氣候變化對雄安新區城市建設的影響及應對策略

2019-12-27 16:16 來源: 科技導報 |作者: 艾婉秀, 肖潺等

雄安新區局地小氣候具有溫和濕潤的特點,生態環境較好,氣溫適宜,日較差較大,人體舒適日數較多,適宜人們居住生活。與全國及周邊地區相比,雄安氣候變化趨勢較弱,受全球氣候變暖影響小。在全球氣候變暖背景下,隨著雄安新區經濟社會的快速發展,人、財、物的集中度越來越強,雄安新區面臨氣候變化加大的風險。因此,需要在建設中規避周邊城市已經形成的弊端。

2014 年聯合國氣候變化政府間專門委員會(Intergovernmental Panel on Climate Change,IPCC)第五次評估報告給出了近年來氣候變化最新研究進展,全球地表平均氣溫在近 130 多年上升了0.85℃。報告還指出,20 世紀中葉以來的全球氣候變暖,人類活動的因素占50%以上,主要是通過排放溫室氣體影響氣候;而且氣候變暖導致了高溫熱浪、干旱、暴雨洪澇等極端天氣氣候事件頻繁發生。2018年10月,IPCC發布了《全球1.5℃增暖》特別評估報告,引起了各國政府和社會公眾的極大關注,國際社會日益意識到全球氣候變化對人類當代及未來生存空間的威脅和嚴重挑戰。

中國的氣候變化趨勢與全球的總趨勢基本一致,但特征更加顯著。近60年來,全國地表平均氣溫升高 1.38℃,平均每 10 年升高 0.23℃,幾乎為全球的2倍。其中,北方增溫高于南方,冬季高于夏季,夜間高于白天。此外,中國的平均年降水日數呈下降趨勢,但累計暴雨日數是增加趨勢;高日數呈增加趨勢;東部大部地區年霾日數主要呈現增加趨勢;北方沙塵日數為減少趨勢等。全球氣候變化波及范圍廣、影響深遠,人們已經感受到了氣候變化對人類造成的影響,認為在氣候變化帶來的影響中,最為顯而易見的影響都源于極端天氣氣候事件,如近年來多發的熱浪、干旱、洪澇、熱帶氣旋和森林火災等。

雄安是中共中央、國務院在2017年4月1日決定設立的國家級新區,位于中國河北省保定市境內,地處京津冀腹地,范圍涵蓋河北省雄縣、容城、安新等3個縣及周邊部分區域(圖1)。本文主要分析氣候變化對雄安新區的影響,以及如何應對未來氣候可能產生的影響。

圖1 雄安新區地理位置示意

01
雄安新區基本氣候生態環境特征

雄安新區地處京津冀融合區域,西邊緊鄰太行山東麓,東邊是寬闊的華北平原,面朝渤海灣,夏季溫暖濕潤,冬季寒冷干燥,春秋季溫和怡人,屬于暖溫帶半濕潤氣候區[。受地理環境和東亞季風的影響,全年盛行東北—西南走向的氣流。由于含有“華北明珠”白洋淀,局地小氣候明顯,年平均氣溫12.6℃,低于北京(13.0℃)和天津(12.9℃);降水量480.8 mm,少 于 北 京(532.1 mm)和 天 津(511.5mm);年平均相對濕度為63.9%,高于北京(54.1%)和天津(61.3%)。雄安的雨季與華北雨季一致,降水主要集中在 7—8 月,累計降水量占年總量的55%;年平均雨日數64.4 d,其中暴雨日數不足2 d。雄安新區年平均日照時數為2327 h,太陽總輻射量為 4917.91 MJ/m2,是太陽能資源豐富的地區。綜合氣溫、降水、濕度、風等氣象要素,雄安新區的年人體舒適日數有173.2 d,與北京和天津的相近,都屬于較舒適的地區之一。

雄安新區有華北地區最大的淡水湖泊白洋淀,水資源豐沛,造就了當地優良的生態環境。雄縣綠化覆蓋面積 3.68 km2,綠化覆蓋率達到 37%;容城建成三型城鎮(林蔭型、景觀型、休閑型),縣城綠化覆蓋率超過35%,綠地覆蓋率達到30%;安新縣西—南—北有沖積洼地平原,東有白洋淀,受黃河改道及永定河、滹沱河沖積扇的影響,形成特殊形貌,自然風光秀麗。
02
氣候變化對雄安新區的影響

氣溫。1974—2016 年,雄安新區年平均氣溫為弱的增加趨勢,平均每10年升溫0.2℃(圖2),低于全國(0.31℃)及周邊的城市北京(0.43℃)和 保定(0.24℃),與天津(0.2℃)相當。

圖2 1974—2016年雄安年平均氣溫變化

雄安新區常年平均日較差(最高氣溫與最低氣溫 的 差 值)為 11.4℃ ,高于北 京(10.3℃)、天津(9.9℃)和保定(10.1℃)。1974—2016年,新區的年平均日較差有微弱的減少趨勢,平均每10年減少不足0.1℃,與保定相當,而北京是平均每10年減少0.3℃,天津是平均每10年增加0.1℃。

與周邊城市相比,雄安氣溫升溫幅度小、日較差偏大的主要原因可能有兩個方面:一是水體的調節作用。由于水體比陸地能夠吸收更多的熱量,從而減少氣溫升高的幅度,天津靠海,所以升溫幅度低于保定和北京。二是城鎮的固化路面吸收的熱量多,導致城市比郊區溫度高(熱島效應)。雄安新區既有白洋淀水體的調節,固化路面也偏少,熱島效應的影響也不明顯,致使氣溫的增幅不突出,低于周邊城市。

雄安新區常年高溫(日最高氣溫≥35℃)日數11.8 d,最多年為29 d,最少2 d,年際差異大;極端最 高 氣 溫 為 41.2℃(2000 年 7 月 1 日 ,容 城)。1974—2016年,新區的高溫日數呈增加趨勢,每10年增加 0.8 d(圖 3),少于全國(1.6 d/10 a)和北京(2.2 d/10 a)及天津(1.8 d/10 a)。

圖3 1974—2016年雄安年高溫日數變化

降水。雄安新區常年降水量 480.8 mm,其中夏季(6—8 月,326 mm)占比達 67.5%,秋季(9—11 月)占比17.4%,春季(3—5月)占比13.1 %,冬季(12月至次年2月)占比2%。1974—2016年,新區年降水量呈減少趨勢,平均每10年減少8.6 mm(圖4)。四季中,春季和秋季為增加趨勢,平均每10年分別增加3.2 mm和13.2 mm,夏季和冬季為減少趨勢,其中冬季減幅較小,不足1 mm/10 a,夏季減幅較大,達到平均每10年減少24.4 mm,減少趨勢與京津冀地區是一致的,但減幅比北京(35 mm/10 a)、天津(31.3 mm/10 a)小,與保定(24.4 mm/10 a)相當。

圖4 1974—2016年雄安年降水量變化

雄安新區常年降雨日數為 64.4 d。1974—2016年,雄安新區的降雨日數為平均每10年增加0.3 d。與北京(平均每10年減少2.2 d)、天津(平均每10年減少2.1 d)和保定(平均每10年增加0.8 d)相比,雄安的變化趨勢很弱。

雄安新區常年暴雨(日降水量≥50 mm)日數為1.4 d。1974—2016 年,新區的暴雨日數為弱的減少趨勢,平均每 10 年減少 0.1 d(圖 5),低于北京(0.3 d)和天津(0.2 d),與保定相當。新區1小時最大降水量(雨強)年際變率大,但氣候變化趨勢是增加的,平均每10年增加1.5 mm。雄安(容城)不同重現期極端強降水強度均有明顯增大,增幅在16%~28%;強降水重現期縮短,100 年一遇的 1 小時雨強減小為不足30年一遇,50年一遇減小為20年一遇(表1)。暴雨日數減少、但雨強增加的特點與中國大部地區的趨勢一致,降水更集中。極端天氣氣候事件的發生,易形成洪澇、干旱等氣象災害和次生災害。

圖5 1974—2016年雄安年暴雨日數變化

表1 雄安(容城)前后兩個時段1小時不同重現期雨量


相對濕度。雄安新區常年平均相對濕度63.9%,高于北京(54.1%)、天津(61.3%)和保定(61.6%)。1974—2016年,新區的相對濕度有弱的減小趨勢,與周邊城市趨勢一致,但減幅平均每10年減小0.3%,(圖6)低于北京(1.9%/10 a)、天津(0.5%/10 a)和保定(0.5%/10 a)。

圖6 1974—2016年雄安年相對濕度變化

平均風速。雄安新區常年平均風速 1.6 m/s,小于北京和天津(均為2.3 m/s)及保定(1.8 m/s)。在20世紀90年代中期最小,最小值 1.3 m/s(1995 年)。1974—2016年,新區的平均風速呈減小趨勢,平均每10年減小0.1 m/s(圖7),與中國大部地區的變化趨勢一致。

圖7 1974—2016年雄安新區年平均風速變化

沙塵天氣。在20世紀80年代前,雄安新區沙塵天氣較多,平均每年有3~4 d,1974年達到13 d。1974—2016年,新區沙塵日數明顯減少,平均每10年減少1.4 d(圖8),變化趨勢與中國北方沙塵天氣的變化趨勢一致。2000年以來,新區連續17年未出現沙塵天氣。

圖8 1974—2016年雄安年沙塵日數變化

霾日數。雄安新區常年的霾日數 5.1 d。1974—2016年,新區霾日數與華北大部地區一樣為增加趨勢,平均每10年增加3.9 d,特別是2013—2016年增加速率明顯加快,霾日數每年有40~60 d。

白洋淀水體面積。白洋淀在1983—1988年出現了連續5年的干淀,水資源衰竭。20世紀90年代后,經過多方各種的努力,白洋淀沒有再出現干涸,逐漸維持了生機和活力。衛星遙感監測數據顯示,2001—2016年,白洋淀水體面積增加趨勢明顯,平均每年增加4.1km2,表明白洋淀補水效果突出(圖9),生態環境向好趨勢明顯。

圖9 2001—2016年白洋淀3月水體面積變化

03
氣象災害與未來氣候風險研究

氣象災害。雄安新區主要氣象災害有干旱、洪澇,此外還有強對流、高溫、低溫、霧-霾、沙塵等。近20年來,新區平均每年因氣象災害造成直接經濟損失近0.45億元,較全國縣級平均值偏低,氣象災害總體較輕。但是,也發生過嚴重的洪澇。如 1963 年 8月,白洋淀及附近地區發生了嚴重的洪澇,“63.8”特大暴雨過程致白洋淀水位上漲迅猛并達到了歷史最高 11.58 m(超過 1954 年 11.31 m 的最高記錄),遭受了近 2 個月大面積長時間的洪澇災害;2016年7月20日京津冀地區大范圍暴雨過程,雨量大、極端性強、影響范圍廣、災情重,河北部分縣市24小時雨量達到或超過450 mm,新區也出現了大暴雨,容城、雄縣和安新日降水量分別為167.7、178.6和205.3 mm。

20世紀60年代后,白洋淀先后歷經6次干涸,特別是 1983—1988 年連續 5 年的干淀,讓被譽為“華北明珠”的白洋淀衰竭,自然生態環境遭到嚴重破壞。干枯的原因除了自然降水少,還與地下水超采、湖泊容水量低,上游水庫眾多有關。

華北地區2013—2016年的霾日數較前期明顯增加,雄安新區也不例外。雄安新區平均風速小,降水也少,年大氣自凈能力較周邊地區偏低,特別是在秋冬季,易發生低能見度天氣,2013年容城的霾天氣達到69 d。

未來氣候風險分析。根據氣候模式預估的結果,到 21 世紀末,中國氣候變暖趨勢繼續,高溫熱浪會更加頻繁。在東亞夏季風的增強階段,中國夏季雨帶向北推移,北方降水及降水強度增加,最大的將會增加30%;最大降水量將由現在的50年一遇變為12年一遇,100 年一遇的 1 小時降水減小為不足 30 年一遇。在這樣的背景下,到2050年,雄安新區及其周邊地區氣溫將升高,降水略有增加,強降水日數增多近1 d,連續干旱日數將減少近2 d;年均小風日數增加,大氣自凈能力有所降低,冬季尤為明顯。此外,城市熱島效應將進一步凸顯,城區氣溫升高的速率可能更快,降水更加集中,需防范短時強降水和階段性干旱風險。

對策和建議。根據規劃,雄安新區定位于二類大城市,所以隨著雄安新區經濟社會的快速發展,人、財、物的集中度越來越強,新區面臨巨大的科學挑戰,氣候變化對新區的影響有可能較前期有所增加。如何在雄安新區未來的發展中延續前期較弱的氣候變化趨勢,需要全社會多個方面的合作,因此提出以下建議。

1)在城市建設和運行管理過程中,充分考慮氣候的因素,保證生態環境向好趨勢發展,形成“生態優先、綠色發展、綠色宜居”為基本特色的城市標簽。注重城市的氣候生態安全問題,提升社會防災減災意識和能力,確保城市在低能耗、綠色環保的情況下,生態與經濟平穩、協調、可持續發展

2)加快氣象災害風險管理的制度化進程,將其作為“新經濟”建設的重要內容,發展相關技術和產業,營造更多就業機會。構建氣象災害風險管理系統,研制高精度城市內澇等氣象災害風險圖譜,充分利用保險等金融手段實現氣象災害風險轉移,打造“智慧氣象”城市。

3)將適應氣候變化納入城市發展規劃,根據氣候及氣象災害的變化特點和趨勢,規避周邊城市已經形成的弊端(如城市通風問題,城市熱島問題等),科學設計城市功能布局和重大基礎設施的建設標準,減少全球氣候變暖背景下氣候變化帶來的不利影響。

04
結論

通過對雄安新區氣候特征的分析以及氣候變化趨勢與周邊地區的對比顯示如下。

1)雄安新區與北京、天津的氣候背景類似,且在白洋淀的氣候調節作用下,局地小氣候具有溫和濕潤的特點,生態環境較好,氣溫適宜,日較差較大,人體舒適日數較多,適宜人們居住生活。

2)雄安新區長時間平均氣溫的升溫幅度為0.2℃/10 a,高溫日數增幅為0.8 d/10 a,夏季降水減少為8.6 mm/10 a,暴雨日數減幅為0.1 d/10 a,相對濕度減幅為 0.3%/10 a 等。與全國及周邊地區相比,雄安氣候變化趨勢較弱,受全球氣候變暖影響小,可以認為新區的氣候變化風險小于周邊地區。

3)對比分析顯示,作為華北地區最大的淡水湖,白洋淀對雄安新區氣候有一定的調節改良作用。另外,地表的差異也使得雄安受城市熱島效應的影響比周邊城市小。

4)在全球氣候變暖背景下,隨著雄安新區經濟社會的快速發展,人、財、物的集中度越來越強,雄安新區面臨氣候變化加大的風險,需在建設中規避周邊城市已經形成的弊端。

參考文獻(略)

作者簡介
本文作者:艾婉秀, 肖潺, 曾紅玲, 王凌, 肖風勁

作者簡介:艾婉秀,中國氣象局國家氣候中心,研究員級高級工程師,研究方向為氣候服務;肖潺(通信作者),中國氣象局國家氣候中心,高級工程師,研究方向為氣候服務。

注:本文發表于《科技導報》2019年第20期,敬請關注。

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