生 态 环 境 学 报 2012, 21(11): 1841-1846 Ecology and Environmental Sciences http://www.jeesci.com E-mail: editor@jeesci.com 影 响 北 京 城 市 生 态 环 境 的 气 候 指 数 变 化 趋 势 郑 祚 芳 1, 轩 春 怡 2, 高 华 1. 中 国 气 象 局 北 京 城 市 气 象 研 究 所, 北 京 100089;2. 北 京 市 气 候 中 心, 北 京 100089 1 摘 要 : 应 用 北 京 地 区 15 个 气 象 站 1961 2010 年 逐 日 观 测 的 温 度 相 对 湿 度 及 风 速 资 料, 在 对 数 据 进 行 均 一 化 订 正 的 基 础 上, 分 析 了 近 50 年 来 北 京 地 区 与 城 市 生 态 环 境 有 关 的 几 个 气 候 指 数 如 植 物 生 长 季 指 数 人 体 舒 适 度 指 数 度 日 指 数 的 变 化 特 征 及 其 对 区 域 气 候 变 化 及 城 市 化 进 程 的 响 应 结 果 表 明 : 近 50 年 北 京 地 区 生 物 生 长 季 指 数 人 体 舒 适 日 数 呈 上 升 趋 势, 表 明 北 京 地 区 的 气 候 在 朝 着 更 加 适 于 人 们 居 住 的 方 向 发 展, 但 自 1990 年 代 以 来, 人 体 感 觉 冷 热 不 舒 适 日 数 的 年 际 振 幅 均 在 增 加 ; 北 京 地 区 冷 度 日 指 数 (CDD) 呈 增 加 趋 势, 热 度 日 指 数 (HDD) 则 呈 下 降 趋 势 热 度 日 指 数 的 下 降 幅 度 明 显 高 于 冷 度 日 指 数 的 上 升 幅 度, 意 味 着 未 来 北 京 地 区 用 于 夏 季 制 冷 的 能 耗 仍 将 进 一 步 增 加, 但 用 于 冬 季 取 暖 的 能 耗 有 望 较 大 幅 度 减 少, 这 将 有 利 于 减 少 冬 季 燃 煤 取 暖 排 放 的 污 染, 改 善 空 气 质 量 ; 受 城 市 发 展 导 致 下 垫 面 变 化 的 影 响, 北 京 地 区 各 生 态 环 境 气 候 指 数 倾 向 率 空 间 差 异 明 显, 城 区 及 东 南 部 平 原 地 带 气 候 指 数 倾 向 率 明 显 高 于 郊 区 及 山 区 站 点 ; 北 京 城 市 化 效 应 对 区 域 生 态 环 境 气 候 指 数 的 贡 献 率 在 47.2%~76.3% 之 间, 表 明 北 京 地 区 城 市 气 候 效 应 对 区 域 生 态 环 境 具 有 不 可 忽 视 的 影 响 关 键 词 : 气 候 变 化 ; 城 市 化 ; 人 体 舒 适 度 ; 生 长 季 ; 度 日 指 数 中 图 分 类 号 :X16 文 献 标 志 码 :A 文 章 编 号 :1674-5906(2012)11-1841-06 引 用 格 式 : 郑 祚 芳, 轩 春 怡, 高 华. 影 响 北 京 城 市 生 态 环 境 的 气 候 指 数 变 化 趋 势 [J]. 生 态 环 境 学 报, 2012, 21(11): 1841-1846. ZHENG Zuofang, XUAN Chunyi, GAO Hua. Changes of environmental climate indices in Beijing during 1961-2010 [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2012, 21(11): 1841-1846. 随 着 全 球 气 候 变 暖 及 城 市 化 进 程 的 加 快, 城 市 环 境 问 题 日 益 突 出, 城 市 生 态 环 境 质 量 开 始 引 起 公 众 及 政 府 部 门 越 来 越 多 的 关 注 [1-2] 城 市 生 态 系 统 是 受 人 类 活 动 干 扰 最 强 烈 的 地 区, 其 生 态 环 境 由 自 然 成 分 和 社 会 成 分 共 同 组 成 [3] 在 组 成 城 市 生 态 环 境 的 自 然 成 分 中, 气 候 条 件 是 重 要 因 子 之 一 气 候 与 植 被 之 间 的 相 互 作 用 表 现 在 植 被 对 气 候 要 素 的 适 应 性 与 植 被 对 气 候 的 反 馈 作 用 [4] 无 论 在 全 球 尺 度 还 是 在 区 域 尺 度 上, 气 候 变 化 对 陆 地 生 态 系 统 都 有 着 重 要 作 用 [5] 植 被 的 地 理 分 布 及 其 对 气 候 变 化 的 响 应 是 生 态 系 统 与 环 境 相 互 作 用 相 互 适 应 的 具 体 表 现 已 有 研 究 表 明 [6-7], 近 代 气 候 变 暖 对 诸 多 地 方 植 物 的 春 秋 季 物 候 生 长 期 等 都 产 生 了 显 著 影 响 城 市 地 区 由 于 下 垫 面 性 质 和 人 类 活 动 的 影 响, 不 仅 产 生 了 城 市 热 岛 城 市 干 岛 城 市 环 流, 而 且 降 低 了 能 见 度 减 少 了 日 照 时 数, 形 成 了 独 特 的 城 市 气 候 效 应 城 市 气 候 对 城 市 居 民 的 生 活 工 作 环 境 有 着 重 要 影 响 人 体 舒 适 度 指 数 是 为 了 从 气 象 角 度 来 评 价 不 同 气 候 条 件 下 人 的 舒 适 感, 根 据 人 类 机 体 与 大 气 环 境 之 间 的 热 交 换 而 制 定 的 生 物 气 象 指 标 [8] 研 究 人 体 舒 适 度 的 意 义 在 于 提 示 人 们 根 据 气 象 要 素 的 变 化 及 时 调 节 生 理 适 应 环 境 以 及 采 取 一 些 防 范 措 施 在 最 近 的 20 年 中, 从 热 量 平 衡 角 度 研 究 人 体 舒 适 度 在 研 究 手 段 和 模 型 方 面, 以 及 在 人 体 舒 适 度 主 要 影 响 因 素 时 空 分 布 以 及 评 价 模 型 的 角 度, 均 取 得 了 较 大 进 展 [9-11] 国 际 上 度 日 (Degree-Day) 指 数 最 初 是 用 来 反 映 农 作 物 生 长 所 需 热 量 水 平 的 物 理 量 单 位 近 年 来 逐 渐 发 展 为 一 个 能 够 反 映 城 市 冬 季 供 暖 和 夏 季 制 冷 所 需 能 源 的 时 间 温 度 指 数, 并 被 广 泛 用 在 气 候 变 化 和 能 源 需 求 等 研 究 应 用 领 域 [12] 度 日 指 数 作 为 一 个 基 本 参 数, 在 很 多 应 用 领 域 如 发 电 和 耗 电 业 环 境 能 源 计 划 军 事 保 险 业 等 均 要 求 用 该 参 数 来 反 映 能 源 消 费 和 温 度 的 关 系 北 京 位 于 华 北 北 部, 处 于 夏 季 风 区 北 缘, 属 暖 温 带 半 湿 润 季 风 大 陆 性 气 候, 境 内 地 貌 复 杂 在 过 去 的 百 年 中 经 历 了 显 著 的 气 候 变 化, 地 面 气 温 明 显 上 升, 气 候 趋 向 暖 干 化, 是 气 候 变 化 敏 感 区 域 以 往 针 对 北 京 地 区 城 市 生 态 环 境 中 气 候 指 数 的 分 析 还 很 少 见, 本 文 将 应 用 地 区 15 个 气 象 站 1961 2010 年 逐 日 观 测 资 料, 在 对 观 测 数 据 进 行 均 一 化 订 正 的 基 础 上, 分 析 近 50 年 来 北 京 地 区 有 关 城 市 生 态 环 境 的 几 个 气 候 指 数 ( 植 物 生 长 季 指 数 人 体 舒 适 度 指 数 度 日 指 数 ) 的 变 化 特 征 及 其 对 区 域 气 候 变 化 及 城 基 金 项 目 : 中 国 科 学 院 战 略 性 先 导 科 技 专 项 (XDA05090202); 科 研 院 所 专 项 (IUMKY201206) 作 者 简 介 : 郑 祚 芳 (1972 年 生 ), 男, 汉 族, 硕 士, 副 研 究 员, 主 要 从 事 城 市 气 候 变 化 相 关 研 究 E-mail: zfzheng@ium.cn 收 稿 日 期 :2012-08-20
1842 生 态 环 境 学 报 第 21 卷 第 11 期 (2012 年 11 月 ) 市 化 进 程 的 响 应 1 资 料 均 一 化 处 理 本 文 所 用 的 数 据 包 括 1961 2010 年 北 京 地 区 有 完 整 观 测 记 录 的 15 个 常 规 气 象 站 ( 等 ) 逐 日 气 温 相 对 湿 度 及 风 速 资 料, 来 源 于 北 京 市 气 象 信 息 中 心 该 数 据 集 已 经 过 较 严 格 的 质 量 控 制, 但 未 考 虑 多 年 来 由 于 站 址 迁 移 观 测 手 段 变 化 等 因 素 导 致 的 气 候 资 料 非 均 一 性 本 文 应 用 MASH(Multiple Analysis of Series for Homogenization) 对 北 京 地 区 15 个 气 象 站 近 50 年 逐 日 观 测 记 录 进 行 了 均 一 化 处 理 MASH 是 目 前 国 际 通 用 的 资 料 均 一 化 方 法, 其 原 理 在 于 对 同 一 气 候 区 多 站 序 列 逐 站 进 行 差 值 分 析, 再 通 过 Monte-Carlo 法 进 行 统 一 性 检 验, 从 中 判 断 并 校 订 每 个 站 所 包 含 的 非 均 一 性 间 断 [13] 此 外, 文 中 应 用 目 前 通 用 的 方 法 ( 参 见 文 献 [14]) 来 计 算 城 市 化 影 响 的 贡 献 率 : E = ( T T )/ T (1) u u r u 其 中 E u 为 城 市 化 贡 献 率, T u T r 分 别 为 城 区 及 乡 村 站 点 气 候 要 素 变 化 倾 向 率 记 录 显 示 北 京 站 (54511 气 象 站 ) 自 1961 年 以 来 曾 有 过 5 次 迁 站, 分 别 在 1965 1969 1970 1981 和 1997 年 图 1 给 出 了 MASH 均 一 化 订 正 前 后 的 年 平 均 气 温 序 列, 检 测 出 的 不 连 续 点 分 别 位 于 1964 1980 1996 年, 均 出 现 在 迁 址 附 近, 与 [13] LI 等 的 结 果 类 似 订 正 前 后 年 平 均 气 温 的 线 性 倾 向 率 分 别 为 0.46 /10a 和 0.38 /10a 应 用 类 似 (1) 式 的 方 法 计 算 表 明, 近 50 年 来 迁 站 等 因 素 导 致 的 气 候 差 异 可 占 北 京 站 增 温 率 的 16.52%, 表 明 对 原 始 记 录 进 行 合 理 的 均 一 化 订 正 是 必 要 的 2 表 征 城 市 生 态 环 境 的 气 候 指 数 几 乎 所 有 的 气 象 因 子 都 可 能 对 城 市 生 态 环 境 产 生 影 响, 全 面 探 讨 它 们 之 间 关 系 是 一 项 复 杂 且 艰 年 平 均 气 温 / 14.5 14 13.5 13 12.5 12 11.5 11 订 正 前 订 正 后 y = 0.046x + 11.226 y = 0.0384x + 11.475 10.5 图 1 均 一 化 订 正 前 后 北 京 站 年 平 均 气 温 序 列 Fig.1 Annual mean air temperature of Beijing before and after homogenized correction 巨 的 工 作 作 为 一 种 尝 试, 本 文 将 以 植 物 生 长 季 指 数 人 体 舒 适 度 指 数 及 度 日 指 数 为 例 来 分 析 其 对 区 域 气 候 变 化 及 城 市 化 进 程 的 响 应 植 物 生 长 季 指 数 (Growing Season Length, 简 称 GSL) 指 的 是 每 年 日 平 均 气 温 连 续 5 d 高 于 5 的 总 天 数, 反 映 的 是 中 高 纬 度 生 物 生 长 期 的 长 度 该 指 数 已 成 为 欧 盟 STARDEX 计 划 推 荐 用 于 描 述 与 极 端 气 温 事 件 有 关 的 核 心 指 标 之 一, 并 在 相 关 研 究 中 得 到 广 泛 应 用 [15] 孙 艳 玲 [6] [16] 杨 太 保 等 的 研 究 表 明, 区 域 植 被 覆 盖 生 长 季 的 时 空 变 化 对 气 候 变 化 具 有 高 敏 感 性 人 体 舒 适 度 指 数 是 为 了 从 气 象 角 度 来 评 价 在 不 同 气 候 条 件 下 人 的 舒 适 感, 根 据 人 类 机 体 与 大 气 环 境 之 间 的 热 交 换 而 制 定 的 生 物 气 象 指 标 尽 管 人 们 通 常 用 气 温 高 低 来 表 示 环 境 冷 热, 但 是, 人 体 对 外 界 冷 热 的 舒 适 感, 并 不 能 仅 仅 根 据 气 温 或 者 其 他 任 何 单 一 的 气 象 要 素 来 评 价 当 气 温 适 中 时, 大 气 湿 度 变 化 对 人 体 舒 适 感 的 影 响 较 小, 当 气 温 较 高 或 偏 低 时, 则 会 对 人 体 的 温 热 感 产 生 较 明 显 影 响 此 外, 气 流 对 人 体 体 温 调 节 也 起 着 重 要 作 用, 它 决 定 人 体 的 对 流 散 热, 并 影 响 空 气 的 蒸 发 力, 从 而 间 接 影 响 出 汗 的 散 热 效 率 本 文 应 用 文 献 [17] 中 给 出 的 方 法 来 计 算 逐 日 人 体 舒 适 度 指 数 : K = 1.8T 0.55 (1.8T 26) (1 RH) 3.2 V + 32 (2) 其 中 K 为 人 体 舒 适 度 指 数,T 为 日 平 均 气 温, RH 为 平 均 相 对 湿 度,V 为 平 均 风 速 并 定 义 当 K < 39 时 为 冷 不 舒 适 日, 39 K 80 时 为 舒 适 日, K > 80 时 为 热 不 舒 适 日 度 日 指 数 (Degree-Day) 反 映 的 是 日 平 均 温 度 与 某 规 定 阈 值 温 度 的 实 际 离 差 为 了 研 究 方 便, 度 日 又 分 为 两 种 类 型, 即 采 暖 度 日 (Heating Degree-day, 简 称 热 度 日 HDD) 和 制 冷 度 日 (Cooling Degreeday, 简 称 冷 度 日 CDD) 热 度 日 (HDD) 定 义 为 日 平 均 气 温 低 于 某 一 阈 值 的 温 度 与 这 一 阈 值 温 度 之 差 的 累 计 值, 年 HDD 为 每 年 冷 季 (9 月 至 次 年 4 月 )HDD 之 和 冷 度 日 (CDD) 与 HDD 取 相 同 的 阈 值 温 度, CDD 定 义 为 日 平 均 气 温 高 于 阈 值 的 温 度 与 阈 值 温 度 之 差 的 累 计 值 年 CDD 为 内 5 月 至 9 月 CDD 之 和, 即 CDD 是 暖 季 高 温 程 度 的 一 种 描 述, 也 是 暖 季 用 于 空 调 制 冷 的 能 源 消 耗 的 一 个 定 量 估 计 综 上 所 述, HDD 和 CDD 实 际 上 是 一 种 反 映 能 源 需 求 状 态 的 热 量 单 位 阈 值 温 度 是 为 了 统 计 需 要 而 人 为 规 定 的 一 个 参 考 温 度, 各 个 国 家 ( 或 地 区 ) 往 往 根 据 能 源 供 应 人 体 生 理 需 求 经 济 水 平 和 温 度 变 化 特 点 选 取 适 合 [18] 本 地 的 参 考 温 度 本 文 参 考 谢 庄 等 的 研 究 成 果,
郑 祚 芳 等 : 影 响 北 京 城 市 生 态 环 境 的 气 候 指 数 变 化 趋 势 1843 取 18 作 为 北 京 地 区 的 阈 值 温 度 3 生 态 环 境 指 数 的 长 期 变 化 趋 势 图 2 给 出 的 是 1961 2010 年 北 京 地 区 (15 站 平 均 ) 主 要 生 态 环 境 气 候 指 数 的 长 期 变 化 趋 势 可 见 近 50 年 来 北 京 地 区 生 物 生 长 季 指 数 呈 上 升 趋 势 ( 图 2a), 平 均 每 10 a 增 加 1.8d, 表 明 随 着 气 候 变 暖 北 京 地 区 生 物 生 长 期 长 度 在 增 加, 特 别 是 在 1990 年 代 以 来, 增 加 趋 势 明 显 近 50 年 来 人 体 舒 适 日 数 增 加 明 显 ( 图 2b), 平 均 每 10 a 增 加 了 3.6 d, 总 体 来 看, 北 京 地 区 的 气 候 在 朝 着 更 加 适 于 人 们 居 住 的 方 向 发 展, 但 是 自 1990 年 代 以 来, 人 体 感 觉 舒 适 日 数 的 年 际 波 动 振 幅 明 显 加 大, 这 可 能 与 1990 年 代 初 北 京 地 区 的 气 候 发 生 突 变 后, 相 关 冷 热 极 端 天 气 事 件 正 变 得 越 来 越 频 繁 有 关 [19] 相 比 近 50 年 来 热 不 舒 适 日 数 具 有 的 微 弱 增 加 趋 势 ( 平 均 10 a 增 加 1.1 d), 冷 不 不 舒 适 日 数 的 下 降 趋 势 非 常 明 显, 平 均 10 a 减 少 约 4.8 d( 图 2c) 类 似 的 亦 可 见 自 1990 年 代 以 来, 冷 热 不 舒 适 日 数 的 年 际 振 幅 均 在 增 加 从 度 日 指 数 的 变 化 来 看 ( 图 2d), 近 50 年 来 北 京 地 区 冷 度 日 指 数 CDD 呈 增 加 趋 势, 平 均 每 10 a 增 加 17.6 d -1, 热 度 日 指 数 HDD 则 呈 下 降 趋 势, 平 均 每 10 a 下 降 71.2 d -1 HDD 的 下 降 幅 度 明 显 高 于 CDD 的 上 升 幅 度, 表 明 未 来 北 京 地 区 用 于 夏 季 制 冷 的 能 耗 仍 将 进 一 步 增 加, 但 用 于 冬 季 取 暖 的 能 耗 有 望 较 大 幅 度 减 少, 这 将 有 利 于 减 少 冬 季 燃 煤 取 暖 排 放 的 污 染, 改 善 空 气 质 量, 提 升 人 居 环 境 水 平 4 生 态 环 境 指 数 的 空 间 分 布 及 城 市 化 的 影 响 以 上 分 析 的 是 北 京 地 区 15 站 平 均 生 态 环 境 气 候 指 数 变 化 趋 势, 近 几 十 年 来, 随 着 经 济 和 人 口 的 不 断 增 加, 北 京 城 区 范 围 有 很 大 的 扩 张, 相 应 的 城 市 下 垫 面 环 境 也 有 很 大 的 改 变, 这 种 下 垫 面 的 差 异 是 否 会 影 响 对 生 态 环 境 气 候 指 数 的 分 布 是 值 得 关 注 的 图 3 是 近 50 年 北 京 地 区 生 态 环 境 气 候 指 数 倾 向 率 空 间 分 布 可 见, 受 城 市 发 展 导 致 下 垫 面 变 化 的 影 响, 北 京 地 区 各 生 态 环 境 气 候 指 数 倾 向 率 空 间 差 异 明 显 具 体 来 看, 主 要 城 区 及 平 原 地 区 植 物 生 长 季 指 数 每 10 a 增 幅 可 达 2.5 d 以 上, 而 郊 区 站 点 多 低 于 这 个 增 幅 ( 如 站 增 幅 仅 为 0.6 d/10a), 表 明 城 市 化 增 温 效 应 对 植 物 生 长 季 指 数 的 变 化 起 主 要 作 用 ( 图 3a) 虽 然 城 市 热 岛 效 应 日 趋 显 著, 但 从 综 合 考 虑 温 度 湿 度 及 风 速 效 应 的 人 体 舒 适 度 指 数 来 看, 近 50 年 来 北 京 各 地 舒 适 日 数 均 呈 增 加 趋 势, 气 候 总 体 上 正 变 得 更 适 宜 人 类 生 存, 城 区 及 平 原 地 带 舒 适 日 数 每 10 a 增 幅 可 达 4.5 d 以 上, 明 显 高 于 郊 区 及 山 区 站 点 增 幅 ( 图 3b) 热 不 舒 适 日 数 除 了 等 地 略 有 减 少 外, 其 他 地 方 均 呈 现 增 加 趋 势, 城 区 较 郊 区 明 显, 但 幅 度 并 不 高, 低 于 3 d/10a 冷 不 舒 适 260 250 a 300 290 b y = 0.3632x + 247.8 280 生 长 季 指 数 /d 240 230 舒 适 日 数 /d 270 260 250 220 y = 0.1806x + 227.77 240 不 舒 适 日 数 /d 210 120 100 80 60 40 c 冷 不 舒 适 热 不 舒 适 y = -0.4759x + 98.199 20 y = 0.1127x + 18.999 0 度 日 指 数 / d 230 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 d y = -7.1199x + 3248 500 y = 1.761x + 644.97 0 HDD CDD 图 2 1961 2010 年 北 京 地 区 主 要 生 态 环 境 气 候 指 数 变 化 趋 势 Fig.2 The variation of some kinds of environmental climatic index in Beijing during 1961-2010 (a. 生 长 季 指 数,b. 舒 适 日 数,c. 不 舒 适 日 数,d. 度 日 指 数 )
1844 生 态 环 境 学 报 第 21 卷 第 11 期 (2012 年 11 月 ) a b c d e f 图 3 近 50 年 北 京 地 区 生 态 环 境 气 候 指 数 倾 向 率 空 间 分 布 Fig.3 Spatial distribution of environmental climatic index s long-term trend in Beijing recently 50 years (a. 生 长 季 指 数,b. 舒 适 日 数,c. 冷 不 舒 适 日 数,d. 热 不 舒 适 日 数,e. 热 度 日 指 数,f. 冷 度 日 指 数 ) 日 数 在 各 地 均 呈 下 降 趋 势, 城 区 及 平 原 地 带 尤 为 显 著, 可 达 6.5 d/10a 以 上 ( 图 3c 3d) 从 度 日 指 数 的 分 布 来 看 ( 图 3e 3f), 热 度 日 指 数 HDD 均 呈 下 降 趋 势, 冷 度 日 指 数 CDD 除 少 数 偏 远 山 区 外 均 为 上 升 趋 势 气 候 变 暖 使 得 冬 季 减 少 取 暖 耗 能, 但 夏 季 需 增 加 部 分 制 冷 能 耗, 由 于 各 地 CDD 增 幅 要 普 遍 小 于 HDD 的 降 幅, 因 此 综 合 来 看 气 候 变 化 趋 势 对 北 京 地 区 节 能 减 排 是 有 利 的
郑 祚 芳 等 : 影 响 北 京 城 市 生 态 环 境 的 气 候 指 数 变 化 趋 势 1845 从 图 3 中 我 们 发 现, 北 京 城 区 站 点 各 生 态 环 境 气 候 指 数 倾 向 率 明 显 大 于 郊 区 站 点, 为 了 定 量 评 估 城 市 化 对 区 域 生 态 环 境 气 候 指 数 的 贡 献 率, 应 用 前 文 中 (1) 式 提 到 的 方 法 对 以 上 6 类 气 候 指 数 进 行 了 计 算 并 参 考 以 往 的 研 究 成 果 [19-20], 选 取 受 城 市 化 影 响 较 大 的 北 京 城 八 区 内 气 象 站 点, 以 及 紧 邻 城 区 的 受 城 市 化 影 响 较 大 的 北 京 站 (54511 站 ) 作 为 城 区 站, 选 取 远 离 主 城 区 但 和 城 区 站 具 有 相 近 的 海 拔 高 度 及 地 理 环 境 特 征, 且 受 人 类 活 动 影 响 较 少 的 国 家 基 本 站 (54416 站 ) 作 为 郊 区 代 表 站 计 算 发 现, 近 50 的 来 北 京 城 市 化 效 应 对 本 地 植 物 生 长 季 指 数 变 化 的 贡 献 率 为 66.7%; 对 人 体 舒 适 日 数 变 化 的 贡 献 率 为 76.3%; 对 冷 不 舒 适 日 数 变 化 的 贡 献 率 为 47.2%; 对 人 体 热 不 舒 适 日 数 变 化 的 贡 献 47.6%; 对 热 度 日 指 数 变 化 的 贡 献 率 为 59.7%; 对 冷 度 日 指 数 变 化 的 贡 献 率 64.1%, 表 明 北 京 地 区 城 市 气 候 效 应 对 区 域 生 态 环 境 气 候 指 数 具 有 不 可 忽 视 的 影 响 由 于 计 算 的 这 些 环 境 气 候 指 数 有 的 还 综 合 包 含 了 相 对 湿 度 及 风 速 的 影 响, 因 而 得 到 的 城 市 化 效 应 贡 献 率 要 高 于 对 本 地 平 均 气 温 指 数 的 影 响 [21] 5 结 论 应 用 北 京 地 区 15 个 气 象 站 1961 2010 年 逐 日 观 测 资 料, 在 对 数 据 进 行 均 一 化 订 正 的 基 础 上, 分 析 了 近 50 年 来 北 京 地 区 与 城 市 生 态 环 境 有 关 的 几 个 气 候 指 数 如 植 物 生 长 季 指 数 人 体 舒 适 度 指 数 度 日 指 数 的 变 化 特 征 及 其 对 区 域 气 候 变 化 及 城 市 化 进 程 的 响 应, 结 果 表 明 : (1) 近 50 年 北 京 地 区 生 物 生 长 季 指 数 人 体 舒 适 日 数 呈 上 升 趋 势, 表 明 北 京 地 区 的 气 候 在 朝 着 更 加 适 于 人 们 居 住 的 方 向 发 展 但 自 1990 年 代 以 来, 人 体 感 觉 冷 热 不 舒 适 日 数 的 年 际 振 幅 均 在 增 加, 这 很 可 能 与 随 着 气 候 变 暖 频 繁 出 现 的 极 端 天 气 气 候 事 件 有 关 (2) 北 京 地 区 CDD 呈 增 加 趋 势,HDD 则 呈 下 降 趋 势 HDD 的 下 降 幅 度 明 显 高 于 CDD 的 上 升 幅 度, 表 明 未 来 北 京 地 区 用 于 夏 季 制 冷 的 能 耗 仍 将 进 一 步 增 加, 但 用 于 冬 季 取 暖 的 能 耗 有 望 较 大 幅 度 减 少, 这 将 有 利 于 减 少 冬 季 燃 煤 取 暖 排 放 的 污 染, 改 善 空 气 质 量 (3) 受 城 市 发 展 导 致 下 垫 面 变 化 的 影 响, 北 京 地 区 各 生 态 环 境 气 候 指 数 倾 向 率 空 间 差 异 明 显, 城 区 及 东 南 部 平 原 地 带 气 候 指 数 倾 向 率 明 显 高 于 郊 区 及 山 区 站 点 (4) 北 京 城 市 化 效 应 对 几 种 区 域 生 态 环 境 气 候 指 数 的 贡 献 率 在 47.2%~76.3% 之 间, 表 明 北 京 地 区 城 市 气 候 效 应 对 区 域 生 态 环 境 气 候 指 数 具 有 不 可 忽 视 的 影 响 影 响 城 市 生 态 环 境 的 气 候 因 子 有 很 多, 其 影 响 机 理 也 十 分 复 杂 本 文 仅 选 取 了 其 中 几 个 因 子 进 行 了 初 步 分 析, 更 多 更 全 面 的 城 市 生 态 环 境 影 响 因 子 及 影 响 机 制 的 探 讨, 有 待 于 今 后 进 一 步 展 开 参 考 文 献 : [1] 潘 家 华, 魏 后 凯. 城 市 蓝 皮 书 : 中 国 城 市 发 展 报 告 [M]. 2010. 北 京 : 社 会 科 学 文 献 出 版 社. [2] 熊 鹰, 陈 昊 林. 基 于 属 性 理 论 的 长 株 潭 城 市 群 生 态 系 统 健 康 评 价 [J]. 生 态 环 境 学 报, 2010, 19(6): 1422-1427. [3] 蒋 涤 非, 宋 杰. 城 市 生 态 可 持 续 性 的 内 涵 及 其 支 持 系 统 评 价 指 标 体 系 研 究 [J]. 生 态 环 境 学 报, 2012, 21(2): 273-278 [4] LOARIE S R, DUFFY P B, Hamilton H, et al. The velocity of climate change[j]. Nature, 2009, 462(7276): 1052-1111. [5] 吴 建 国, 吕 佳 佳, 艾 丽 气 候 变 化 对 生 物 多 样 性 的 影 响 : 脆 弱 性 和 适 应 [J]. 生 态 环 境 学 报, 2009, 18(2): 693-703 [6] 孙 艳 玲, 郭 鹏. 1982 2006 年 华 北 植 被 覆 盖 变 化 及 其 与 气 候 变 化 的 关 系 [J]. 生 态 环 境 学 报, 2012, 21(1): 7-12. [7] 郭 军, 李 明 财, 刘 德 义. 近 40 年 来 城 市 化 对 天 津 地 区 气 温 的 影 响 [J]. 生 态 环 境 学 报, 2009, 18(1): 29-34. [8] STATHOPOULOS T, WU H Q. Outdoor human comfort in an urban climate [J]. Building and Environment, 2004, 39(3): 297-305. [9] 靳 宁, 景 元 书, 武 永 利. 南 京 市 区 不 同 下 垫 面 对 人 体 舒 适 度 的 影 响 分 析 [J]. 气 候 与 环 境 研 究, 2009, 14(4): 445-450. [10] 李 秀 存, 苏 志. 广 西 夏 季 旅 游 气 候 舒 适 度 的 模 糊 综 合 评 价 [J]. 热 带 地 理, 1999, 19(2): 184-187. [11] 孙 广 禄, 王 晓 云, 章 新 平, 等. 京 津 冀 地 区 人 体 舒 适 度 的 时 空 特 征 [J]. 气 象 与 环 境 学 报, 2011, 27(3): 18-23. [12] KADIOGLU M, ZEKAI S. Degree-day formulations and application in Turkey[J]. J Appl Meteor, 1999, 38(6): 837-846. [13] LI Z, YAN Z. Application of Multiple Analysis of Series for Homogenization (MASH) to Beijing daily temperature series 1960-2006[J]. Advances in Atmospheric Sciences 2010, 27(4) 777-787. [14] 周 雅 清, 任 国 玉. 华 北 地 区 地 表 气 温 观 测 中 城 镇 化 影 响 的 检 测 和 订 正 [J]. 气 候 变 化 研 究 进 展, 2005, 10(4): 743-753. [15] 王 冀, 江 志 红, 丁 裕 国, 等. 21 世 纪 中 国 极 端 气 温 指 数 变 化 情 况 预 估 [J]. 资 源 科 学, 2008, 30(7): 1084-1092. [16] 杨 太 保, 曾 彪. 黄 河 源 区 植 被 生 长 季 NDVI 时 空 特 征 及 其 对 气 候 变 化 的 响 应 [J]. 生 态 环 境 学 报, 2012, 21(7): 1205-1210 [17] 张 书 余. 城 市 环 境 气 象 预 报 技 术 [M]. 2002, 北 京 : 气 象 出 版 社, 124-126. [18] 谢 庄, 苏 德 斌, 虞 海 燕, 等. 北 京 地 区 热 度 日 和 冷 度 日 的 变 化 特 征 [J]. 应 用 气 象 学 报, 2007, 18(2): 232-236. [19] 郑 祚 芳, 丁 海 燕, 范 水 勇. 北 京 1960-2008 年 气 候 变 暖 及 极 端 气 温 指 数 变 化 特 征 [J]. 气 候 变 化 研 究 进 展, 2011, 7(3): 189-196 [20] YAN Z, LI Z, LI Q, et al. Effects of site-change and urbanisation in the Beijing temperature series 1977-2006 [J]. International Journal of Climatology 2010, 30 (8): 1226 1234. [21] 司 鹏, 李 庆 祥, 轩 春 怡, 等. 城 市 化 对 北 京 气 温 变 化 的 贡 献 分 析 [J]. 自 然 灾 害 学 报, 2009, 18(4): 138-144.
1846 生 态 环 境 学 报 第 21 卷 第 11 期 (2012 年 11 月 ) Changes of environmental climate indices in Beijing during 1961-2010 ZHENG Zuofang 1,XUAN Chunyi 2,GAO Hua 1 1. Institute of urban meteorology, CMA, Beijing 100089, China; 2. Beijing regional climate center, Beijing 100089, China Abstract: Based on the homogenized daily temperature, relative humidity and wind speed from 15 weather stations during 1961 2010 in Beijing, some climatic indices concerned with urban environment, such as plants growing season index, human comfort index and degree-day index in Beijing are analyzed. In addition, the effect of area climate change and urbanization process on urban environment is also analyzed. Based on the analysis, some results can be drawn. Firstly, growing season length and human comfortable days are increasing, which indicates that the main environmental climatic conditions in Beijing area are becoming more and more fitting for human habitation in recently 50 years. Secondly, the inter-annual amplitude of the human uncomfortable days had been increasing since the 1990s. The cooling degree days (CDD) index is creasing while the heating degree days (HDD) index is declining, and the declining extent of HDD is larger than the creasing extent of CDD. It indicates that the energy consumption of Beijing area in the future summer will be further increasing, but the energy consumption for warming in winter will be expected to decline substantially. It will be helpful to reduce pollution from warming by burning coal in winter, improve the air quality. Thirdly, there exists obvious space difference about the change of environmental climatic index in each region of Beijing because of the urbanization process. And the change of environmental climatic index in urban and the southeastern plain area is obviously higher than that of suburbs and mountain area. Fourthly, the contribution rate of urbanization to the regional environmental climatic index is between 47.2% and 76.3%, which means that the effect of urbanization on regional ecological environment can not be ignored in Beijing. Key words: climatic change; urbanization; human comfort index; growing season length; degree-day index