城市生态系统露水凝结强度时间变化叶钟赐1

城市生态系统露水凝结强度时间变化叶钟赐1

1.吉林建筑大学市政与环境工程学院吉林长春130118;

2.辽宁大学环境学院辽宁沈阳110036;

3.苏州科技大学环境科学与工程学院江苏苏州215009

摘要:露水是城市生态系统水分输入的重要组成部分,露水凝结过程受下垫面结构影响。近30年经济快速发展,城市土地利用方式发生巨大变化,建筑用地面积激增,道路和楼房等建筑物的建设改变了城市原本的下垫面结构,影响了近地表自然的水循环过程,使露水凝结状况变化显著。本文结果表明:长春市实验区露水事件主要发生在植物生长期5月至10月的日落后半小时至次日日出前半小时,夏秋两季露水强度明显强于春冬两季(P<0.05),2015年露水强度明显强于2016年(P<0.05),年露日数可达126~149天。

关键词:露日数;时间尺度;凝结周期;季节变化

1、露日

露日数(DewDays,D)为夜间发生露水事件的天数,无论某日夜间出现多少次露水凝结过程,均按一个统计单位计算,用来表征露日出现的多少,以天(d)为单位。露日频次(DewFrequency,F)为某监测时间段内露水出现的天数与总监测天数的比率,用来表征露日出现频率的高低,以%为单位。长春地区四季分明,春季干燥多风较短促;夏季湿热多雨,炎热天气较少;秋季天高气爽,日夜温差较大;冬季寒冷漫长。于2015年至2016年的4月中旬至11月中旬每日对观测区域露日进行监测。露水凝结现象出现于晴朗或多云天气,在监测期间若夜间降雨则记为无露日。长春地区露水一般出现于4月下旬至11月上旬晴朗夜间,主要集中在5月至10月期间。

如图1所示为2015和2016年露日数及降雨日,由于气温影响4月及11月只有部分数据可供参考。除以上两月数据,2015年中在7月和10月降雨日较少露日数最多,露日为24天,8月份降雨日最多露日数最少,露日为17天;2016年由于厄尔尼诺现象影响与2015年气象因素不同,7、8月份干旱少雨,导致7月降雨日少露日数最多,露日为24天,5月份降水较多露日数最少,露日为14天。对比两图可知降雨次数的多少是影响露日数的主要因素。

图1长春地区2015和2016年露日数及降雨日

Fig.1Dewdaysandrainfalldaysin2015and2016ofChangchun

由实验统计2015年监测期共有211天,其中149天发生露水事件,有68天夜晚有降水事件;2016年监测期共有208天,其中126天发生露水事件,有86天夜晚有降水事件。由此可知,长春地区除夜间降雨日外,监测期内几乎每天有露水事件发生,露日频次高达97%,占无霜期的65.6%,年总露日数(Dd)为126~149天,可看出长春地区城市生态系统中夜间普遍发生露水凝结现象,无降雨日夜间几乎均有水汽凝结。

相比较其他文献,不同地区不同生态系统的露日数差异较大。处于热带北缘西南季风气候区的西双版纳地区[1],干热季较多,雨季较少,空气相对湿度高,昼夜温差较大,风速较小,本区全年露日数可达300天左右,最多年份可超过340天,露水资源弥补了干季雨水不足;我国热带-南亚热带东部型季风气候区[2],露日以夏秋(湿季)较多、冬春(干季)较少,全年露日为200~250d;以色列内盖夫(Negev)沙漠地区,年露日数为200d左右;处于高纬度的三江平原沼泽湿地生态系统[31],冬季寒冷漫长,雨热同期,近12年来年露日数为66~108天。因此,露日数不仅受降雨的影响,而且受地区气候和季节影响,在水汽充沛的地区易于出现露水凝结现象。

2、露水强度季节变化

长春市处于北温带大陆性季风气候区,是典型的北方气候,四季分明,冬季寒冷漫长,春秋干燥多风,夏季炎热多雨。按钱诚等[3]提出的方法划分长春四季,见表2-2。2015和2016年春夏秋冬长短有所区别,2015年春、夏、秋、冬四季天数分别为63天、64天、67天、171天;2016年春、夏、秋、冬四季天数分别为74天、60天、56天、173天。

露水事件的出现不适必然的,只有满足气象条件才会在近地表产生水汽的凝结,其露水凝结量也有显著差异。经SPSS数据分析绿地植物区露水强度服从正态分布,因此仅对绿地植物区四季露水强度变化进行分析。一年四季植物生长状态不同,对露水凝结现象有所影响,如图2为绿地植物区2015年和2016年四季平均露水强度和发生露水事件频次,可看出露水强度和露日频次在四季有明显变化。两年中露水强度在夏秋两季露水强度较强,均在秋季达到最强,春秋两季露水强度较弱;露日频次夏季多,冬季最少。2015年和2016年最高露水强度分别为0.1427mm和0.1151mm,均出现在秋季,这主要是由于秋季昼夜温差大,气温下降快,冷空气活动频繁,相对湿度也大。

图2长春地区四季的露水强度和露日频次

Fig.2DewintensityanddewfrequencyinfourseasonsofChangchun

用SPSS软件对绿地植物区两年中各季节的露水强度进行单因素方差分析(one-wayANOVA)中两两比较LSD检验,结合单因素方差分析结果、多重比较结果和均值结果可得出结论:2015年和2016年结果大体一致,春、夏两季与秋、冬两季组间的露水强度分别存在显著差异(P<0.05);春、冬的露水强度不存在显著差异(P>0.05);夏、秋的露水强度不存在显著差异(P>0.05)。经比较2015年和2016年四季露水强度比较结果分别为,夏≥秋>春>冬;秋>夏>冬>春。总体而言,长春地区夏秋露水强度明显大于春冬露水强度。

参考文献:

[1]刘文杰,李红梅,段文平.西双版纳地区露水资源分析[J].自然资源学报,1998,13(1):10-45.

[2]丘宝剑,卢其尧.中国热带-南亚热带农业气候[M].北京:科学出版社,1963:57-59.

[3]钱诚,严中伟,符淙斌.1960~2008年中国二十四节气气候变化[J],科学通报,2011,56(35):3011~3020.

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