（自然地理学专业论文）环渤海沿海城市水热条件演变分析.pdf

学位论文独创性声明 i i i i i ir l l l l l l l l l l l l i i l l l l l l l l l l l l l l i i i i ii i i i i i ； iy 18 9 0 4 7 1 ； 本人承诺：所呈交的学位论文是本人在导师指导下所取得的研究成果。论文中除特别加以标注和 致谢的地方外，不包含他人和其他机构已经撰写或发表过的研究成果，其他同志的研究成果对本 人的启示和所提供的帮助，均已在论文中做了明确的声明并表示谢意。 学位论文作者签名： 学位论文版权的使用授权书 本学位论文作者完全了解辽宁师范大学有关保留、使用学位论文的规定，及学校 有权保留并向国家有关部门或机构送交复印件或磁盘，允许论文被查阅和借阅。本文 授权辽宁师范大学，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库并进行检索， 可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文，并且本人电子文档的内 容和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后使用本授权书。 学位论文作者签名：么羞今受辱乏麦矿指导教师签名：碰 签名日期： 刃年多月7 日 辽宁师范大学硕士学位论文 摘要 在全球气候变化大背景下，处于海陆交接地带的沿海地区城市由于受海陆两种界面 的共同作用，在城市化水平的提升过程中其内部主要气象要素和水热组合条件变化表现 出特殊性。 基于环渤海沿岸不同城市1 9 5 1 - 2 0 0 9 年及1 9 8 0 - 2 0 0 9 年两组气象要素( 气温、降水、 风速) 数据的统计得出各气象要素季节值和年值的变化趋势，结果发现：在1 9 5 1 - 2 0 0 9 近6 0 年以来渤海沿岸城市气温总体上升，且春、冬季节增温贡献率较大；降水表现出 缓慢地周期性减少，周期约为1 1 年；风速的变化总体上降低。而通过s u r f e r 8 0 对所 选沿海城市1 9 8 0 2 0 0 9 前后两个时段等值线图分析表明：气温在整体上升过程中区域间 的温度差逐渐变小，降水量整体下降过程中处于渤海不同位置的沿海城市区域间差异特 征不同。风速在总体下降过程中空间分布特征无明显变化，前后两个时段都表现出“经 向型 自东向西递减。其中气温、降水及风速的变化以辽宁沿岸最为明显。这与人类活 动对下垫面性质改变有较大关系。区域内部的快速城市化使城市内部及城市间下垫面数 量和结构改变明显，这样就改变了原因下垫面和大气之间的水热交换状况。 在说明城市内部水热条件变化时，选取反映人体对水热条件感受的气象学指数 人体舒适度，通过对人体舒适度的量化来计算分析出各沿海城市水热组合状况指数( h ) 。 其中，大连、营口、潍坊、锦州h 值呈下降趋势，秦皇岛波动性变小，而天津在近研究 时段内h 值整体上升。为进一步说明各城市h 值的季节变化特点，利用m a n n - k e n d a l l 检验法对各城市h 值的季节值变化进行方向及趋势显著程度分析。结果表明：在所选渤 海沿岸城市中春、季、冬季h 值除天津外显著下降，夏季除秦皇岛呈现出无明显趋势的 下降外其余各城市h 值整体上升。 关键词：沿海城市；气候变化；人体舒适度；水热条件；下垫面 环渤海沿海城市水热条件演变分析 a n a l y s i so fh y d r o t h e r m a lc o n d i t i o nv a r i a t i o n si nb o h a ic o a s t a lc i t i e s a b s t r a c t u n d e rt h eb a c k g r o u n do fg l o b a le l i m a t ec h a n g e ，t h ec o a s t a lc i t i e sw e r e i n f l u e n c e db yl a n da n ds e af o ri t ss p e c i a lp o s i t i o n s ow i t ht h eu r b a n i z a t i o n l e v e lh a sb e e ni m p r o v e d ，t h em a i nm e t e o r o l o g i c a le l e m e n t sa n dh y d r o t h e r m a l c o n d i t i o ni nc o a s t a lc i t i e sa p p e a r e di t sp a r t i c u l a r i t y u s i n gt h ev a l u e so fm a i nm e t e o r o l o g ye l e m e n t s ( t e m p e r a t u r e 、r a i n f a l l 、w i n d s p e e d ) d u r i n g1 9 5 1 2 0 0 9a n d1 9 8 0 2 0 0 9i nb o h a i c o a s t a lc i t i e s ，w eg e tt h e v a r i a t i o nt r e n d so fs e a s o n a la n dy e a rv a l u e s t h eo u t c o m em a n i f e s t s ：d u r i n gt h e 6 0y e a r s ( 1 9 5 1 2 0 0 9 ) ，t h et e m p e r a t u r ei nt h ec o a s t a lc i t i e si sb e c o m i n gw a r m e r ， s p r i n ga n dw i n t e r sc o n t r i b u t i o nr a t ei sl a r g e rt h a no t h e rs e a s o n ：t h er a i n f a l l i sr e d u c e dp e r i o d i c a l l y ；a n dt h ew i n ds p e e di sa l s ob e c o m i n gw e a k a p p l y i n g s u r f e r8 0g e tt h ec o n t o u rm a pf o rm e t e o r o l o g ye l e m e n t sc h a n g ea tt h ed i f f e r e n t s t a g ed u r i n g1 9 8 0 2 0 0 9 w ec a nc o n c l u d et h a tt h et e m p e r a t u r ed i f f e r si nd i f f e r e n t c i t i e si ss h o r t e du n d e rt h ew a r m i n gc o n d i t i o n ，t h er a i n f a l lv a r i a t i o n sd i f f e r e d f o ri t sp o s i t i o ni nb o h a i w i n ds p e e dh a sn o tc h a n g e do b v i o u s l y ，a n di t ss p a t i a l c o n s t r u c t i o nl o o k sa l i k ea tt h ed i f f e r e n tp e r i o d t h ec h a n g e si nt e m p e r a t u r e 、 r a i n f a l la n dw i n ds p e e dw e r ee v i d e n ti nl i a o n i n gc o a s t a lc i t i e s t h i sc h a r a c t e r i sr e l a t e dt ot h ec h a n g e si nu n d e r l y i n gs u r f a c e t h es p e e d yu r b a n i z a t i o ni nt h e a r e ah a sc h a n g e dt h eq u a n t i t ya n dt h es t r u c t u r eo ft h eu n d e r l y i n gs u r f a c e ， t h r o u g ht h isc o u r s e ，i ta f f e c t e dt h ee x c h a n g es t a t eo fw a t e ra n dh e a tb e t w e e n a t m o s p h e r ea n dg r o u n d i nm e a s u r i n gh y d r o t h e r m a lc o n d i t i o nc h a n g e so fc i t y ，c h o o s et h e h u m a n c o m f o r ti n d e xw h i c hc a nr e f l e c tt h eh u m a nf e e li n go fh u m i d i t ya n dh e a ta sa s t a n d a r d ，a n dt of i g u r eo u tt h eh y d r o t h e r m a lc o n d i t i o ni n d e x ( h ) f r o mt h i s o u t c o m e ，t h ev a l u eo fhi so nad e c l i n i n gt r e n di nd a l i a n 、y i n g k o u 、w e i f a n ga n d j i n z h o u t h ef l u c t u a t i o no fni no i n h u a n g d a oi sl e s s e n ，b u ti nt i a n j i nt h ei n d e x b e c a m eh i g hd u r i n gt h es t u d yt i m e i no r d e rt of u r t h e rt h ec o n c l u s i o n ，w ec o u n t e d t h es e a s o n a lhv a l u e si ne a c hc i t y ，u t i l i z i n gt h em a n n - k e n d a l it e s tm e t h o d st o a n a l y s i st h ed i r e c t i o na n dr e m a r k a b l ed e g r e eo ft h et r e n di nd i f f e r e n ts e a s o n o fs t u d y i n gc i t i e s t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a th y d r o t h e r m a lc o n d i t i o ni ns p r i n g 、 s u m m e ra n da u t u m ni sd r o p p e dn o t a b l ye x c e p tt i a n j i n i ns u m m e r ，t h ec o n d i t i o n 辽宁师范大学硕士学位论文 isi m p r o v e de x c e p tq i n h u a n g d a o k e yw o r d s ：c o a s t a lc i t i e s ：c l i m a t ec h a n g e ；h u m a nc o m f o r ti n d e x ；h y d r o t h e r m a l c o n d i t i o n ；u n d e r l y i n gs u r f a c e 环渤海沿海城市水热条件演变分析 目录 摘j 1 9 e i a b s t r a c t i i l 弓l 言1 1 1 研究背景及研究意义l 1 1 1 研究背景1 1 1 2 研究意义2 1 2 国内外研究综述3 1 2 1 国外研究概述3 1 2 2 国内研究评述5 1 3 研究目的与研究内容6 1 3 1 研究目的6 1 3 2 研究内容6 2 环渤海沿海区域特征8 2 1 区域概况8 2 1 1 自然地理特征8 2 1 2 社会经济状况9 3 区域气候演变特征一1 0 3 1 区域气候时间演变特征一1 1 3 1 1 气温变化特征1 1 3 1 2 降水变化特征1 2 3 1 3 风速变化特征：。1 4 3 2 区域气候空间演变特征1 5 3 2 1 气温演变特征16 3 2 2 降水演变特征1 7 3 2 3 风速演变特征18 3 3 特征分析1 9 4 水热组合演变特征2 1 4 1 研究方法及评价指标。2 1 4 2 水热组合条件( h 值) 计算结果2 2 4 3 原因分析2 4 结论2 7 参考文献2 9 攻读硕士学位期间发表学术论文情况31 辽宁师范大学硕士学位论文 - _ _ _ _ _ l _ - _ - - 一 致谢3 2 辽宁师范大学硕士学位论文 1 引言 1 1 研究背景及研究意义 1 1 1 研究背景 水热条件作为衡量气候条件的主要指标，在气候演变过程中越来越受到重视。水热 条件的变化是以宏观气候演变为基础，因此在分析区域内水热条件的变化时必须以区域 整体气候变化和不同尺度区域气候研究为前提。气候演变作为与区域内人类活动息息相 关的重要因素，在国内外越来越受到重视。由于气候是一个开放的系统，其会受到太阳 活动和地球自身内外圈层活动以及人类活动的综合影响，因此在过去的历史时期中，气 候的演变呈现出规律性和突变性并存的特点。其中，规律性表现于古气候在经历了冷暖 期的更替后在近百年来气温呈上升趋势。根据气候代用资料和仪器观测的近2 0 0 0 年来 的全球地表平均温度的变化，显示出从二十世纪温度开始急剧上升，1 9 9 8 年和2 0 0 5 年是 近一千年来温度最高的两年，且近4 0 年来又是升温率最高的时期u 3 。政府间气候变化专 门委员会( i p c c ) 2 0 0 7 年第四次评估报告指出近i 0 0 年来气温升高0 7 4 o 5 6 至o 9 2 ，这一趋势大于第三次评估报告给出的1 9 0 1 - 2 0 0 0 年o 6 o 4 至0 8 的 相应趋势。同时指出近5 0 年( 1 9 5 6 2 0 0 5 年) 的线性变暖趋势( 每1 0 年0 1 3 o 1 0 至0 1 6 几乎是近i 0 0 年( 1 9 0 6 - 2 0 0 5 年) 的两倍，根据全球地表温度器测资料( 自1 8 5 0 年以来) ，最近1 2 年( 1 9 9 5 - 2 0 0 6 年) 中，有1 1 年位列最暖的1 2 个年份之中嘲。气候的 突变性主要表现于极端天气发生频率的升高，其对人类生命财产安全造成巨大威胁。与 此同时，由于不同区域下垫面水热条件的差异性，气候的演变还呈现出区域化，即在全 球气候变化的大背景下由于纬度位置、海陆位置以及地形及人类活动强度的差异，区域 间气候的演变特点相异。水热条件这一气候演变前提下也呈现出相应的规律性和区域 性。 区域内水热条件的变化除受宏观气候背景影响外还会因区域下垫面人类活动强度 不同而异。人口数量的增多、人类生产生活过程中温室气体的排放以及人类对于下垫面 性质的改变都会影响区域内主要气象要素的变化，从而干预了区域内的气候变化特征。 在气候变暖的大背景下，极端气候现象在近3 0 多年表现突出，其特点表现为明显的分 布范围广、发生频率大、涉及类型多及造成危害性大。如东南亚地区的强降雨、发生在 海湾地区前所未有的强热带风暴和中国南部地区发生的强降雨及洪水、5 至7 月在英国 发生的洪水、东南欧和俄罗斯的热浪、南非和南美一些地区非同寻常的降雪等，以及近 几年我国北方大范围的春旱及南方大范围、长时间的低温雨雪天气。这些极端的局地气 候变化会严重影响区域内水热条件的配置特征，造成水热特征的剧烈转变从而给当地居 民的生命、财产造成了巨大的损失。气候的这一变化特点与日益加强的人类活动密切相 环渤海沿海城市水热条件演变分析 关，气候的变化还会影响一个国家和地区的水资源、河流、植被覆盖、农作物及重大工 程项目。因此，世界各国及各地区在对气候总体变化的研究过程中也越来越重视对极端 气候条件的研究，通过对历史时期气候演变的总结归纳以及对实时气象要素的观测和记 录，运用高科技手段( 如气象卫星实时云图、遥感图片解析) 对天气和气候做科学的总 结和预测，以服务于人类的生产生活活动。 我国“十二五 规划明确指出：在发展经济的同时要积极应对全球气候变化。把大 幅降低能源消耗强度和二氧化碳排放强度作为约束性指标，有效控制温室气体排放。同 时要推广低碳技术，促进经济社会发展与人口资源环境相协调，走可持续发展之路。由 此可见，对某一区域气候演变特征进行分析研究不仅可以使人类认识和了解活动区域气 候的演变特征，而且可以对人们的生产生活方式的选择有一定的指导作用。同时对于极 端天气的实时监控及科学预报也可以降低气象灾害对于公民经济的损害，可以保障社会 经济持续稳定发展。 1 1 2 研究意义 区域内水热组合条件的特征不仅会影响区域内人类的居住环境，还会影响区域内农 业、工业及商业等经济活动。对于人口和经济活动高度集中的城市，其内部水热条件状 况直接影响人类生活的舒适程度，水热组合条件的舒适程度直接影响制约城市及整个区 域的宜居水平。这样就会影响区域内人口的迁入迁出状况，从而影响区域长远的发展潜 力。沿海区域是一个国家和地区自然条件相对优越、人口分布密度较大、经济发展水平 较高以及单位土地经济投入量较多的空间单元，因此常成为人口集聚、国民经济和社会 发展的重要区域和战略中心。而沿海城市作为区域内的核心一直成为为人口净迁入区及 产业集聚地，在国家和区域整体经济的发展中贡献率较高。但是，由于所处位置为陆地 和海洋的交接地带，其海陆热力性质、侵蚀堆积方式的差异使得海岸带气候条件、水文 特征及自然地貌单元等具有特殊性和复杂性。我国海岸线长度居世界第四位，其中大陆 海岸线长度为1 8 4 0 0 k m ，海岸带资源丰富。我国沿海地区由于处在最大大陆和最大大洋 的陆海交替处、海陆间巨大的热力差异使得海岸带地区为气候多变地带由于大气环流 和热力性质的不规律演变，如厄尔尼诺、拉尼娜及南方涛动的强弱转变使得气候呈现出 明显的不规律变化，这样气象灾害发生频率就会加大，给沿海地区人民生命财产安全造 成最大威胁。对于具有所处纬度较高、海域呈半封闭状及水深较浅等的渤海海域，其气 象灾害呈现出一定的复杂性和独立性。如冬季沿海岸会出现冰冻现象，由于水浅风暴潮 灾害损失量较大等。又因环渤海区域一直作为我国经济开发重点区域，其沿海城市成为 人口和产业活动的重要集聚单元。因此，对于人口和产业密集分布的环渤海沿海城市内 部水热组合条件变化的研究理论和实际意义更大。 我国沿海城市承载着全国2 5 以上人口，创造着5 5 以上国民生产总值盼1 。环渤海海 岸带地区面积占全国总面积的1 6 7 ，但在2 0 0 6 年 - 2 0 1 0 年期间国内生产总值均占我 2 辽宁师范大学硕士学位论文 国国内生产总值的2 1 以上嘲。作为我国自然资源丰富和社会经济文化发达的区域，环 渤海海岸带地区受各种灾害性天气的影响较大。中国工程院院士李泽椿指出：环渤海地 区是全球气候变化的敏感区域，其中海上大风、风暴潮、海冰、大雾等灾害性天气会严 重影响海上生产作业、航运和军事活动，常造成重大人员和财产损失。随着区域城市化 进程的加快，人们对下垫面改造的力度逐渐加大，如道路和住宅区的建设、海岸带的不 合理开发利用( 大范围围海造田及填海造陆) 及其他活动用地的规划，这会很大程度上 改变局地以及整个区域的水热平衡，使得气候的变化幅度更为剧烈，水热组合状况恶化。 随着全球气候在近几十年变暖趋势加强。极地冰川和大陆冰川的消融量增多，同时由于 气候变暖对海水有加热膨胀作用，这使得海平面日益升高，这不仅改变了下垫面状况， 同时扰乱了原有城市和区域内部的水热组合状况。据i p c c 第四次报告指出：1 9 6 1 至2 0 0 3 年期间，全球平均海平面已以每年1 8 1 3 , - - - , 2 3 毫米的平均速率上升，从1 9 9 3 至2 0 0 3 年，全球平均海平面已以每年大约3 1 2 4 , - , - , 3 8 毫米的速率上升。这使得一些海拔较 低的岛国和近海国家的一些沿海地区受到不同程度的淹没和海水侵蚀。以图瓦卢为例， 由于海平面的上升，其领土部分被海水淹没，并有相关预测图瓦卢将随着海平面上升最 终消失。马尔代夫不得不花费巨资在国外买地整体搬迁，纽约、东京都将花费数百亿巨 资建拦海大坝，我国也不例外。 综上所述，对于我国北方重要沿海地区环渤海海岸区城市水热组合状况的演变 特征分析具有重要的理论意义和现实意义。一方面可以总结分析水热条件长期演变的规 律，另一方面可以依据同期人类活动对区域水热组合状况改变的“贡献率。从而为国 家和地方政府科学制定地区域经济发展政策时提供科学依据，实现经济、生态、环境的 和谐统一发展。 1 2 国内外研究综述 1 2 1 国外研究概述 长期以来人们在研究区域内气候变化时常把水和热分开，然而自然界中下垫面水和 热是互相影响、密不可分的。然而在全面概述和分析区域气候条件时还必须以气候的整 体气象要素研究为基础。气候是较长时间内天气特征的综合，通常指较长时间尺度内的 平均状况，但气候绝非仅仅指平均值，一些天气现象的概率分布和极端值也属于气候的 范畴。因此，气候可定义为全球或某一特定地区天气和大气状况及气象要素( 包括这些 要素的分布型) 在足够长的时间内( 通常指3 0 年) 反映出来的极值、均值和变率等统 计特性。引起气候变化的原因可以大体上分为自然原因和人为原因。自然原因中包括有 地球系统本身的某些因素，如火山喷发、海一陆气相互作用、地壳运动、地球转动等， 还包括地球以外的因素，如太阳辐射、银河系尘埃、银河旋臂等；人为原因主要包括人 类燃烧化石燃料、硫化物气溶胶浓度的变化、路面覆盖和土地利用的变化等可引起的全 环渤海沿海城市水热条件演变分析 球气候变化的人类活动嘲。气候的变化对生活在地球上的人类带来巨大影响：气候变暖 会使得大陆冰川和山岳冰川大规模融化，其不仅可以导致海平面的上升，还会造成河流 补给来源的消亡，尤其是内陆地区，这会严重影响内陆地区人类的饮水来源。极端气候 发生频率越来越频繁造成生命和财产的巨大损失。气候的变化还会导致粮食减产、海平 面上升及物种的灭绝。全球超过7 0 的人口生活在沿海平原，且世界上前1 5 大城市中， 有1 1 个位于沿海、河口地区。面对严峻的现实形式，国内外政府及科研人员气候变化 予以了广泛的研究，并取得了丰硕的成果。 1 9 7 9 年在瑞士日内瓦召开的第一次世界气候大会上，科学家提出了大气二氧化碳浓 度增加将导致地球升温的警告，气候变化作为一个重大科学问题首次受到国际科学界的 关注。1 9 9 2 年6 月，在联合国环境与发展大会的推动下，气候变化作为国际社会关注的重 大环境问题被提上议事日程。为了对气候变化及有关问题的科学、技术、经济和政策评 价进行系统研究，1 9 8 8 年联合国授权气象组织和联合国环境规划署共同组建了政府间气 候变化专门委员会( i p c c ) ，自成立以来分别在1 9 9 0 、1 9 9 6 、2 0 0 1 和2 0 0 7 年对全球气 候变化作了四次评价报告。其中，i p c c 第四次评估报告指出：近i 0 0 年来( 1 9 0 6 2 0 0 5 ) 全球平均气温上升了0 7 4 ，据估计到本世纪末，全球地表平均增暖1 卜6 4 。在此期 间国外众多学者也分别就全球、各大洲、区域及国家等不同空间尺度整体气候变化和某 些气象要素进行了分析研究h 嘲，并且取得了丰硕的成果。美国国家大气研究中心 ( n c a r ) 报道：近来出现的美国和欧洲极度的热浪、美国西部的长期干旱以及根据给予 全球最先进的7 个气候模式的一项新的研究，北美和欧亚大陆将有长期出现特大暴雨雪 的迹象。c l a u d i at e b a l d i 和她的同事在法国、日本、俄国和美国的研究中心的巨型机 上使用9 个不同的气候模式对1 9 8 0 - 1 9 9 9 年和2 0 8 0 - 2 0 9 9 年两个时期进行气候模拟，结 果表明：全球几乎所有的陆地极端的暖夜和热浪持续天数明显增加，美国西部、欧洲南 部和巴西东部等地区干旱持续的时间明显延长。同时指出未来一个世纪减少温室气体排 放量会降低气候变化发生的灾害n 阳。在研究整体气候变化的过程中不少学者也重视对环 境脆弱区域气候变化及极端气象要素演变分析研究，h u l m e 分析了全球范围9 个干旱区 ( 美国西南部、亚洲西南部、东亚中部、非洲北部、非洲撒哈拉地区、非洲合恩地区、 非洲南部、澳大利亚、南美巴塔哥尼亚地区) 1 9 0 0 年到1 9 9 4 年的降水变化特征，发现尽 管这9 个地区近百年来都在一致地变暖，降水却没有一致的变化特征，即在这9 个干旱 区中没有一致的变湿或变干的线性趋势n 射。k l e i n t a n k 等通过对欧洲1 9 4 6 - 1 9 9 9 年强降 水事件研究发现：欧洲强降水事件随总降水量的增加而增多，但降水量减少时并没有降 低旧。对于人口和经济密度分布较高的沿海地区，气候的变化尤其是极端气候条件的突 变受到更为系统的研究。d o n a l ds c a v i a 等人就气候变化对美国海岸和海洋生态系统做 了研究指出海平面上升以及风暴潮、飓风强度和频率的增加对海岸带、河口、沿海湿地、 珊瑚礁及海岸带生态系统产生巨大威胁司。在此期间，许多国家和学者也通过模型模拟、 4 辽宁师范大学硕士学位论文 实地建立观测站，结合“3 s 技术加强对沿海区域的检测研究，同时建立起了适合当地 的减灾预警系统以降低气候环境突变带来的损失。 1 2 2 国内研究评述 我国对气候变化问题给予了高度重视，成立了国家气候变化对策协调机构，并根据 国家可持续发展战略的要求，采取了一系列与应对气候变化相关的政策和措施。目前， 气候变化影响方面的研究总体上集中在未来气候变化情景、气候影响的程度和范围的研 究以及应对气候变化的适应对策等。中国气候变暖趋势与全球的总趋势基本一致。据中 国气象局发布的最新观测结果显示，中国近百年来( 1 9 0 8 m 2 0 0 9 年) 地表平均气温升高 了1 i 。c ，自1 9 8 6 年以来经历了2 1 个暖冬，、2 0 0 7 年是自1 9 5 1 年有系统气象观测以来 最暖的一年。近5 0 年来中国降水分布格局发生了明显变化，西部和华南地区降水增加， 而华北和东北大部分地区降水减少。高温、干旱、强降水等极端气候事件有频率增加、 强度增大的趋势。夏季高温热浪增多，局部地区特别是华北地区干旱加剧，南方地区强 降水增多，西部地区雪灾发生的几率增加司。中国由于所处纬度位置及海陆位置的特殊 性，再加之地形多样化，使得我国的气候类型呈现出多样化。我国所跨纬度范围大，从 南向北具有热带、亚热带、温带及寒温带热量带；处于世界上最大大陆欧亚大陆和最大 洋太平洋的交接地带，季风气候显著；不同时期的地质构造运动使得我国纵向、横向山 脉纵横交错；青藏高原作为世界屋脊由于其热力和动力作用对我国的气候产生重要影 响。基于这一背景，我国气候区域性明显，并且气候类型的变化没有明显的渐变地带， 经常出现以某一大型山脉为气候的分界线。 据科学家的研究，中国未来的气候变暖趋势将进一步加剧；极端天气气候事件发生 频率可能增加；降水分布不均现象更加明显，强降水事件发生频率增加；干旱区范围可 能扩大；海平面上升趋势进一步加剧n 叼。我国学者在气候变化研究过程中表现出以下特 点：对气候整体的变化特征的研究，从而揭示分析气候变化过程中表现出的特点，包括 依据史实记载、树木年轮、冰芯、孢粉分析古气候的演变n 讯n 阳；由于我国不同区域水 热条件的差异较大，因此对于不同区域气候演变特征的研究颇为丰富，还包括对各区域 间气候演变过程的不同变化趋势进行对比性分析。对于气候的研究侧重时间和空间两个 尺度的研究，从而揭示出我国气候变化的特点n 钔叫2 。随着经济的发展和人类活动强度 的增强，对于研究人类活动干预小区域气候、城市气候的研究日益增多，分析城市“五 岛效应”与人类生产生活活动的关系。海岸带作为大陆和海洋相互交绥的过渡地带，由 于地理要素和地理过程存在显著差异成为全球气候变化的敏感区域。因此，对于海岸带 区域气候的演变，尤其是极端气候条件的研究越来越成为学者们关注的热点嘲叫堋。 二十世纪九十年代以来，环渤海地区降水总量持续偏少，极端强降水和干旱缺水问 题十分突出。郭军等利用环渤海地区6 0 个台站1 9 6 1 2 0 0 7 年逐日降水资料，应用百分 位方法确定极端强降水阈值，分析了极端强降水量、降水强度和频率的空间分布及时间 环渤海沿海城市水热条件演变分析 变化趋势。结果表明：环渤海地区极端降水强度大、频率高的地区与年降水量高值区相 一致，说明极端降水量的多少影响年降水量。这一特点说明区域内水分条件的交率较大。 在整体气温上升的前提下由于水分的突变性增强从而影响区域内水热组合，使区域及城 市内部的水热组合条件变动剧烈，不利于区域内人类的生活和其他活动。在分析区域及 城市内宜居水平时，学者们常引入气象学中的人体舒适度指数来衡量主要气象要素变化 对人体的影响。利用气温、湿度和风速作为主要参考因素，通过人体舒适度指数说明区 域或城市内部气候的适宜程度，在研究和现实生活中得nt 广泛的应用嘲卜1 。 1 3 研究目的与研究内容 1 3 1 研究目的 通过对环渤海沿海城市主要气象要素的时空演变特征及各城市内部水热组合条件 在3 0 年内的变化趋势，讨论分析区域内水热组合条件的演变特点。随着气候变暖趋势 的不断加强、极端天气出现频率日益增大，气候的变化尤其是突变性逐渐被重视。由于 城镇化的迅速提高，人口和经济逐渐集中。尤其是沿海地带，逐渐成为人口和经济的聚 焦中心。沿海地区处于海陆两相交接地带，区域环境变异灵敏度高、耐受性低，对于人 类活动的反应效应显著。 环渤海地区是我国北部沿海的黄金海岸，自然资源丰富、经济基础雄厚且发展速度 较快。由于所处纬度位置较高，又处在沿海地域。因此在东亚季风环流背景下环渤海区 域成为冷暖空气频繁交汇的地区，主要气象要素的季节性变化较为明显。尤其是冬春和 秋冬过渡时节，整体区域及区域内部城市气温变化幅度、降水变率及风速的变差都较大， 这对区域及城市内部人类的生活和生产造成不便。从人体舒适度角度区说明区域内水热 条件变化特征，揭示区域气候的变化趋势。渤海属于超浅海，发生风暴潮的机率较大。 沿海城市快速城市化引起的人口、产业和基础设施高度集中，在气候的极端变化过程中 该区域承受灾害的能力及其脆弱。本文研究的目的在于，通过对环渤海六个沿海城市 1 9 5 1 年以来主要气象要素变化的分析说明各气象要素变化的特点，同时在用s u r f e r 8 0 绘制等值线来说明各气象要素在空间内的分布特点及差异。以此综合反映沿海城市气候 时间和空间两方面的变化特征。同时利用气温、相对湿度和风速气象要素通过人体舒适 度指标表征出各城市内部水热组合条件变化趋势，从而揭示在近3 0 年来环渤海沿海城 市水热条件的变化趋向。 1 3 2 研究内容 ( 1 ) 研究了环渤海沿岸带地区气候演变的时间演变特征，选取大连、营口、锦州、 天津、潍坊为代表城市，通过整理分析来自中国气象科学数据共享服务网中各地1 9 5 1 年一2 0 0 9 年( 天津为1 9 5 4 - 2 0 0 9 年) 气温、降水、风速的月均值变化数据统计分析各地 6 辽宁师范大学硕士学位论文 区1 9 5 1 年以来四季气温、降水、风速变化的总体特征。 ( 2 ) 利用选自环渤海沿岸区不同位置的大连、营口、锦州、秦皇岛、天津及潍坊 对研究区气候的空间演变特征进行分析。利用各市1 9 8 0 - 2 0 0 9 年气温、降水和风速的记 录资料，把3 0 年分为1 9 8 0 1 9 9 4 、1 9 9 5 - 2 0 0 9 两个时间段，计算出各市在前后两个时段 气温、降水和风速的均值，利用s u r f e r 8 0 软件做出前后两个时段气象要素的空间分布 特征，结合各城市气象要素四季数值在前后两个十五年间的变化综合分析研究区气候演 变的空间特征。 ( 3 ) 采用气象学中人体舒适度指数的计算，选取气温、相对湿度及风速在不同季 节的组合，在选取权重时考虑区域内的气候特征及海陆位置，综合计算出各城市年内水 热组合指数h 。通过对主要气象要素数据的统计得出城市内部水热组合条件近3 0 年来随 时间的变化趋势。为了分析城市年内季节间h 的差异，利用m a n n - k e n d a l l 检验法计算 出各城市四季h 的变化趋势的正负方向及显著程度。在结果分析时，结合相关区域遥感 图片解译结果来分析说明在不同时段内区域下垫面的变化特征，同时利用所选城市中大 连、营口、天津及潍坊四市二十一世纪以来每年房地产开发投资金额作为反映城市下垫 面改造强度。从而分析出区域内水热条件与人类活动的关联性。 环渤海沿海城市水热条件演变分析 2 环渤海沿海区域特征 2 1 区域概况 渤海位于北纬3 7 。0 7 4 1 。0 17 ，东经1 1 7 。3 57 - 1 2 1 。1 0 ，东以辽东半岛的 老铁山西南角与山东半岛的蓬莱问的连线为界，通过渤海海峡与黄海相通，其余三面为 大陆所围，是一个北东一南西向半封闭浅海，南北长约3 0 0 海里，东西宽约1 8 7 海里，海域 面积约7 7 万平方千米，被辽东半岛、山东半岛和华北大平原“c 字形所环抱。地理 位置如图2 1 所示。本文所研究区域不同于一般意义上的环渤海区域，而是指与渤海有 交接带“三省一市一( 辽宁省、河北省、山东省、天津市) 中处于沿海地带的地市级城 市。由于区域内气候适宜、地形平坦、资源丰富、交通便利，成为人口和经济分布密度 较大的区域。区域内经济实力强、劳动力充足、城市化水平高，随着对外开放程度的增 加，研究区域逐渐成为我国北方经济沿海地区的重要贡献者。 图2 i 环渤海沿海地区地理位置图 f i g 2 1t h eg e o g r a p h yp o s i t i o no fb o h a ir i m 2 1 1 自然地理特征 环渤海地区地处中纬度，属温带一暖温带、湿润一半湿润季风气候类型。区内主要 地理单元有辽东半岛、山东半岛及华北平原部分地区。气候特征主要表现为四季分明， 冬季寒冷、干燥少雪，春季干旱多风，夏季高温多雨，秋季天高气爽。年日照时数 2 5 0 0 - 2 9 0 0 h ，年总辐射5 0 0 0 5 8 0 0 m j m 2 ，年平均气温8 - 1 2 5 c ，最冷月均在1 月份， 而最热月渤海岸段多在7 月。年极端最高气温3 4 一4 4 ，年极端最低气温一1 3 - - 2 9 8 辽宁师范大学硕士学位论文 。年降水量为6 0 0 7 0 0 r a m ，且主要集中于夏季( 占全年的6 0 - 7 5 ) 。风速等值线与海 岸线平行且密集，大陆岸线年平均风速为4 - 5 m s ，成山头一带较大( 6 7 s ) 。 由于地处我国气温升温率最大的北方地区，海陆位置觉得受季风影响较大。同时由 于周边地形的环绕阻挡以及渤海作为半封闭型海域自身系统的特殊性，使得环渤海海岸 带地区整体气候演变特征及气象要素的变化都较我国其他沿海地区有较大差异。众多河 流注入渤海，如黄河、辽河、海河等，在河流入海口处常形成广阔的三角洲平原，成为 城市和人口分布的重点区域。 2 1 2 社会经济状况 环渤海沿海区域地处海岸带，海洋资源、区位优势突出，港口星罗棋布，而且还有 得天独厚的人文、科技、旅游、经济资源。随着区域内部基础设施的日益完善，特别是 营口、天津、大连等大型开放性港口的建设，使得区域内经济的增长速度猛增。在宽松 的国家政策下依靠环渤海经济区的发展、京津唐工业区和东北老工业基地建设过程中， 经济得到了长足发展。2 0 0 8 年，环渤海经济区主要海洋产业总产值已经超过5 0 0 0 亿元， 占中国海洋产业总产值的1 3 以上。在2 0 1 0 - 2 0 1 5 年环渤海经济区产业投资环境分析前 景预测报告中指出：环渤海经济区会以港口业、物流业、旅游业、海洋经济等产业为经 济发展重点。在此过程中，区域内城市化水平快速提升，人口密度加大，其中我国沿海 地区五大城市群中有三大城市群( 辽中南、京津冀、山东半岛城市群) 就处于研究区的 经济腹地中。 随着辽宁老工业基地的改造、山东半岛制造业基地的崛起、天津滨海新区、河北唐 山市曹妃甸、辽宁沿海经济带等区域建设热潮的出现，环渤海地区已成为继珠江三角洲、 长江三角洲之后我国经济发展的第三大区域经济发展支柱。作为中国的第三大经济增长 极，环渤海经济区目前已成为中国海洋经济的区域龙头。 环渤海沿海城市水热条件演变分析 3 区域气候演变特征 随着全球气候的变暖，中国近1 0 0 年来平均地表气温明显增加，升高幅度约为o 7 9 ，增温率比同期全球平均值略高( 增温率为0 0 8 1 0 a ) 劂，由于不同区域所处纬度 位置、海陆位置及垂直高度的不同，在我国东部季风区、西北干旱半干旱气候区以及西 南部青藏高原区气候变化特征各异。王海军等昭刀对中国北方5 7 年来气温时空变化特征 进行分析后得出我国北方升温趋势最快的是东北地区，其次是华北地区，西北地区增温 率最慢。陈少勇等眦1 利用我国东部季风区3 7 5 各测站的1 9 6 1 - 2 0 0 6 历年平均地面气温资 料发现东部季风区除西南地区增温不显著外其他地区气温都有明显的上升趋势，且增温 率从南向北增大。环渤海沿岸地区处于北方地区和东部季风区所交的位置，气温变化除 表现为上升特点外还具有特殊性；降水特点由于环渤海地区受地形及盛行风向的综合作 用，分水岭如图3 1 所示。受分水岭的影响降水在海岸带的分布特点不同于区内其他地 区。因此，对环渤海沿海地带气候的变化特点从时间和空间尺度展开研究很有意义。 图3 i 环渤海地区分水岭位置图 f 追3 1t h ew a t e r s h e dp o s i t i o ni nb o h a ir i m 考虑到数据的可获取性以及沿海城市所处位置的差异性，本文在分析环渤海沿海地 区气候时空演变时选取环渤海“三省一市 1 3 个沿海城市的数量和密度有所不同。在探 讨气候时间演变特征时选取五个代表地点：大连、营口、锦州、天津、潍坊。通过整理 分析来自中国气象科学数据共享服务网中各地1 9 5 1 年- 2 0 0 9 年( 天津为1 9 5 4 2 0 0 9 年) 气温、降水、风速的月均值变化数据统计分析各地区1 9 5 1 年以来四季气温、降水、风 1 0 辽宁师范大学硕士学位论文