近60 a西安城市化对气候环境的影响

doi:10.11755/j.issn.1006-7639-2025-03-0403

干旱气象 ›› 2025, Vol. 43 ›› Issue (3): 403-412.DOI: 10.11755/j.issn.1006-7639-2025-03-0403

近60 a西安城市化对气候环境的影响

沈姣姣¹^,²(), 郝苏娟¹(), 金丽娜³, 张雅斌⁴, 樊丹丹²^,⁵, 郭琦¹

1.陕西省气象服务中心，陕西西安 710014
2.中国气象局秦岭和黄土高原生态环境气象重点开放实验室，陕西西安 710016
3.陕西省西安市气象局，陕西西安 710016
4.陕西省气象科学研究所，陕西西安 710016
5.陕西省气象信息中心，陕西西安 710014

收稿日期:2024-08-29 修回日期:2025-04-15 出版日期:2025-06-30 发布日期:2025-07-12
通讯作者: 郝苏娟（1972—），女，主要从事气候变化相关研究。E-mail：haosujuan6666@163.com。
作者简介:沈姣姣（1986—），女，博士，高级工程师，主要从事城市化气候效应研究。E-mail：jiaojiaoshen19@163.com。
基金资助:
中国气象局秦岭和黄土高原生态环境重点开放实验室面上课题(2024G-7);陕西省科技厅重点研发计划项目(2024SF-YBXM-675)

Impact of urbanization on the climate environment in Xi’an over the past 60 years

SHEN Jiaojiao¹^,²(), HAO Sujuan¹(), JIN Lina³, ZHANG Yabin⁴, FAN Dandan²^,⁵, GUO Qi¹

1. Shaanxi Meteorological Service Center， Xi’an 710014， China
2. China Meteorological Administration Eco-Environment and Meteorology for the Qinling Mountains and Loess Plateau Key Laboratory， Xi’an 710016， China
3. Xi’an Meteorological Bureau of Shaanxi Province， Xi’an 710016， China
4. Meteorological Institute of Shaanxi Province， Xi’an 710016， China
5. Shaanxi Meteorological Information Center， Xi’an 710014， China

Received:2024-08-29 Revised:2025-04-15 Online:2025-06-30 Published:2025-07-12

摘要/Abstract

摘要： 研究城市化发展对气候环境的影响，可为城市应对气候变化提供依据。利用1961－2022年西安城区和郊区气象站数据，采用城郊对比、线性倾向估计、M-K检验等，分析城市化发展不同阶段对西安气候环境的影响。结果表明：西安城市热岛效应（Urban Heat Island，UHI）在20世纪90年代后显著增强，且在冬季和春季较强。UHI有明显的日变化和季节变化特征，当日21：00至次日06：00和11：00－16：00为相对稳定的高值和低值时段，冬季最大值出现时间比夏季提前2~3 h，结束时间比夏季滞后2~3 h。城市化发展对最低气温（T_min）的影响贡献率大于最高气温（T_max），对T_max、T_min和气温日较差（Diurnal Temperature Range，DTR）的影响贡献率均在春季最大，对平均气温（T_ave）的影响贡献率在夏季最大。雨岛效应（Urban Rain Island，URI）主要出现在冬季和春季，城市化快速期（1991—2022年）URI增强，城区中雨及以上等级降水增加，强度更强，小雨减少。浑浊岛效应（Urban Turbidity Island，UTI）和干岛效应（Urban Dry Island，UDI）均在冬季和春季较强，就全年而言，城市化快速期城区和郊区日照时数（Sunshine Duration，SD）差值的绝对值为0.73 h，相对湿度（Relative Humidity，RH）差值的绝对值为4.38%。城市化发展对SD和RH的贡献率分别在春季和夏季最大。

关键词: 城市化气候效应, 城市化影响贡献率, 城郊对比, 气象要素, 西安

Abstract:

Study of the influence of urbanization on the climate environment can provide a basis for urban adaptation to climate change. Based on the data of meteorological stations in urban and suburban areas of Xi’an from 1961 to 2022, the impacts of urbanization in different stages on local climate were analyzed by comparison between urban and suburban areas, linear tendency estimation and Mann-Kendall (M-K) test. The results show that the urban heat island (UHI) effect in Xi’an has been significantly enhanced since the 1990s, and it was stronger in winter and spring. The UHI exhibits distinct diurnal and seasonal variations. The relatively stable high-value and low-value periods occur from 21:00 on the same day to 06:00 the next day, and from 11:00 to 16:00, respectively. The maximum value in winter appears 2-3 hours earlier than that in summer, while it ends 2-3 hours later than in summer. The contribution rate of urbanization development to the minimum temperature (T_min) was greater than that to the maximum temperature (T_max). The contribution rate of urbanization development to T_max, T_min and diurnal temperature range (DTR) was the largest in spring, while that to average temperature (T_ave) was the largest in summer. The urban rain island (URI) effect primarily occurs during winter and spring. During the rapid urbanization period (1991-2022), the URI effect intensified, characterized by increased frequency and intensity of moderate-to-heavy precipitation in urban areas, alongside a reduction in light precipitation. The urban turbidity island (UTI) and urban dry island (UDI) effects were more pronounced in both winter and spring. For the entire year, the absolute difference in sunshine duration (SD) between urban and suburban areas during the rapid urbanization period was 0.73 h, and the absolute difference in relative humidity (RH) was 4.38%. The contribution rate of urbanization development to SD and RH was the largest in spring and summer, respectively.

Key words: climate effects of urbanization, contribution rate of urbanization, comparison between urban and suburban areas, meteorological elements, Xi’an

中图分类号:

P461

沈姣姣, 郝苏娟, 金丽娜, 张雅斌, 樊丹丹, 郭琦. 近60 a西安城市化对气候环境的影响[J]. 干旱气象, 2025, 43(3): 403-412.

SHEN Jiaojiao, HAO Sujuan, JIN Lina, ZHANG Yabin, FAN Dandan, GUO Qi. Impact of urbanization on the climate environment in Xi’an over the past 60 years[J]. Journal of Arid Meteorology, 2025, 43(3): 403-412.

图/表 12

图1 研究区域地形及气象站点空间分布

Fig.1 The spatial distribution of terrain and meteorological stations in the study area

图2 1961—2022年西安城区和郊区平均气温（a）、最高气温（b）、最低气温（c）、气温日较差（d）及其差值的年际变化

Fig.2 The inter-annual variation of Tave （a）， Tmax （b）， Tmin （c）， DTR （d） and their difference between urban and suburban areas in Xi’an during 1961-2022

表1 2020年、2022年和2023年西安市UHPI及不同等级热岛面积比例

Tab.1 UHPI and area proportion of different levels in Xi’an in 2020， 2022 and 2023

年份	UHPI	热岛面积比例/%
年份	UHPI	强热岛	较强热岛	弱热岛	无热岛
2020	0.30	25.4	11.7	10.5	13.8
2022	0.30	27.1	12.1	8.6	12.6
2023	0.35	27.1	13.7	8.0	12.4

表2 1961—2022年城市化发展不同阶段西安地区气温变化趋势

Tab.2 Variation trends of temperature in different stages of urbanization development in Xi’an during 1961-2022 单位：℃·（10 a）-1

气象要素	时段	城市化缓慢期			城市化快速期			整个研究期
气象要素	时段	城区	郊区	差值	城区	郊区	差值	城区	郊区	差值
T_ave	全年	0.04	-0.04	0.08**	0.68***	0.43**	0.25***	0.51***	0.32***	0.19***
	春季	0.09	-0.12	0.21***	0.66**	0.44*	0.22***	0.60***	0.34***	0.26***
	夏季	-0.47***	-0.61***	0.14***	0.37**	0.19	0.18***	0.27***	0.09	0.18***
	秋季	0.27*	0.20	0.07***	0.46***	0.32**	0.14**	0.37***	0.23***	0.14***
	冬季	0.29*	0.32*	-0.03	0.45**	0.41*	0.04	0.49***	0.38***	0.11***
T_max	全年	-0.18	-0.17	0.01	0.53**	0.45**	0.08***	0.37***	0.33***	0.04***
	春季	-0.12	-0.21	0.09**	0.70**	0.66*	0.04	0.52***	0.45***	0.07***
	夏季	-0.81***	-0.75***	-0.05	0.29	0.19	0.10**	0.09	0.09	0.01
	秋季	0.26	0.25	0.01	0.10	0.13	-0.03	0.25***	0.22***	0.03
	冬季	-0.05	-0.04	-0.01	0.36	0.61**	-0.24	0.33***	0.37***	-0.03
T_min	全年	0.13	0.09	0.04	0.84***	0.05***	0.34***	0.63***	0.37***	0.26***
	春季	0.18	-0.03	0.21***	0.69**	0.38	0.31***	0.69***	0.33***	0.36***
	夏季	-0.18	-0.26**	0.08**	0.53***	0.26**	0.27***	0.47***	0.23***	0.24***
	秋季	0.18	0.13	0.05	0.76***	0.54***	0.22***	0.48***	0.29***	0.20***
	冬季	0.36**	0.49***	-0.13***	0.51**	0.35*	0.16	0.55***	0.39***	0.16***
DTR	全年	-0.31**	-0.27*	-0.05	-0.31***	-0.08	-0.24***	-0.26***	-0.05***	-0.21***
	春季	-0.29	-0.17	-0.12**	0.01	0.25	-0.24***	-0.16***	0.11	-0.28***
	夏季	-0.63***	-0.50***	-0.13**	-0.24	-0.09	-0.15***	-0.37***	-0.15**	-0.22***
	秋季	0.07	0.11	-0.04	-0.66***	-0.42**	-0.24***	-0.24***	-0.08	-0.16***
	冬季	-0.41*	-0.52*	0.11**	-0.15	0.22	-0.37***	-0.22**	-0.03	-0.18***

图3 1961—2022年城市化发展不同阶段西安城区和郊区平均气温（a）、最高气温（b）、最低气温（c）和气温日较差（d）差值

Fig.3 Difference of Tave （a）， Tmax （b）， Tmin （c） and DTR （d） between urban and suburban areas in different stages of urbanization development in Xi’an during 1961-2022

图4 2010—2022年西安全年和各季节城市热岛效应日变化

Fig.4 Annual and seasonal variation of UHI in Xi’an during 2010-2022

图5 1961—2022年西安城区和郊区降雨量（a）和降雨日数（b）及其在城区和郊区差值的年际变化

Fig.5 The inter-annual variation of P （a） and PD （b） and their difference between urban and suburban areas in Xi’an during 1961-2022

图6 1961—2022年城市化发展不同阶段西安城区和郊区降雨量（a）和降雨日数（b）差值变化

Fig.6 The difference of P （a） and PD （b） between urban and suburban areas in different stages of urbanization development in Xi’an during 1961-2022

表3 1961—2022年城市化发展不同阶段西安城区和郊区不同等级降水的降雨量、降雨日和降雨强度

Tab.3 The P， PD and RI of different levels of precipitation between urban and suburban areas in different stages of urbanization development in Xi’an during 1961-2022

城市化发展阶段	降水量等级	城区			郊区
城市化发展阶段	降水量等级	P/mm	PD/d	RI/（mm·d^-1）	P/mm	PD/d	RI/（mm·d^-1）
城市化缓慢期	小雨	182.0	71.2	2.6	159.3	61.5	2.6
	中雨	202.3	13.1	15.2	191.5	12.1	15.8
	大雨及以上	120.9	3.3	36.4	137.2	3.7	37.3
	总降雨	505.3	87.5	5.7	487.0	77.2	6.3
城市化快速期	小雨	179.6	67.7	2.6	151.0	57.5	2.6
	中雨	232.0	14.9	15.4	173.6	11.2	15.4
	大雨及以上	161.7	4.3	37.0	158.4	4.1	38.1
	总降雨	573.3	86.9	6.4	481.0	72.9	6.6

图7 1961—2022年西安城区和郊区日照时数（a）和相对湿度（b）及其在城区和郊区差值的年际变化

Fig.7 The inter-annual variation of SD （a） and RH （b） and their difference between urban and suburban areas in Xi’an during 1961-2022

表4 1961—2022年城市化发展不同阶段西安城区和郊区日照时数和相对湿度的变化趋势

Tab.4 The variation trends of SD and RH between urban and suburban areas in different stages of urbanization development in Xi’an during 1961-2022

区域	时段	城市化缓慢期		城市化快速期		整个研究期
区域	时段	SD/[h·（10 a）^-1]	RH/[%·（10 a）^-1]	SD/[h·（10 a）^-1]	RH/[%·（10 a）^-1]	SD/[h·（10 a）^-1]	RH/[%·（10 a）^-1]
城区	全年	-0.69***	0.03	0.55***	-2.23***	-0.14**	-1.97***
	春季	-0.58***	-0.91	0.84***	-4.84***	0.03	-3.62***
	夏季	-1.11***	2.29***	0.23	-1.17	-0.33***	-1.08***
	秋季	-0.41*	-1.56*	0.33	-0.50	-0.13	-1.55***
	冬季	-0.67***	0.30	0.88***	-4.29***	-0.13*	-2.24***
郊区	全年	-0.36***	0.77*	0.06	-0.42	-0.07**	-0.68***
	春季	-0.19	0.43	0.39**	-3.28***	0.12**	-1.93***
	夏季	-0.51***	3.20***	0.01	-0.13	-0.16***	0.09
	秋季	-0.08	-0.89	-0.18	1.51**	-0.12**	-0.33
	冬季	-0.40***	0.43	0.17*	-1.26	-0.07*	-1.00***

图8 1961—2022年城市化发展不同阶段西安城区和郊区日照时数（a）和相对湿度（b）差值变化

Fig.8 The difference of SD （a） and RH （b） between urban and suburban areas in different stages of urbanization development in Xi’an during 1961-2022

参考文献 37

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近60 a西安城市化对气候环境的影响

Impact of urbanization on the climate environment in Xi’an over the past 60 years

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