气候与疾病

气候与疾病（共4篇）

气候与疾病 篇1

临夏州北部的永靖、东乡两县属少雨干旱地区,进入二十世纪九十年代后,受到全球气候变暖的影响,这一地区温度年趋升高,降水年趋减少,干旱年趋严重。气候变化严重影响着当地农业生产的发展。本文就临夏州北部旱区近十年气候变化特征和夏秋作物气候生态及气候资源利用作一分析。

一、临夏州北部旱区近十二年气候变化特征

(一)1997年～2008年温度变化特征比较位于临夏州北部干旱区的永靖、东乡县1997年～2008年十二年间,当地实测年平均温度分别为10.2℃和6.1℃,与1971年～2000年均值相比,年均温度升高了0.8℃,温度升高速度如此之快是临夏地区少见的。1998年东乡县年温为6.7℃,2006年永靖县年温为10.7℃,创下了自该县1968年有气象记录以来的最高值。十二年间永靖、东乡两县年温差率不断加大,高温年与低温年温差分别达到1.4℃和1.8℃之巨。作为≥10℃农业界限温度来说,十二年间,永靖县均值为3213.3℃,东乡县为1805.7℃分别比1971年～2000年均值提高了154.2℃和234.3℃,增温幅度也非常之快。

(二)1997年～2008年降水变化特征比较1997年～2008年永靖县古城实测年均降水量为282.3毫米,东乡县索南镇为536.8毫米,与1971年～2000年当地均值相比,两地年降水量分别减少了6.4毫米和8.3毫米。从年际变量来看,永靖县最少年(2001)降水量为215.4毫米,比年均值偏少65.8毫米,最多年(2007)为422.1毫米,偏多140.9毫米,东乡县最少年(2001)为404.8毫米,比年均值偏少135.8毫米,最多年(2007)为711.5毫米,偏多170.9毫米。充分说明这一干旱区年际降水变化幅度较大,并且有减少之趋向。

(三)1997年～2008年干旱变化特征比较我们将月降水量比历年平均偏少30%以上作为干旱,偏少50%以上作为重旱条件,统计了1997年～2008年北部两县干旱发生频率。从统计结果看,进入九十年代后北部干旱发生频率明显增多,八十年代之前从两县气象资料来看,这一地域伏、秋干旱不明显,九十年代伏、秋干旱变为明显,几乎各季都有干旱发生(见表1)。十二年来,干旱发生频率最高的是春、秋两季。春旱出现频率为45.5%,几乎两年一发生,重旱东乡为22.7%,永靖县31.8%,秋旱为30.0%～50.0%,重旱两地均为30.0%。其次是初夏旱和伏旱,其中初夏旱出现频率为27.3%～40.7%,重旱为13.6%～22.7%,伏旱为22.7%～27.3%,重旱两地均为9.1%。春秋两季干旱则严重影响着当年和次年春播和出苗,初夏旱和伏旱直接威胁着夏作物和秋作物正常生长和发育。

二、夏秋作物生态与气候资源利用率

临夏州北部干旱区地形复杂,沟壑纵横,作物种植海拔高度悬殊很大。以春麦为主的夏作物播种期从山谷到山顶是2月下旬～3月份,收割期为7月中旬～8月上旬。以玉米、马铃薯为主的秋作物播种期从3月下旬～4月中旬,收获期从9月下旬～10月份。

(一)1997年～2008年夏作物全生育期平均降水量永靖县为175.1毫米,东乡县为310.8毫米,全生育期降水资源利用率两县分别占全年降水资源的62.1%和58.2%。夏作物主要生长期≥10℃平均积温,永靖县为1933.5℃,东乡县为1209.0℃,十二年中≥10℃热量利用率两县分别占全年的60.2%和63.9%。夏作物播种和生长期难以避免上年伏秋干旱和当年春旱、初夏旱的严重影响,这对于本来作物需水量不足的少雨地区来说,真是雪上加霜。

(二)1997年～2008年秋作物生育期平均降水量永靖县为266.1毫米,东乡县为464.2毫米。十二年秋作物两县平均降水资源利用率分别占全年气候降水资源的94.3%和87.0%。秋作物生育期≥10℃积温永靖县为3136.0℃,东乡县为1805.7℃,十二年平均≥10℃热量利用率两县分别占全年的97.6%和100.0%。5月～6月份是秋作物出苗至拔节期。作物需水量较小,初夏旱影响不大。马铃薯现蕾、开花至块茎膨大期和玉米抽雄前期至雌穗迅速长大期是作物需水关键期。此时,当地正逢(7月～9月)降水峰期,永靖县平均降水量为150.6毫米,东乡县平均降水量为295.4毫米,自然水有效地为秋作物供给所需水份。

三、思考

综合分析北部干旱区近十二年的气候变化和作物生态,可以看到夏作物对当地气候资源利用率较低,加之本地区客观上难以避免秋旱、春旱和初夏旱,必然会造成夏季作物产量低且不稳定。相反,秋季作物避害趋利,比较充分的利用了当地气候资源,产量相对稳定。所以今后北部干旱区在种植结构调整中,应压夏扩秋为基本原则,这是增产增收的有效途径,应当引起当地农业生产部门的高度重视。

气候与疾病 篇2

温室效应和莱姆病

表面上，气候变化并不会对我们的生活造成太大的影响，但实际上，一些潜在的变化可能通过迂回的途径最终体现在我们的身体上。例如，温室效应导致莱姆病患者数量增加。莱姆病是一种传染性疾病，通常都是由黑腿壁虱叮咬引起的，患者会出现麻疹、发烧等症状。

除了莱姆病，边虫病、焦虫病、艾立克体病也是由壁虱携带的病菌引发的，因此也受到气候变化的影响。这些疾病的增加已经引起了北美等国家长的注意，他们不再放心让孩子在夏日的草丛中快乐打滚、嬉戏，担心草丛中的壁虱会让孩子生病。这让孩子在成长的过程中少了许多与大自然接触的乐趣。

干结的宠物粪便和寄生虫

通常，宠物的主人都认为干结的宠物粪便比新鲜的宠物粪便要干净，而且没有异味，因此会等到粪便干结后再收拾。如果粪便是在草丛中，有的宠物主人干脆就置之不理。其实，干结的宠物粪便对人类健康的危害更大，因为许多寄生虫卵会随着粪便排出后时间的推移而变得更有感染力。例如，猫粪便中的弓形虫卵一般在粪便排出24小时后才会让人类感染。而狗粪便中的蛔虫卵在3周后才开始变得有感染力，在湿润的土地中，其感染力可能会持续好几年。

除了弓形虫、蛔虫，宠物的粪便中还含有大肠杆菌，因此最好每天清理宠物的粪便。即使宠物是在草丛中排泄，也应该立即用报纸或者塑料袋把粪便清理掉。要经常清洗宠物的爪子，与宠物接触后应及时洗手。

拉尼娜和流感

拉尼娜是指赤道太平洋东部和中部海面温度持续异常偏冷的现象，其引起的复杂气候变化让天气变得越来越反常，例如发生特大洪涝灾害或者南方出现冰灾。除了自然灾害，拉尼娜还有可能带来传染病的大爆发。例如，猪流感的大爆发有可能是因为全球气候失去规律的变化而引起的。

上一次的大规模拉尼娜现象发生在2009年，而那一年正好也爆发了大规模的猪流感。2009年的猪病毒融合了人类病毒、鸟类病毒以及猪流感病毒的基因变异，而这种融合的媒介正是季节交替的变化。在下一次拉尼娜发生之前，除了避免自然灾害之外，也许我们还应该注意流行疾病的预防。

宠物走私和新型疾病

每4种人类新型疾病中，有3种来自于野生动物。例如，艾滋病、非典型性肺炎、尼帕病毒病都是人畜共患病：艾滋病毒是由猴子传染给人类的；非典病毒被怀疑是由果子狸传染给人类的；尼帕病毒是由蝙蝠传染给猪，再由猪传染给人类的。宠物走私让生活在大城市中的人们有更多机会与野生动物接触。可一旦人从野生动物身上感染了疾病，而这种疾病又会在人之间传播，那么密集的城市人口将会让疾病快速传染开来。

当你走进一家宠物店时，可能很难分清楚哪些动物是从外国引进或者走私的，哪些动物是国内培育的，因此最好在把它们带回家之前先到兽医处做一次检查。另外，因为缺乏天敌，一些从国外引进的宠物在走失或者被遗弃后，可能会大量繁殖，从而快速散播疾病，并且还会对生态环境造成危害。无论是处于环保还是健康方面的考虑，最好都别饲养来路不明的外国宠物。

气候与疾病 篇3

关键词：气候资源,方位,建筑表皮,建筑节能

从我国现行的建筑节能设计标准来看,无论是居住建筑还是公共建筑的节能设计主要是通过控制建筑外围护结构的传热系数、窗墙面积比以及建筑的体形系数等途径来达到节能降耗的目标。但由于各地区气候条件不同,外部气候对建筑作用程度上的差异,建筑节能技术应具有很强的地域特征。即使是同一地区不同的位置、同一建筑不同朝向的围护结构,因微气候条件的不一致,建筑节能措施也不能一成不变。例如,研究表明,在南方夏热冬暖地区,建筑室内外温差相对北方寒冷地区小得多,单从提高建筑外围护结构的隔热性能来看,对建筑节能的贡献并不大,而窗口遮阳和自然通风对降低夏季的建筑能耗效果明显。此外,在夏季,外围护结构外表面平均温度随着围护结构的总热阻增大而增大,即墙体的保温隔热性能越强,围护结构的外表面温度就越高,其值就越接近室外平均综合温度。高温的建筑表面会使室外的空气温度升高,这对于缓解城市热岛效应是不利的。由此可见,以提高围护结构保温隔热性能即以“防”为主的现行建筑节能设计模式,未能充分考虑气候资源的有效利用,同时,建筑各朝向外围护结构热工性能要求的一致性与建筑方位气候资源的差异性之间的矛盾,造成了节能效果不显著、气候资源浪费以及环境的不利影响。因此,应采取与气候特点相适应的节能技术措施,结合建筑所处的地理气候环境,利用可再生气候资源,提高建筑节能效率和建筑生态环境品质。

1 建筑表皮的气候资源属性

1.1 建筑表皮

早在1966年,美国建筑师罗伯特·文丘里在他的《建筑的复杂性与矛盾性》一书中,首次将建筑问题分解为空间问题与表皮问题,指出在有限的空间创造之外,还有无限丰富的表皮创造的可能。从此以后,建筑表皮逐渐成为人们关注的热点问题。当今,许多建筑师从不同的角度诠释建筑表皮在建筑中的意义和发挥的作用。“表皮”(surface)的概念最先源于生物学,以此将建筑与生物作一个类比,形象地将建筑的外围护系统类比动物的皮肤,建筑的支撑结构类比动物的骨骼。对建筑表皮虽谈论得多,但就建筑表皮这一概念还没有人下过明确而权威的定义。这主要是由于研究者依据对表皮的研究内容的范围和侧重点不同,各自有不同的对建筑表皮的解释。从建筑的历史看,“表皮”也不是一个清晰和单一的概念,相反具有复杂多样的内涵。例如,建筑表皮通常被理解为建筑空间的外围护结构,是建筑内外空间的交界。然而,在不同情况下,表皮又可能指向围护结构的表面、表层或围护结构本身,这种复杂状况很容易带来对表皮认知的含混不清。此外,当代建筑学已引入了更加广泛的理论和哲学范畴,“表皮”亦获得了新的建筑学概念。它已经不是一个僵硬的名词,而成为了在不同语境中呈现不同内容的动态概念[1]。

基于本文研究的问题,将“建筑表皮”定义为具有改变建筑室内外物理环境(热、光、声)功能的建筑外围护结构,包括外墙体、门窗、屋面、和底层架空的楼板以及与上述围护结构共同作用改变建筑室内外物理环境的附属构件,如各种遮阳设施、表面绿化等。与建筑环境密切相关的、在建筑周围一定范围内(通常指建筑基地范围)的室外地面也属于本文建筑表皮涉及的范围,因它承载着相当丰富的自然资源,对改善建筑及城市的物理环境具有一定的作用,可以将它视为外墙面在地面上水平方向的延伸。建筑表皮作为建筑内外空间转换的物质系统,通过室内外物质、能量、信息等交流对物理环境因子具有反射、吸收、透射和转换等作用,不同程度地改变建筑室内外人居环境的品质。建筑表皮的功能性不能只简单地反映在空间限定、围护方面,而应表现在对环境资源的有效利用和改善人类生存环境方面的积极作用。

1.2 气候资源的特点

气候资源这一科学概念,形成于上世纪70年代。《世界气象组织第二个长期计划草案(1988-1997)》第一句就提出:“气候既是有益于人类的一项重要自然资源,又可能导致自然灾害。”在《吕氏春秋》中写道,“凡农之道,原(即候,指时令)之为宝”,将气候称为农业生产的资源(宝)。我国古代的二十四节气与七十二候等,便是以掌握农时,利用好气候资源的科学方法。

气候资源是一种特殊的资源。它和其他资源不同,主要有如下几点:(1)气候是光照、温度、湿度、降水、风等要素有机组成的。其资源的多少,不但取决于各要素值的大小及其相互配合情况,而且还取决于不同的服务对象,以及和其他自然条件的配合情况,不像黄金、煤炭等矿产资源那样多多益善。 (2)气候有时空差异。气候变化具有周期性,有时周期性不明显,难于捉摸。因此,气候资源的利用,必须因时制宜。地球上不同的地区,气候条件相差很大。因此,气候资源的利用,还必须因地制宜。 (3)气候资源是一种可再生资源。 (4)气候变化受人为因素的影响。由于气候条件与其他自然条件密切相关,人类在生产和生活活动中,在改造自然过程中,常常自觉或不自觉地改变了气候条件。例如,城市化和工业化对大气污染,引发温室效应,造成气温升高,城市热岛效应加剧,可能导致气候产生长远的、大规模的、对人类生存有重大影响的变化。

1.3 建筑表皮的气候资源要素

建筑通过其表皮获得的气候资源主要包括以下要素:(1)漫射光源,建筑采光之源:有历时性,呈周期性变化,无方向性,无明显热效应。(2)直射光源(太阳辐射),建筑日照之源:有方向性,有明显热效应,也有时效性,因而建筑获得直射光源的机率比漫射光源少。(3)自然风源:受大气候的影响,大气候风源是小区域内实现有效自然通风的必要条件,而非充分条件。(4)自然气源:气源与风源意义不同,引入风源的目的在于改变室内空气的热运动,满足热舒适要求。引入气源的意义在于改变室内空气的组成成分,满足卫生要求。(5)热源,热交换:只要建筑表皮两侧的温差存在,通过传导和辐射的热交换就存在。温差越大,热交换就越多。(6)水源:降水(包括雨水、雪、冰雹等)通过建筑表皮承载、输送、分配、净化等过程用于改善建筑微气候环境和生活用水。除气候资源外,建筑表皮资源还包括景观、声景资源等。其中“声景”为Soundscape由Sound(声)和Scape(景)构成,是借鉴Landscape而来。Landscape在中文被译成“景观”或者直译成“地景”。所以,Soundscape可以译为“声音景观”,简称“声景”[2][3]。

1.4 建筑表皮气候资源的时空差异性

建筑与在地球上其他能移动的物体不同,在一般情况下,一旦建成其所在位置不能改变。换言之,建筑各个表皮的位置和朝向将被固定下来。由于外界资源要素在时空分布的不均匀性,使得上述的资源在不同位置及朝向的建筑表皮存在着很大的时空差异。其中,太阳辐射的时空差异是气候要素时空分布差异的根本原因,进而造成建筑表皮资源属性的差异。首先,建筑表皮因空间位置上的差异而带来获取资源程度的不同,如水平向、南向和北向的建筑表皮在获得太阳辐射机会和程度上的差异,此为共时性差异;其次,气候的动态变化,导致同一朝向或方位的建筑表皮在不同时间获得外界气候资源的差异,包括季节差异和昼夜差异等,此为历时性差异。比如建筑表皮的采光和日照功能在夜间丧失,而通风和换气功能依然存在。还有,在冬季,太阳辐射是天然的热源,有利于建筑的采暖,建筑表皮应考虑尽可能地吸收太阳辐射热量,表皮的开口需尽量向阳并避免遮挡;而在夏季,强烈的太阳辐射会造成室内过热、空调负荷增大,因此,建筑表皮开口应考虑尽量避免太阳辐射,表皮的外遮阳措施就显得十分重要。外界气候资源分布的共时性与历时性差异,要求建筑表皮在气候资源利用时,要特别强调因地制宜和因时制宜。赋予建筑表皮充分利用外界气候资源的功能,是建筑生态、节能建筑设计的重要内容。通过对不同气候方位的建筑表皮技术措施实现对气候资源利用的最大化和受不利气候影响的最小化[2]。同样,无视气候资源在时空上的差异性,将建筑表皮单一化处理,也会导致对气候资源的浪费。反观当下的绝大多数建筑,其表皮性能特征在各朝向或方位的一致性以及表皮的固定不可应变性都无法使得其对气候资源的有效利用,这种依赖不可再生能源的建筑表皮形式,一方面消耗了宝贵的能源,另一方面将大量的废热、废气和废水等排出室外(图1),进一步加剧城市人居环境品质的下降。

建筑表皮在建筑中承担着气候资源(能源)汲取器的角色,它应该作为一种有效高效地利用资源的载体和发生器。在建筑的设计和建造过程中,我们应该理性地分析并恰当地处理好每一朝向方位建筑表皮的性能品质,使得建筑能够最大限度地利用气候等外界资源,从而实现降耗节能、集约高效的生态目标[2],保持建筑的可持续性。

2 建筑表皮节能与气候资源利用技术策略

2.1 建筑表皮与建筑节能

建筑物在建造和运行过程中不仅需消耗大量的自然资源,而且需耗费大量的能源。在全世界日益增长的能源消耗中,无论是工业发达的国家还是发展中国家,建筑能耗所占的比重都较大。建筑能耗包括建材生产、运输、建筑施工、建筑日常使用及建筑拆除等项目的能耗。其中比重最大(约占80%以上)的是建筑日常使用能耗,主要为采暖、空调、热水、照明、电器等用能。

在建筑日常使用的能耗中,由于通过建筑表皮散失的能量和供暖制冷设备系统的能耗占大部分,因此,世界各国的建筑节能工作主要围绕如何提高建筑表皮的保温隔热性能和提高供暖制冷设备效率两个方面展开。近年来又在可再生能源利用方面,如太阳能、地热能、风能等开展了卓有成效的研究。但无论利用哪一种能源方式,由于建筑物与其所处外部环境的能量的交换是通过建筑表皮来实现的,所以建筑表皮是影响建筑能耗的重要因素。要达到建筑节能的目的,除了要增强建筑表皮的保温隔热性能减少建筑中的能耗外,同时,还要提高建筑表皮对可再生气候资源的利用效率,降低建筑对不可再生能源的消耗,而后者更具有可持续发展的积极意义。

2.2 结合气候方位的建筑表皮节能设计策略

结合气候方位的建筑表皮节能设计策略,就是要从当地的气候条件和建筑表皮所处的位置或朝向出发,依据建筑表皮气候资源在空间分布的差异性,因地制宜,采取与气候条件相适应的建筑表皮节能技术措施,积极利用可再生的气候资源,降低不可再生能源的消耗。

就我国决大部分的地区(北回归线以北地区)而言,在建筑的六个朝向的表皮中,太阳辐射强度由强到弱的顺序依次为屋面、南向、东西向、北向,架空楼地面。因此,屋面和南向的建筑表皮是太阳能利用的最佳位置,可通过设置如 “特隆布墙(Trombe Wall)”、“太阳墙”、“透明保温隔热墙体(Transparent Insulated Wall,简称TIW)”、光电、光热一体化等建筑复合表皮系统,对太阳能进行利用;对于北向表皮,太阳辐射强度弱,但光气候因素相对稳定,是增加建筑采光的有利朝向;屋面除了太阳能利用外,和室外基地表皮一起可构成雨水利用系统和生态绿化系统。对于大进深大体量的建筑,通过屋面表皮的透光材料或开口,可解决内部采光的不足等问题。建筑的自然通风除了依靠风压通风外,还可通过架空底层楼板表皮开口与屋顶开口形成热压通风,底层架空楼板表皮具有丰富的自然气源和自然风源,建筑设计中应予以充分利用。

2007年新落成的清华大学环境能源楼(SIEEB)是一座智能化、生态环保和能源高效型的新型办公楼。作为一项示范性工程,该项目的建设通过建材选择、设计、施工、运行管理等各个环节,提供了一个适合中国国情的环保节能办公建筑的技术方案。为达到尽可能降低温室气体排放、提高能效、利用气候可再生能源等目标,首先,在建筑的形态上,采用了C 形平面、阶梯状由北向南对称跌落,楼层的层层退台是为了能够接收到最大限度的日照和给予内部花园更大的空间。其次,结合气候资源在建筑方位朝向上的差异和北京气候的特点,建筑的各朝向采取了不同的表皮构造。南向采用了出挑钢架上设置表面覆盖有太阳能PV板的遮阳表皮系统(图2)。

依据北京冬至(27.3°)和夏至(73°)正午太阳高度角进行设计,在夏季可以减少太阳辐射量,而冬季又允许阳光进入室内。据模拟分析,采用遮阳板后太阳得热量能减少约1/3。同时,太阳能PV板又能为大楼提供清洁能源。南向凹空间的东西北三侧表皮设计成双层幕墙。外侧幕墙由玻璃百叶构成,其中部分玻璃百叶可被计算机控制旋转角度,反射阳光至室内天花,形成均匀的室内自然采光效果,减少人工照明的能耗。每层上部的两个遮阳百叶能够通过旋转一定角度保证反射光线可最大限度地到达室内。如图3所示,建筑北侧采用单层幕墙表皮系统,设置开启的透明玻璃窗,并在窗框外侧覆固定的激光穿孔铝板,它的功效是既可阻挡北侧冬季的寒风,又不影响室内的自然采光和观景。东西两侧表皮为带金属检修走廊的双层幕墙。其外层采用丝网印刷玻璃;内层上下为填充岩棉的坎墙,中部为透明玻璃窗。它不仅能有效地阻挡强烈日照,并保证室内采光,还可在两层幕墙中间形成空气对流通风层,将太阳得热排出中间夹层,从而大大减少夏季空调系统的能耗。在建筑周围的基地表皮,采用透水性铺装,有利于地下水的涵养和生态环境的改善,在大楼西北侧种植常绿高大乔木,阻挡冬季西北侧寒风对建筑的不利影响[4]。

依据气候资源在空间分布的差异性,采取了结合气候方位的建筑表皮节能设计策略,使得SIEEB 的CO2 排放远低于中国同等公共建筑的排放量,节能效果显著。

2.3 结合气候变化的建筑表皮节能设计策略

如上所述,气候资源不仅在朝向方位上存在差别,而且随时间的变化而变化。以往固定不变的建筑表皮只能是被动地接受外部气候因素的作用,缺乏主动适应外界气候变化和利用气候资源的能力,造成气候资源的浪费。结合气候变化的建筑表皮节能设计策略,就是要赋予建筑表皮以“类生命”特征,使其具有一定的自我调节、自我控制等功能,根据室外气候因素的变化,因时制宜,对进入室内的物质流与能量流进行调节和控制,以尽可能低的环境负荷来达到尽可能高的气候资源利用率,创造可持续的、健康、舒适的建筑室内环境。

作为结合气候变化的建筑表皮节能设计策略,首先,可赋予建筑表皮具有开启、闭合、转换等功能,使建筑表皮能动地适应气候的变化,趋利避害,充分利用气候资源。其次,可在建筑表皮表面附着植物,构成具有生态气候适应特征的绿色建筑表皮,利用植物形态的季节变化,如夏遮阳、冬日晒,解决建筑的防热与采暖问题。此外,还可利用建筑表皮本身材料的特性,如基于相变材料的蓄热型表皮,在冬季,白天可吸收太阳辐射热,夜间将热量释放出提高室内温度,减小温度的波动,节约采暖能耗。

2003年在托马斯·赫尔佐格设计完成的德国建筑工业养老金基金会办公楼中,片状金属板在立面上的应用是该设计的一个特征。其建筑表皮不仅注重形式上的美感,并且能起到采光和遮阳的作用。在建筑北面,这些金属板可将顶光反射到房间内部,而在南立面,设计了一个近似镰刀形的调节装置。正是这个精致的可调节构件协调好建筑表皮遮阳与采光的关系,它可在阴天时将天空扩散光反射到室内;而当阳光照射时,构件则转到垂直方向的遮阳板的位置上。在正立面顶部,向内绕轴旋转,可使光线转向的构件提供最大角度的遮阳措施,而在中段,必要的直射阳光经反射进入室内(图4)[5]。

3 结语

建筑表皮作为人类的“第三层皮肤”,是人与自然的联系纽带,建筑表皮的存在状况将直接影响人类生存环境的品质。因此,建筑表皮不仅具有庇护功能,还具有重要的人类生存的环境意义。由此可见,构建有利于改善人类生存环境的“第三层皮肤”的建筑表皮应成为建筑设计的重要内容和目标之一。结合气候资源利用、高效节能的建筑表皮设计无疑是一条符合可持续发展的必由之路。

参考文献

[1]冯路,表皮的历史视野[J],建筑师,2004(110):6~7.

[2]吕爱民,建筑围护结构的资源属性[J],华中建筑,2003(6):27~28.

[3]秦佑国,声景学的范畴[J],建筑学报,2005(1):45~46.

[4]张通,清华大学环境能源楼—中意合作的生态示范性建筑[J],建筑学报,2008(2):34~38

气候变化与农业用水安全 篇4

关键词：气候变化,农业用水,水安全,需水管理

当前,气候变化正在对世界各国产生日益重大而深远的影响,受到国际社会的普遍关注。科学研究表明,人类活动导致了近50年来以全球变暖为主要特征的气候变化。这种变化已经并将继续对自然生态系统和人类社会经济系统产生重大影响,成为人类可持续发展最严峻的挑战之一。

水资源是受气候变化影响最直接和最重要的领域,气候变化已经对我国的水资源系统产生了重要影响。近50年来我国主要江河的实测径流量多呈下降趋势,其中,海河流域1980年以后河川径流较前期减少了40%~70%。未来气候变化将对全球及区域水资源安全产生严重影响。而我国水资源赋存条件和生态环境状况并不优越,加之近年来经济社会发展迅速和城镇化进程的加快,水资源分布与国民经济发展布局不相匹配的矛盾日趋显现,部分地区出现了严重的水资源危机。

农田灌溉作为国民经济发展的用水大户,在保障粮食生产、促进经济社会和谐发展具有重要作用。随着全球变化研究的不断深入,气候变化对农业用水安全构成的威胁逐也日趋显现,并直接关系到国家粮食安全问题。为此,国内外广大学者进行了广泛研究。政府间气候变化专门委员会(Intergovernmental Panel on Climate Change,IPCC)在其评估报告中指出,气候变化将显著影响灌溉需水、生活需水变化过程[1]。结合印度灌溉作物发展规划,采用IPCC A2和B2气候情景,分析了未来灌溉需水量变化过程,结果显示,受气候变化影响,印度未来灌溉需水在2020年将增加1%~3%,在2070年将增加2%~7%,并指出在B2气候情景下灌溉需水量达到最大[2,3];德国环境部(Federal Environmental Agency,FEA)分析了欧洲大部分国家的气候变化趋势,指出未来气候情景下,来水条件将发生明显改变,同时温度升高将加速土壤蒸发,增加灌溉用水过程,尤其是夏季和冬季的季节性变化,使供需矛盾更加尖锐[4];加拿大环境保护部(Environment Canada,EC)分析了气候变化对加拿大水资源的影响,指出气候变化加速作物蒸腾过程,使水资源供需矛盾更加尖锐,并提出适应气候变化的策略[5];2010年11月,美国水业协会(American Water Works Association,AWWA)针对全球变暖的趋势和未来气候变化的不确定性,指出当前气候变化背景下需水预测的不足,拟投入巨资深入开展气候变化对需水的影响机理研究[6];我国在流域水资源综合规划中,也明确提出要充分考虑气候变化带来的影响与挑战,充分考虑各种可能的影响[7]。因此,全面分析我国农业用水现状,深入了解气候变化对农业用水安全造成的影响,加强水资源应对气候变化的适应性管理,趋利避害,已成为当前我国水资源管理的重要问题。

1 我国农业用水现状

农业用水包括灌溉用水、林牧渔用水。其中,农田灌溉需水量包括农田灌溉净需水量和农田灌溉毛需水量,可采用灌溉定额与灌溉水利用系数方法进行计算。而林牧渔业需水量包括林果地灌溉、草场灌溉、鱼塘补水和牲畜用水等4项[8]。长期以来,农业用水一直是国民经济用水大户。资料显示,1949年,我国农业用水量为1 001亿m3,占总用水量的97.1%,至2009年,农业用水总量虽保持在3 723亿m3,但其占总用水量的比例已缩至62.4%,见图1。尽管如此,农业用水比重依旧超过工业和生活用水比重。

除了用水总量的变化之外,我国农业用水效率在过去多年间也发生了显著改变。1949年我国农业灌溉用水定额为8 565 m3/hm2,至2009年已提高到6 465 m3/hm2,其中海河、淮河流域分别提高到3 480 m3/hm2、4 200 m3/hm2。尽管我国农业灌溉用水效率有了很大提高,但当前我国灌溉水利用系数只有0.4,与发达国家0.7相比,相差甚远。同样,灌溉水分生产率平均1 kg/m3左右,与以色列2.32 kg/m3相比,亦存在明显差距。农业用水效率的变化是我国国民经济发展、农业产业结构布局、农业灌溉技术等多方面因素综合影响的结果。在全球变化的大背景下,我国农业用水效率低下将直接威胁到农业用水安全。

2 气候变化对农业用水需求的影响分析

众所周知,水分是决定作物生长发育的主要因子之一,水分不足对作物生长发育有关的许多生理生化过程都有影响,严重的水分胁迫将导致作物产量的大幅度的下降。一般情况下,作物需水量的大小,取决于该作物的耗水强度,即日均需水强度,而作物的需水强度过程线则是其生物学特性与环境条件综合作用的反映,受到气温和降水等外部环境条件的显著影响[9,10,11]。

首先,气温变化直接影响作物腾发量,进而改变作物需水量。根据1990年FAO对参考表面的定义,即“参考表面为生长均匀茂盛、完全遮蔽地面、供水充分、植株高度0.12 m、具有固定的表面阻力和反射率的面积无限大的绿色草地”。在此环境中,FAO推荐Penman-Monteith公式、Blaney-Criddle公式等多个计算参考作物需水量。Penman-Monteith公式表达形式如下:

$E{\rm T}{}_0=\frac{0.408\Delta (R{}_n-G)+\gamma \frac{900}{{\rm T}+273}u{}_2(e{}_0-e{}_a)}{\Delta +\gamma (1+0.34u{}_2)}(1)$

式中:ET0为参考作物蒸发蒸腾量,mm/d;Rn为植被表面净辐射量,MJ/(m2·d);G为土壤热通量,MJ/(m2·d);Δ为饱和水汽压~温度关系曲线的斜率,kPa/℃;γ为湿度计常数,kPa/℃;u2为在地面以上2 m高处的风速,m/s;e0为空气饱和水汽压,kPa;ea为空气实际水汽压,kPa。

这是一个组合方程,可分成2个部分,前一部分为辐射项(ETrad),后一部分为空气动力学项(ETaero)。方程中涉及到的均是标准气象资料,包括旬平均温度、旬平均最高温度、旬平均最低温度、旬平均日照时数、旬平均相对湿度和旬平均风速[12,13]。

FAO-Blaney-Criddle公式表达形式如下:

$E{\rm T}{}_0={\rm P}(0.46{\rm T}{}_m+8)(2)$

式中:ET0为参考作物蒸发蒸腾量,mm/d;Tm为平均温度,℃;P为月内日平均昼长小时占全年昼长小时的百分比[12]。

可以看出,在2式中气温是影响 的主要因素,且随着温度的变化,ET0亦呈明显变化。

其次,温度升高会导致大部分作物的生育期发生变化。气温升高导致春季作物物候期提前,秋季物候期推迟,从而延长作物生长过程,并最终影响作物需水量[2]。研究表明,冬小麦一生中的日需水强度变化很大,出苗后到冬前分蘖期间,日需水强度逐渐有所增加,进入越冬期后逐渐减小,返青后又明显增大,至孕穗-扬花期冬小麦日需水强度达到最大,以后有所减少。因此,在冬小麦日需水强度过程线上有2个峰,即冬前分蘖期的小峰和孕穗-扬花期的大峰,而后一个高峰期所需水量,约占冬小麦全生育期需水量的65%左右。

此外,降水作为作物生长的主要水源,通过贮存于作物根区后用于蒸散过程,可有效减少作物灌溉用水量[13]。但当降水强度超过土壤的入渗能力或降水超过土壤储水能力时,一部分降水将作为地表径流流走,或形成深层渗漏流出作物根区,从而不能被作物利用。同时,降水特性、土壤特征、作物种类等多种因子,均影响有效降雨。有效降雨系数作为综合反映降水量、降水强度、土壤质地、作物生长等因素的综合因子,被广泛应用于当前的研究与设计中[14]。

气候变化对林业的影响与灌溉相同,即随着温度的升高,植被蒸腾加速,进而使需水量增大。

笔者利用区域经济发展、灌溉用水、种植结构等因素之间动态反馈关系,采用系统动力学建模方法,构建了气候变化背景下灌溉用水响应模型。以关中宝鸡峡灌区为例,分析了未来不同气候情景下灌区灌溉用水的变化过程。结果显示,随着未来气温升高趋势的增加,灌溉用水亦呈明显升高趋势,不同情景稍有差异,但差别不大,而不同作物间差异较大。以B1情景为例,温度升高1 ℃,灌区内灌溉净需水量约增加12 050万m3,毛需水量约增加20 080万m3,灌区内小麦单位面积约增加需水量420 m3/hm2。玉米约增加120 m3/hm2,温度升高对灌区用水安全带来极大挑战[15]。

3 应对策略

随着未来气温的升高,灌溉用水量的增加,世界各地也采取了广泛的应对措施。其中,需水管理作为新的管理手段,近年来先后受到联合国粮农组织(FAO)、世界银行(WB)、国际水资源管理研究所(IWMI)等国际组织和机构的重视,并逐渐成为国际上一种先进的水资源管理理念,被广泛应用到各国的水资源管理中[16,17]。而我国的需水管理起步较晚,目前尚处于初步研究阶段,但是在灌区节水改造、水权制度建设的实践中,积累了丰富的经验[18,19]。2010年12月31日,《中共中央、国务院关于加快水利改革发展的决定》正式发布,这是新中国成立62年来中共中央首次系统部署水利改革发展全面工作的决定。文件明确提出力争通过5年到10年努力,从根本上扭转水利建设明显滞后的局面。到2020年,基本建成水资源合理配置和高效利用体系,全国年用水总量力争控制在6 700亿m3以内,农田灌溉水有效利用系数提高到0.55以上,“十二五”期间新增农田有效灌溉面积266.7万hm2。可以看出,实施需水管理,调控用水总量,提高用水效率已成为缓解有限资源与无限需求间矛盾的必然选择,是当前落实最严格水资源管理制度的重要手段[20]。为此,笔者认为根据未来气候变化情景和经济发展状况,充分考虑种植结构调整与农民收入水平,妥善考虑农业用水户经济承受能力,严格控制用水总量,不断提高用水效率已成为应对气候变化的有效手段。

(1)严格农业用水总量控制。

在一定流域或区域内,由于能够持续支撑经济社会发展规模、维系良好的生态系统能力的水资源有限,所以水资源承载能力也是有限的。因此,根据水资源承载能力,充分考虑国民经济各行业用水之间的相互关系,对取水建设项目严格审批,确保合理分配有限的水量[20] 。当用水户达到或者超过用水总量指标时,应积极推进水权转换,不断促进工农业各部门在总量约束下,科学合理地使用有限的水资源。同时尽快完成大型灌区、重点中型灌区续建配套和节水改造任务。不断完善现有的各项水资源管理法律、法规,严格水资源管理。在大力发展节水灌溉,推广渠道防渗、管道输水、喷灌滴灌等技术的同时,充分考虑农民经济承受能力,适时给予节水、抗旱设备补贴政策。积极发展旱作农业,广泛推广地膜覆盖、深松深耕、保护性耕作等技术。

(2)千方百计提高农业用水效率。

农业用水效率受到灌溉条件、科技水平、来水条件等多方面因素的影响,常常是一个动态的变化过程。通常,节水技术的推广、用水水平的提高、重复利用率的提高都直接影响用水定额[21]。因此,要加大农业灌区节水改造力度,不断改善灌溉条件,逐步提高用水水平。同时结合不同地区水资源开发利用条件和经济发展状况,调整农业生产结构,逐步推行节水灌溉制度和节水栽培措施,减少农作物蒸发蒸腾,提高水的利用效率。逐步推行水资源有偿使用制度,进行农业水价改革,建立科学的水价政策[20] 。此外,要逐步推广节水灌溉的产业化模式,加紧制订和尽快实施节水灌溉设备产业化计划,同时加强产品质量监控,规范市场行为,不断提高节水设备的产业化和服务产业化程度。积极组建农民用水者协会,让广大农民参与灌溉用水管理,提高农业用水的组织化程度和对农田水利设施的管理与维护水平。

4 结 语

(1)农田灌溉作为国民经济发展的用水大户,在保障粮食生产、促进经济社会和谐发展具有重要作用。随着全球变化研究的不断深入,气候变化对农业用水安全构成的威胁逐也日趋显现,并直接关系到国家粮食安全问题。1949-2009年,我国农业用水量由1 001亿m3增加到3 723亿m3,占国民经济各部门用水总量比例从97.1%降低至62.4%。尽管如此,农业用水依旧是我国主要用水大户。同时,受到节水技术的推广、灌区节水改造等工作的推进,我国农业用水效率亦发生了显著变化,我国农业灌溉用水定额由1949年的8 565 m3/hm2提高到2009年的6 465 m3/hm2。尽管如此,与发达国家依然存在明显差距。

(2)气候变化通过气温与降水2个要素影响农业用水。一方面,气温变化直接影响作物腾发量,进而改变作物需水量,同时,气温升高使作物生育期发生变化,影响灌溉需水量。另一方面,降水条件改变亦直接影响灌溉需水量。以关中宝鸡峡灌区为例计算表明,在B1情景下,温度升高1 ℃,灌区内灌溉净需水量约增加12 050万m3,毛需水量约增加20 080万m3,灌区内小麦单位面积约增加需水量420 m3/hm2;玉米约增加120 m3/hm2,温度升高对灌区农业用水安全构成严重威胁。

(3)在全球变暖背景下,要保障我国农业用水安全,制定科学的适应对策迫在眉睫。从国内外水资源管理现状来看,需水管理作为缓解供需矛盾的有效措施,对各国缓解水资源供需矛盾起到了重要作用。结合我国农业用水现状,提出对农业用水需求总量、用水效率进行调控的需水管理措施,从调控需求、提高效率的角度缓解供需矛盾,进而有效应对气候变化对农业用水安全的影响。