氣候變暖對北京城市人居環(huán)境的影響

氣候變暖對北京城市人居環(huán)境的影響

0氣候變化的影響城市生活環(huán)境是指人們在城市生活中的自然、經濟、社會和文化環(huán)境的總稱。城市人居環(huán)境可持續(xù)發(fā)展狀況是城市是否有序化的最終標準。同時,人居環(huán)境又是城市化進一步發(fā)展的基礎。在構成城市人居環(huán)境的諸多要素中,自然地理條件是最基本的因素,其總體狀況很大程度上影響了人居環(huán)境的質量。而氣候又是其中最為活躍的因子,直接決定著人居環(huán)境的舒適與否,是人們評價城市宜居性的重要標準之一。舒適是人體對生存環(huán)境的本能要求,人對氣候因子的適應有一個極限,超出這一限度,體力勞動和腦力勞動的效率都將下降,還會出現一系列不舒適的生理反應。在自然環(huán)境中,人體感覺舒適與否的程度與氣象條件關系非常密切。舒適度指數是一個用于度量環(huán)境溫度、濕度、風等氣象要素對人體綜合影響程度,表征人體在大氣環(huán)境中舒適與否,提示人們根據氣象因子來調節(jié)生理,適應環(huán)境以及防范冷熱突變的指數。2005年初,國務院正式批復《北京市城市總體規(guī)劃(2004—2020年)》,規(guī)劃中明確將北京的城市目標定位成“國家首都、國際城市、文化名城、宜居城市”,在政府層面上首次提出了“宜居城市”的概念。氣候變化對人居環(huán)境的影響是一種綜合的影響。研究表明,氣候變化從三個方面對人居環(huán)境產生影響:一是氣候變化后,資源生產、農作物的生長、商品及服務市場的需求產生了變化,使支持居住的經濟條件受到影響;二是氣候變化對能源輸送系統(tǒng)、建筑物、城市設施以及工農業(yè)、旅游業(yè)、建筑業(yè)等特定產業(yè)的一些直接影響,轉而對人居環(huán)境產生影響;三是氣候變化后極端天氣事件增加以及對人體健康的影響。此外,人類對變化后的氣候不適應,也會助長某些疾病的蔓延,使病情加重,甚至導致死亡。以往針對城市人居環(huán)境的研究很少考慮到氣候變化方面的影響。當前,全球氣候變暖已經成為一種共識,在這種背景下探討影響城市人居環(huán)境的相關氣候因子的變化規(guī)律,對于進一步認識和采取相關措施來改善我們賴以生存的城市基礎條件是有意義的。本文將應用北京地區(qū)1951—2003年逐日氣象觀測資料,分析影響城市人居環(huán)境的主要氣候因子的變化特征。1北京氣候突變事件的日變化圖1給出北京地區(qū)1951年以來的氣溫和降水量變化序列。可以很清楚地看到,近50a北京增暖趨勢明顯,高于全球平均0.6±0.2℃/(100a)的增溫率。但升溫幅度并不對稱,其中年平均最低氣溫的增溫幅度最大,達到0.48℃/(10a);年平均氣溫的增幅次之,為0.35℃/(10a);年平均最高氣溫的增幅最小,僅為0.17℃/(10a)。而年降水量則呈現下降趨勢,降幅約為45.56mm/(10a),與謝莊等對北京百年氣候記錄分析得到的結論一致。依照這種趨勢,未來北京氣候將向暖旱化方向發(fā)展。高溫、暴雨等極端天氣事件的出現往往會對城市人居環(huán)境帶來重大影響。近年來,氣候變暖背景下極端天氣事件的變化開始引起人們的關注。研究表明,氣候變暖后更容易導致夏季高溫和悶熱事件的出現,同時與熱有關的疾病和死亡率也會上升。圖2給出的是北京高溫(日最高氣溫高于35℃)和暴雨(日降水量大于50mm)事件的出現頻率,可見近50a北京的高溫天氣事件的出現具有明顯的周期性波動特征,1960年代和1990年代以來為高溫事件的多發(fā)期。暴雨事件率則呈下降趨勢,與圖1中給出的年降水量的變化一致,表明北京年降水量的豐欠與年暴雨次數的多寡有密切關系。2人體舒適、不舒適氣象的年際變化關于舒適度指數國內學者已有一些研究,這些研究為相關部門提供了有價值的參考。如任健美等分析了五臺山的各月氣候舒適度指數,為旅游發(fā)展規(guī)劃和游客選擇旅游時間提供了科學依據。楊成芳等分析發(fā)現,近30a山東省各區(qū)域冷不舒適日數明顯減少,熱不舒適日數則有增加的趨勢。此外,一些學者還從不同角度分析了舒適度變化對人體的影響。在此基礎上,談建國進一步提出了一個適合衡量上海地區(qū)夏季暑熱程度的相對舒適度指數。最近,楊成芳采用旋轉經驗正交分解(REOF)方法,對山東省不同季節(jié)的人體舒適度進行了分析,得到人體舒適度分區(qū),并進一步探討了各區(qū)域人體舒適度指數的變化趨勢,為開展區(qū)域性人體舒適度預報和氣候研究打下基礎。目前關于北京地區(qū)人體舒適度的變化還未見有研究,本文利用1951年以來的逐日氣象觀測資料,對其進行計算。具體計算方法為:其中:K為人體舒適度指數,T為溫度,f為相對濕度,V為風速。表1參考了文獻給出的人體舒適度劃分標準。為分析方便,將符合表1中A、B、F等級的天數合起來作為人體舒適日數,將符合G、H等級的天數合起來作為熱不舒適日數,將符合C、D等級的天數合起來作為冷不舒適日數,將符合E等級的天數定義為極冷不舒適日數,符合I等級的天數定義為極熱不舒適日數。從圖3給出的人體舒適、不舒適日數變化趨勢上可以看出,近50a北京地區(qū)年舒適日數呈現出微弱的下降趨勢,但總體變化不是很明顯,其年際變化上有較規(guī)律的周期性波動特征。年熱不舒適日數具有較明顯的上升趨勢,增幅最大的時段出現在1970年代末期以后。50a平均每10a增加約2.7d。年冷不舒適日數的變化與熱不舒適日數的變化趨勢相反,每10a減少約2.0d,下降幅度最快的時段也是出現在1970年代末期以后。從年極熱不舒適日數變化來看,亦有較明顯的增加趨勢,其線性擬合斜率達到0.1018,增幅最大的時段出現在1990年代以后。年極冷不舒適日數則呈下降趨勢,其線性擬合斜率為-0.1444。以上分析表明,近50a區(qū)域氣候變暖所導致的總體趨勢是使得熱不舒適日數的增加和冷不舒適日數的減少。同時在2000—2003年時段年極熱不舒適日數和年極冷不舒適日數都很大,這個趨勢今后是否會繼續(xù)維持是值得關注的。為進一步分析北京地區(qū)人體舒適指數的年代際差異,計算了相關指數的年代際平均值和標準差(表2)。由表可見,近50a舒適日數和不舒適日數均呈階梯狀變化。比較而言,70年代是一個相對最舒適的時段。80年代開始,舒適日數和冷(極冷)不舒適日數明顯減少,熱(極)熱不舒適日數變化正好相反,一直維持增加趨勢,到90年代后增幅明顯加大,其標準差也有類似的變化趨勢,說明氣候變暖在帶來更多的極熱不舒適日數的同時,也使得出現這種極端事件的隨機性增加了。值得注意的是,對于冷(極冷)不舒適日,90年代以后其標準差也有增加的趨勢,這可能就是1991—2003年間會同時出現較多的極熱不舒適日和極冷不舒適日的緣故。計算得到年平均氣溫與年極不舒適日數(極熱不舒適日與極冷不舒適日數之和)的相關系數為0.597,達到0.001顯著性水平標準,表明氣候變暖與極端天氣事件之間具有較明顯的聯(lián)系。3北京年采暖粒度和年制冷粒度度日(degreedays)是國際上廣泛用來表示為應對環(huán)境溫度變化而采取加熱或降溫措施所需能量的一個時間溫度指數。度日指數對于合理安排居民生活、工農業(yè)生產具有重要的指導意義,其相關研究和應用在國外已開展多年,但最近才開始在國內得到關注。根據定義,年采暖度日(heatingdegreedays,HDD)指每年冷季(9月—次年4月)日平均溫度低于某一特定閾值(一般取對人體最舒適的溫度18℃)的溫度與這一閾值的差值之和;年制冷度日(coolingdegreedays,CDD)指每年暖季(5—9月)溫度高于25℃的值與25℃的差值之和。圖4給出1951—2003年北京地區(qū)年采暖度日和年制冷度日指數分布,可見近50a北京年采暖度日指數存在明顯下降趨勢,其線性擬合斜率達到-9.801。年制冷度日的變化正好相反,呈上升趨勢,但其幅度比年采暖度日小,線性擬合斜率為3.9003。由于年采暖度日和年制冷度日所反映的實際上是一種能源需求狀態(tài),它與當地的城市化程度有較好的相關性。從其變化趨勢所揭示的意義來看,未來北京冬季為供暖所需耗費的能源將會減少,而夏季為降溫所需耗費的能源將會增加。4暴雨事件發(fā)生的影響應用北京地區(qū)1951—2003年逐日氣象觀測資料,分析了影響城市人居環(huán)境的主要氣候因子的變化規(guī)律,得到以下初步結論。(1)近50a北京增暖趨勢明顯,高于全球近百年平均增溫率。20世紀60年代和90年代以來為高溫事件的多發(fā)期,暴雨事件的發(fā)生呈下降趨勢。(2)近50a北京地區(qū)年舒適日數呈弱的下降趨勢,其年際變化有較規(guī)律