹

（江苏师范大学 地理测绘与城乡规划学院，江苏 徐州 221116）

0 引言

随着城市化快速发展，城市规模扩大及人口不断增加，人类社会活动导致地面建筑物和地面结构发生变化。城市化发展通过改变下垫面，使得原有的能量交换过程发生变化，进一步影响区域气温、降水等气候要素的空间分布[1]。城市气候变化对人类生活与城市发展具有较大影响，因此，探讨城市化对区域降水的影响对区域发展具有重要意义。

降水是最基本的气象、水文要素之一。针对城市化发展对区域降水影响的分析已有较多研究成果，主要分为3个方面：（1）城市化发展进程研究；（2）城市化对区域降水时空变化的研究；（3）城市化发展影响降水的原因和机理[2-3]。总结研究成果可看出，针对不同地区的研究结果有所差异，城市发展对降水的影响存在极大的不稳定性[4-5]，异常降水会导致地区旱涝灾害频发，因此必须加强城市化发展对降水影响的研究。

徐州市作为淮海经济区中心城市，长江三角洲区域中心城市和徐州都市圈的核心城市，人口密集，发展迅速，有必要对徐州城市气候变化给人类带来的影响展开研究[6]。以期通过分析城市化过程对徐州地区降水特征的影响，找出降水特点的变化规律，为有效保护、合理利用城市气候资源以及地区防灾减灾提供帮助。

1 研究区概况

徐州市位于江苏省西北部、华北平原东南部，是华东地区重要的门户城市，地处苏、鲁、豫、皖四省接壤地区。徐州作为淮海经济区中心城市及徐州都市圈的核心城市，交通便利，人口流量大，经济发展迅猛。徐州市面积11 765平方千米，2016年全市常住人口871万人，地区生产总值（GDP）5 808.52亿元，从1957年到2016年，三次产业产值比例由46.6：31.2：22.2演变为9.3：43.3：47.4，产业结构转型明显，经济发展由第一产业为主转变为第三产业为主[7-8]。

徐州地处中纬度地区，属于暖温带季风气候区，不仅受到东南季风的影响，同时也受西北季风的作用。主要气候特点为：气候温和、四季分明，一年四季中，夏、冬季时间长，春、秋季时间短，且四季气候特点鲜明，春季气候多变，夏季温度较高且多雨，秋季气候凉爽宜人，冬季寒潮频袭。徐州地区主要气象灾害为干旱、洪涝、霜冻、冰雹等。平均日照时数约为2 100小时，平均年降水量约900毫米，全年无霜期大概有200～230天[8]。

2 数据来源与处理

降水数据来源于徐州地区3个国家基本气象站（徐州、邳州、睢宁）1967—2016年50年的长时间序列逐日降水观测数据，采用同时期不同站横向对比，对徐州地区不同站点长时间序列的降水特征进行对比研究；年降水量为气象监测站一年内降水量监测值的总和，降水天数为日降水量大于0.1毫米时的天数总和。

徐州、邳州与睢宁城市化数据，包括城市人口与地区生产总值数据来自《徐州统计年鉴》《江苏统计年鉴》、江苏省统计局信息公开网（http://tj.jiangsu.gov.cn）及相关社会经济统计年鉴及报表等[7-8]。

年降水量变化具有阶段性特征，为清楚地表现出降水量年际变化的阶段特征，本文中用到累计距平法，其公式为[9-10]：

当累积距平值持续增大，说明该段时间的降水量距平值持续为正；当累计距平值不变，说明该时段降水量保持平均；当累计距平值持续减小，说明该时段的降水量保持低于地区平均降水量。通过绘制累计距平曲线进行趋势分析可直观地判断变量发生突变的时间。

3 结果与分析

3.1 徐州市多年降水量及其变化特征

对徐州、邳州、睢宁3个站点近50年的降水观测数据进行统计，睢宁近50年的平均年降水量为895毫米，邳州为847毫米，徐州市区最小，降水量为825毫米，总体差别不大。分析3站1967—2016年的年降水量变化（图1），3个站点的年降水量的变化趋势类同，睢宁的年降水量普遍大于邳州与徐州市区，且年降水量波动较大。从年降水量趋势线发现，睢宁年降水量有小幅度增加，徐州市区的年降水量总体没有明显增加，邳州的年降水量呈微弱降低趋势，总体来看，徐州地区的年降水量在近50年内变化幅度不大，年降水量多在600～1 200毫米范围内。

图1 徐州地区年降水量变化特征及年降水量趋势线

分析徐州3站的年降水量累计距平图（图2），徐州市区年降水量在1974、1981、1985、1989和2008年都出现了拐点，1989—2008年大多数年份的降水量高于近50年的平均降水量。2008年之后，徐州市区的年降水量开始呈现下降趋势；邳州的年降水量分别在1974、2002、2009年 出 现 明 显 拐 点，1970—1974年、2002—2009年邳州的年降水量远高于近50年的平均水平，但2009年之后持续低于邳州的平均年降水量。睢宁县的年降水量有1974、1994、2008年3个明显拐点，且基本与平均年降水量的关系为“高-低-高-低”的关系。从累计距平值来说，徐州地区3个气象站点年降水量累计距平曲线表现出一定的一致性，阶段性特征在时间上具有相似性。

图2 徐州3站点年降水量累计距平图

3.2 年降水天数变化特征

统计徐州、邳州、睢宁3站近50年内每一年的降水天数，从图3、图4可看出，3站的年降水天数变化趋势相似，总体来看，睢宁降水天数多于邳州与徐州市区，但每一年的波动幅度较大，徐州市区最大的年降水天数出现在1985年，共99天，睢宁和邳州站都出现在2003年，分别为110天、112天。统计对比3站每10年的平均降水天数，可明显看出3站之间降水天数之间的关系以及变化趋势，睢宁降水天数最多，邳州次之，徐州市区最少，且徐州地区三个监测站的降水天数都呈现减少趋势。

图3 徐州地区年降水天数变化特征

图4 徐州地区10年平均降水天数对比

3.3 年极端降水天数特征

为统计徐州的极端天气状况，本文将徐州降水分成弱、中等、强和极端降水4个等级[11]，其中极端降水雨量为大于50毫米/天。统计徐州、邳州与睢宁站1967—2016年每一年内降水大于50毫米的天数代表极端降水天数，并做出折线图进行分析。由图5可知，徐州地区极端降水天数有较大的波动幅度，其中睢宁的降水较邳州与徐州市区极不稳定，极端降水天数在2007年达到了12天，与平均天数3.4天有极大差别。总体来看，3个站的极端降水天数变化趋势具有一定的相似性。分析3个站点每10年平均极端降水天数（图5），邳州与睢宁10年间的极端降水天数变化趋势基本相似，呈现“先变小，再变大”的特征，而徐州市区出现“先变大，再变小”趋势，说明徐州市区的降水比较稳定。

图5 徐州地区10年平均极端降水天数对比

3.4 徐州城市化发展对降水变化的影响分析

从人口城市化率（图6）和地区生产总值（GDP）来分析（图7）徐州城市化发展状况，徐州市的城市化发展过程中非农业人口比例不断增大，城市化发展速度明显，发展效果较好；从1994年开始，徐州地区的经济发展呈显著增长趋势，尤其在2003年之后，徐州经济迅猛发展，在此过程中，第一产业增长速度极小，第二产业与第三产业蓬勃发展，且从2015年起，第三产业的发展已赶超了第二产业，徐州城市化发展中产业结构转型较好，产业结构布局合理。

图6 徐州2000—2016年城镇化率和人口城市化率

图7 徐州1978—2016年地区GDP变化

从上述两方面可看出徐州市在1967—2016年50年内的城市化发展速度极快且发展平稳，社会经济发展水平较好。而在城市化发展过程中，下垫面活动频繁，城市人口、建筑以及生活设施都会发生较大变化，导致城市下垫面环境发生极大变化，这使得地区的气候条件如气温、降水等也随之发生变化。

徐州地区的气温在近50年内保持稳定，徐州城市化发展对气温几乎没有影响。在降水方面，大多数研究表明城市化发展会使城区产生“增雨效应”，但根据对近50年徐州3个气象站点的年降水量、年降水天数及年极端降水天数对比分析发现，睢宁与徐州市区年降水量有小幅度增加，但邳州年降水量在减小，徐州地区年降水量在一定范围内波动；从降水天数来看，徐州地区年降水天数呈现下降趋势，睢宁极端降水天数呈现增长趋势。从总体来看，徐州城市化发展对徐州地区降水没有显著影响。

4 结论

（1）徐州市非农人口增多，地区生产总值快速增加，产业结构积极转型，城市化发展速度极快且发展平稳，社会经济发展水平较好。

（2）徐州地区的年降水量从短期来看，波动较大，但长期来看，年降水量没有发生显著变化，年降水量基本保持在固定范围内。

（3）徐州地区的年降水天数在近50年内呈逐步减少趋势，徐州市区的极端降水天数略低于邳州与睢宁，且徐州市区的年极端降水天数逐渐减小，徐州站年降水量的减少，主要是由于大于50毫米以上量级的降水减少所造成。

（4）徐州城市化发展较快，但降水量没有明显变化，城市化发展对徐州的降水没有显著影响，降水主要受大气环流的影响，城市化进程仅增加了降水序列短时段的波动变化。