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熱島效應 干島效應 城市的“暴脾氣”怎么治? 來源:新華日報 日期:2019年06月06日11:15

  在城市規模日益擴大的亞熱帶濕潤地區,城市氣候到底是變得“更濕更熱”還是“更干更熱”,一直是國際氣象學界有爭議的熱點問題。近日,南京信息工程大學應用氣象學院郝璐教授帶領的生態水文氣象國際合作團隊在針對長三角地區的研究中發現,無論是“城市熱島”效應、“城市干島”效應,還是“小雨大澇”現象,都與這一區域大范圍濕地和森林轉為城市用地導致蒸散發變化有關。

  “因此,在土地資源有限而城市擴張迅速、面臨發展與?;さ乃匱沽ο?,科學判別和界定城市擴張背后的生態用地底線并給予合理?;?,建立科學合理的生態空間,對于城市生態系統健康和可持續發展,避免城市發展過程的盲目性具有重要的意義?!焙媽此?。

  南京新街口比江寧更干更熱,需生態系統“空調機”發揮功能

  太陽光和人類活動排放大量熱量被城市房屋建筑和空氣吸收,從而導致城市中的氣溫明顯高于外圍郊區的現象稱為“城市熱島”效應。類似地,城市空氣水分與濕度比周邊鄉村地區偏低的現象稱為“城市干島”效應。所以,我們會感覺到南京新街口等市中心地區比江寧等外圍地區要“更干更熱”。

  近20年來,我國南方尤其在長三角地區,由于大范圍的稻田濕地轉為相對較“干”的城市用地,“城市熱島”效應、“城市干島”效應以及“小雨大澇”等環境問題呈現出來。作為重要的人工濕地生態系統,稻田土壤含水量高,實際蒸散發接近潛在蒸散發,可以通過蒸散起到降低當地氣溫、調節濕度的作用,因此被稱為大自然的“空調機”。

  團隊研究發現,當大范圍水稻田轉為城市用地后,水稻田作為“空調機”的功能大大降低。隨著濕地、稻田和森林被城市取代,城市化地區變得更加干燥,出現“熱島干化”現象,也就是說,城市氣候變得“更干更熱”了。

  “城市干島”加重“城市熱島”

  研究人員利用植被覆被的衛星遙感數據、33個地面氣象站50多年的氣象觀測數據,以及城市化和水稻種植面積等統計年鑒數據,分析了2001年至2014年期間城市化與飽和水汽壓差(空氣濕度)之間的關系。

  研究表明,在過去的14年間,水汽壓,比濕和相對濕度等空氣濕度指標在長三角城市群核心區下降, 而飽和水汽壓差(VPD)顯著升高,且無法用氣溫變化解釋,即“城市熱島”效應可能并非“城市干島”效應加強的主要原因。

  反過來說,由于近地面空氣中水汽減少,VPD增高,加重大氣水分需求,形成“城市干島”效應,進而引起一系列環境效應?!襖緦饔蛘羯⒎⒓跎?,導致加熱空氣的能量(顯熱)增加,加上空氣變干同樣會進一步通過增強顯熱強度,加重城市熱島效應?!憊噬掀淥芯客北礱?,空氣變干、變熱會帶來空氣臭氧濃度的變化。

  秦淮河流域“消化不良”,與“生物排水”功能降低有關

  秦淮河流域四周為丘陵山區(80%),腹部為低洼圩區(20%),四周高中間低,出口地形平坦,下游具有長江潮汐頂托影響,導致整個流域排水不暢,對腹部低洼圩區和下游城市構成洪水威脅。加上流域地處北亞熱帶南部,受梅雨和臺風天氣系統影響,降水變率大,既是洪澇多發區,也是旱災多發區。

  “學界普遍認為不透水面、河網變遷等地表結構改變是城市化影響洪澇的主要因素?!?郝璐說,“秦淮河流域土地覆被發生了較大變化,稻田濕地面積減小,不透水面大幅增加,帶來了‘小雨大澇’等一系列新型的城市環境問題?!?/p>

  郝璐團隊首次從生態水文學的新角度科學地解釋了城市“小雨大澇”的現象。通過對秦淮河流域的研究發現,在過去近30年間,該流域城市面積擴張了3倍,且主要來自于水稻田。水稻田面積在過去的10年間減少27%,這導致秦淮河流域蒸散發減少,總徑流水量增加將近60%,洪峰流量、河川基流和地下水位均有增加趨勢,使該流域洪澇風險增加。洪澇風險并非來自城市管網的排澇硬件能力,而是水稻田的減少,導致河流蒸散發減少,自主調節能力減弱,最終影響城市的健康生態。團隊還發現,城市化進程中常規降水也可能導致極端水文效應,這在蓄滿產流占主導的濕潤地區更為普遍。

  環境治理要系統綜合全盤考慮

  “目前,從系統綜合的角度來解決環境或生態問題已逐漸成為學術和資源管理界的共識?!焙媽幢硎?,流域是自然系統中一個具有明顯物理邊界線且綜合性強的獨特地理單元。從這個意義上講,所有的生態環境問題都落入某一流域。因此,郝璐認為要把流域作為一個完整的系統,從流域的角度管理城市,運用生態水文學理論對流域中的主要過程進行科學管理,通過合理設置流域生態用地,有效提高城市生態服務功能和保障城市生態安全,是一條更有效的系統綜合解決城市環境問題的途徑。

  “目前對于我國在城市土地覆被格局演變的生態環境效應研究和認識不斷深入,但將所有生態環境效應綜合在一起開展研究不多?!焙媽此?,現代城市規劃需要從生態水文學角度考慮新型城市環境即“城市五島”(熱島、干島、濕島、雨島和渾濁島)效應,以減緩城市化對大氣環境帶來的負面影響。

  在全球變暖、極端天氣氣候事件增多的大背景下,“在蒸散發相對較高的亞熱帶濕潤地區,土地覆被變化的區域水文氣象效應更為敏感?!幣虼撕媽慈銜?,以調節土地覆被、?;な?、發揮自然生態系統功能為核心的城市流域管理在穩定城市小氣候和減緩洪澇等極端水文變化的作用不容忽視。

  (原標題:城市的“暴脾氣”該怎么治)

 ?。ɡ叢矗盒祿氈?責任編輯:顏昕)



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