北京地区大气湿度变化及城市化影响分析

应用北京20个常规气象站1976—2015年逐日观测及同期北京城市发展数据,并借鉴一个新的城、郊区代表站点分类方法,分析了北京地区相对湿度的分布、变化特征及其对城市化的响应。结果表明:(1)北京地区相对湿度的空间分布不均匀,城市化发展早期相对湿度的分布主要受地形影响,城市化程度较高的年代城市效应的影响更为明显,(2)近40年来北京地区平均相对湿度呈现下降趋势,线性倾向率为-0.9%·(10 a)~(-1)。城区相对湿度的下降速率比郊区大,城、郊差异主要表现在20世纪90年代以后;(3)近40年来北京城市干岛强度呈上升趋势,线性倾向率为1.3%·(10 a)~(-1),城市干岛效应在季节分布上以冬季为最强,秋、春季次之,夏季较弱。检验表明自1995年以来北京干岛效应呈现出更为明显的增强趋势;(4)北京城市干岛效应与城市化进程有密切联系,其与北京城市化率及城市热岛强度之间具有显著的高相关性,相关系数分别高达0.87和0.86。     

承德市干湿岛效应及其城市化影响分析

提出用城市站与郊区站相对湿度的差值作为干湿岛强度指标,利用趋势分析等统计分析方法,分析了承德市1964—2007年的空气湿度变化及城市化影响,结果表明：承德市近44 a空气湿度呈明显增加趋势,尤以近10 a最为明显,且由1988年以前的干岛特征逐渐转成了近10 a的湿岛特征,以夏季、秋季的湿岛效应最为明显,湿度场的明显变化主要来源于城市化影响。     

城市化进程对湖南长株潭地区气温变化的影响

利用1961~2012年湖南省长株潭地区8个气象站的逐日气温观测数据,以郊区站作为背景场,分析了长株潭地区城市化对年和季平均气温、最高气温、最低气温的影响,在此基础上结合1990年代后长沙市人口、GDP及建成区面积,探讨了城市化进程与城乡温差的关系。结果表明:近52 a来长株潭地区呈现增温趋势,年平均气温、最高气温、最低气温的城市化影响贡献率分别为24.0%、21.2%、15.2%,城市化对长株潭地区年平均气温影响最大,年最高气温次之,年最低气温影响最小。城市化贡献率的最大值都出现在夏季,而其最小值平均气温和最低气温出现在冬季,最高气温出现在春季。城乡温差与长沙市人口、GDP呈显著正相关,相关系数分别为0.69、0.41,表明城市化进程对城区的气温变化有显著影响。     

城市化对咸宁地区风速和相对湿度的影响分析

利用1981—2014年的地面观测资料、NCEP/NCAR再分析资料,根据卫星数据实现城郊站点分类,选取赤壁站作为城市站,崇阳站作为郊区站,分析咸宁地区相对湿度和风的年和季节变化特征,并采用UMR(Urban Minus Rural)方法和OMR(Observation Minus Reanalysis)方法定量解析城市化对咸宁地区相对湿度和风速的影响。结果表明:近34年来城区和郊区的风速分别以-0.18 m·s~(-1)/10a和-0.05 m·s~(-1)/10a的速率逐渐减小,UMR值(城郊距平差)的变化趋势为-0.13 m·s~(-1)/10a,对应的城市化贡献率为75%,城市化对风速的影响在夏季最为明显,其贡献率为100%。近34年来城区和郊区的相对湿度分别以-1.34%/10a和-2.49%/10a的速度减小,且郊区减小的幅度大于城区的,近10年来城区的相对湿度开始大于郊区的,城市化对咸宁地区相对湿度的影响表现为由"干岛效应"向"湿岛效应"的转换,且"湿岛效应"在夏季表现最为明显。利用UMR和OMR方法计算的风速和相对湿度的变化趋势较为一致,但UMR计算结果表明城市化对风速减小及相对湿度增加的影响更为显著,能更好地反映城市化进程对咸宁地区相对湿度和风速的影响。     

库尔勒气象站迁站前后气象要素特征及成因分析

利用2016-2018年库尔勒气象站迁站前后基本气象要素的观测资料进行对比分析,结果显示：(1)平均气温、平均最低气温年、月值均是新站低于旧站,年值分别低2.1℃和4.1℃,年平均最高气温持平；春季气温差值变化相对较小,夏、秋、冬季气温差值变化相对偏大。(2)各月相对湿度新站大于旧站,各季相对湿度差值夏季最大,年平均相对湿度新站比旧站高11%。(3)平均气压新站高于旧站,年平均气压差值为3.2pha。各季差值冬季最大,(4)平均风速新站比旧站偏大0.1m/s,春季、夏季风速大于其他季节；最大风速新站比旧站偏大1.3-6.2m/s；主导风向由ENE转为E。(5)年平均气温、最低气温、平均湿度和年平均气压,迁站前后资料有显著差异,年平均最高气温、平均风速无显著差异。(6)测站周围环境、海拔高度、下垫面、地形等因素是造成新旧站气象要素差异的主要原因。     

近50a开封市气候变化特征分析

利用开封市气象观测站1957-2007年的观测资料,分析了近50 a气候变化的特征,结果表明:开封市年平均气温呈上升趋势,春季气温呈波浪式平缓上升,夏季气温略有下降,秋季气温缓慢上升,冬季气温上升明显;年平均降水量变化趋势不明显,年际波动大,夏季降水呈上升趋势,冬春降水变化不明显,秋季降水下降明显;历年大风日数呈V型上升趋势,夏季上升明显,秋冬两季略有下降;年平均大雾日数呈明显上升趋势;年平均日照时数呈下降趋势,2000年后日照时数下降明显.     

南京地区城郊降雨差异特征分析

利用2009—2013年南京市71个加密自动气象站逐时降水观测资料,对南京地区城郊降雨差异的特征进行了分析。结果表明:南京地区城市"雨岛效应"存在明显的季节差异,城市"雨岛效应"集中出现在6—8月,尤其是7月和8月,而南京地区其他季节城郊降雨无明显差异。对于不同量级的降雨,南京地区小雨、中雨和大雨的降雨量城郊差异均不显著;而城市化使南京地区6—8月暴雨和短时强降水的城郊差异较明显,城区暴雨发生频次和强度及短时强降水的发生频次均高于周边郊区,易形成城市洪涝灾害。城市化进程对一般性降雨的城郊差异影响较小,但城市化使城区夏季暴雨和短时强降水等灾害性降水事件明显加强。     

1961～2017年雅鲁藏布江河谷地区夏季气候暖干化趋势

基于1961～2017年青藏高原腹地雅鲁藏布江河谷地区4个站（拉萨、日喀则、泽当和江孜）夏季（6～8月）月平均气温、降水和相对湿度等观测资料,分析了该地区夏季气候年际和年代际演变特征,并探讨了气温、降水和相对湿度在年际和年代际时间尺度上的相互关系以及与总云量和地面水汽压的联系。结果表明:（1）1961～2017年该地区夏季气候出现了暖干化趋势。气温（相对湿度）显著升高（下降）,降水趋势变化不明显;本世纪初气温（相对湿度）均发生了显著的突变。（2）该地区夏季气候因子间在年际和年代际时间尺度上存在密切关系:气温与相对湿度和降水均存在明显的负相关,降水与相对湿度为正相关。（3）该地区夏季气候因子间的年际和年代际变化与同期总云量和地面水汽变化有关。1961～2017年总云量持续减少是气温显著升高的主要原因之一,气温的显著升高和降水变化不明显又造成了相对湿度的显著下降。     

1960—2009年咸宁市气候变化特征

利用1960—2009年咸宁市3个地面气象站气象资料,统计分析近50 a来该区域气温、降水等主要气候要素的年变化、四季变化及年代际变化的趋势特征。结果表明：近50 a研究区气温有上升趋势,气候倾向率为0.23℃/10 a,年平均气温在20世纪90年代末发生突变。春秋季平均气温分别在2002年和1999年发生突变,夏季平均气温在2006年发生突变,冬季平均气温在1990年发生突变。春季与秋季平均气温的变化较一致,冬季平均气温对全球变暖响应最敏感,春季与秋季对气候变暖的响应较敏感,而夏季对气候变暖的响应最为迟缓。近50 a咸宁市年降水量呈波动但无明显增降的趋势,其中春夏两季变化趋势较为一致并有下降的趋势,且春夏降水量的变化主导着年降水量的变化;而冬季降水量有上升的趋势。通过对气温与降水变化趋势的比较,发现冬季对气候变化的响应最显著,其余季节无明显相关性。     

近30年城市化对西宁市区平均气温的影响

利用1986—2015年西宁市区和互助、湟中站逐日平均气温观测资料,分析了近30a城市化对西宁市平均气温的影响。结果表明:近30a来,西宁市区和郊区年平均气温均呈上升趋势,市区因城市化发展进程较快,增温更为明显,城市热岛增温贡献率达22.9%;四季平均气温除湟中站呈略降趋势外,其他各站各季平均气温均呈上升趋势。春季增温最为明显,其次是夏季,冬季增温小;西宁、互助两站年平均气温在1986年出现异常偏冷。市区和郊区年平均气温在1997年出现气候突变。     

2014-2017年西安市城市热岛、冷岛精细化时空特征分析

选取1971—2017年7个国家级气象站的气温资料,分析年代际气温变化特征及城郊温差、城县温差;选取2014—2017年103个国家考核区域气象站及7个国家级气象站逐时气温资料,利用标准化相对气温法,研究西安市城市热岛、冷岛的年、季平均空间分布特征,以及逐日热岛、冷岛变化规律。结果显示:1971—2017年城区、郊区和郊县气温均呈上升趋势,城区增温速率最大,郊县增温速率最小,进入21世纪后,城市热岛效应较为显著。西安市城市热岛、冷岛现象明显,且均呈"多中心"特征,热岛中心多为老城区及旅游中心,建筑物面积和人口密度占绝对优势;冷岛中心多为地势较高、水域绿被覆盖较大、非人口密集区的秦岭坡脚线附近。城区代表站的年、春季、夏季、秋季基本处于平稳状态,年、春季、夏季06—07时热岛强度最大,秋季、冬季23时热岛强度最大;郊区代表站和郊县代表站的年及四季热岛、冷岛强度均有明显的日变化特征,且变化趋势相反;郊区代表站10时热岛转为冷岛,春、夏季16—17时转为热岛,年及秋、冬两季19—20时转为热岛;郊县代表站年、春季、夏季06—07时冷岛强度最大,秋季、冬季2时冷岛强度最大,08时后冷岛开始减弱,12—13时为最弱后开始增强。     

1960-2009年咸宁市气候变化特征分析

利用1960-2009年咸宁市3个地面气象站气象资料,统计分析近50 a来该区域气温、降水等主要气候要素的年变化、四季变化及年代际变化的趋势特征。结果表明：近50 a研究区气温有上升趋势,气候倾向率为0.23℃/10a,年平均气温在20世纪90年代末发生突变。春秋季平均气温分别在2002年和1999年发生突变,夏季平均气温在2006年发生突变,冬季平均气温早在1990年发生突变。春季与秋季平均气温的变化比较一致,冬季平均气温对全球变暖响应最敏感,春秋与秋季对气候变暖的响应是比较敏感,而夏季对气候变暖的响应最为迟缓。近50 a年降水量呈波动但无明显增降的趋势,其中春夏两季变化趋势较为一致并有下降的趋势,且春夏降水量的变化主导着年降水量的变化;而冬季降水量有上升的趋势。通过对气温与降水变化趋势的比较,发现冬季对气候变化的响应最显著、其余季节无明显相关性。     

1978—2008年城市化对北京地区气温变化影响的初步分析

应用北京地区20个常规站1978-2008年经均一性序列多元分析方法均一化处理的气温数据,初步分析了北京地区城市化对年平均和不同季节日最高、最低以及平均气温的影响。结果表明,1978—2008年,年平均日最低、平均气温空间分布自北向南、自西向东,温度逐渐升高,在城区达到最高,日最高气温表现为从西向东南逐步升高,在城区形成较为明显的热岛。温度变化趋势表明,各站日最低气温、平均气温、最高气温均呈升温趋势。城市化对北京地区城区及近郊区站点日平均气温和最低气温影响最大,对自北部佛爷顶至昌平到城区一带站点的最高气温影响最大。城市化对北京(观象台)站的增温影响最为明显,对城区站点温度平均的增温影响次之,对全市站点温度平均的增温影响最小。城市化对观象台站、城区站点平均、全市站点平均日平均气温、最低气温的年平均、各季节均非常显著,其中在秋季影响最大,对日最高气温的影响则是在夏季最大。     

Climate-induced changes in river water temperature in North Iberian Peninsula

With the surface air temperature (SAT) data at 37 stations on Central Yunnan Plateau (CYP) for 1961–2010 and the Defense Meteorological Satellite Program/Operational Linescan System (DMSP/OLS) nighttime light data, the temporal-spatial patterns of the SAT trends are detected using Sen’s Nonparametric Estimator of Slope approach and MK test, and the impact of urbanization on surface warming is analyzed by comparing the differences between the air temperature change trends of urban stations and their corresponding rural stations. Results indicated that annual mean air temperature showed a significant warming trend, which is equivalent to a rate of 0.17 °C/decade during the past 50 years. Seasonal mean air temperature presents a rising trend, and the trend was more significant in winter (0.31 °C/decade) than in other seasons. Annual/seasonal mean air temperature tends to increase in most areas, and higher warming trend appeared in urban areas, notably in Kunming city. The regional mean air temperature series was significantly impacted by urban warming, and the urbanization-induced warming contributed to approximately 32.3–62.9 % of the total regional warming during the past 50 years. Meantime, the urbanization-induced warming trend in winter and spring was more significant than that in summer and autumn. Since 1985, the urban heat island (UHI) intensity has gradually increased. And the urban temperatures always rise faster than rural temperatures on the CYP.     

近50a廊坊地区气温变化及其与城市发展的关系

利用1964—2011年廊坊9个气象观测站的日平均气温数据,分别利用可行性倾向估计、累计距平、M-K检验三种分析方法,分析了廊坊地区近50 a气温的气候变化特征;并通过统计分析,研究了廊坊地区年平均气温与全社会固定资产投资总额、城市总人口数、国内生产总值三项城市发展指标的关系。结果表明:廊坊市人口、GDP、全社会固定资产投资总额均与年平均气温显著相关。近48 a来,廊坊城区站与郊区站的温度差成逐步减小趋势,受城市化影响,廊坊地区年平均温度呈缓慢上升趋势,空间分布特征郊区站低于城区站,城区站每10 a增温0.5℃,郊区站每10 a增温0.41℃,10 a总增温0.42℃。     

西南地区城市热岛强度变化对地面气温序列影响

利用1961—2004年我国西南地区322个站的气温观测资料, 分析了乡村站、小城市站、大中城市站和国家基准/基本站气温变化趋势特点, 着重研究了城市化对城镇站和国家站地面气温记录的影响程度和相对贡献比例。结果显示:区域平均的各类台站年平均气温呈现不同程度的上升趋势, 城市站、国家站的增温速率均高于乡村站。大中城市站和国家站的年平均热岛增温率分别为0.086 ℃/ 10a和0.052 ℃/10a, 其增温贡献率分别达57.6%和45.3%。与大多数地区不同, 西南地区的增温速率明显偏小。因此, 尽管平均热岛强度变化比许多地区弱, 但其相对贡献明显, 表明城市化对该区域气温趋势的绝对影响较弱, 但相对影响较强。另外, 城市热岛增温有明显的季节变化, 表现为秋季最强, 春季或冬季次之, 夏季最弱。热岛增温贡献率则为春季最大 (100%), 夏季次之 (73%以上), 秋季和冬季相对较小。这主要是因为春、夏两季背景气候变凉或趋势微弱, 热岛增温在实际增温中占有更高的比例。     

上海城市热岛的变化特征

利用上海77个区域站2011—2014年逐时气温资料,运用城乡对比法分析了城市热岛(UHI)的时空变化特征。其次利用长三角20个国家站1961—2013年逐年平均气温资料,运用空间滤波法研究了上海城市化进程对城市热岛强度(I_UHI)的影响。结果表明:1961—2013年I_UHI整体上呈缓慢上升的趋势,I_UHI递增率达0.15~ 0.17 ℃/(10 a),年平均最大I_UHI达1.10~1.33 ℃,出现在2006年。上海城市化进程的加快有利于I_UHI的增大。21世纪以来I_UHI呈现减缓特征与全球气候变暖减缓的趋势一致。近年来,上海城区集中在外环以内,三个城市内部区域(内环区、中环至内环区、外环至中环区)I_UHI存在一致的日变化特征,但受到城区内部下垫面差异性影响,I_UHI呈现从内环区往外环依次递减的特征,并在夜间强热岛阶段最为明显。冬季I_UHI和I_UHI日变化均最大,秋季与之相当,春季次之,夏季最小。从I_UHI空间分布特征看,春夏季较为一致(即东部气温较低,西部气温较高,强热岛中心集中在西北部)、秋冬季较为一致(即东部气温较高,西部气温较低,强热岛中心稳定在城区附近),这可能与季风有关。      

北京地区城市热岛强度变化对区域温度序列的影响

通过对北京地区20个台站1961~2000年月平均温度资料的对比分析,证实热岛效应对城市气象站记录的地表平均气温的绝对影响随时间显著增大,近20 a尤为突出,但其相对影响即热岛增温对全部增暖的贡献却呈下降趋势。近40 a来,北京地区的国家基本、基准站平均温度距平序列与被认为不受城市热岛影响的郊区站平均温度距平序列差异明显,由于热岛效应加强因素引起的国家基本、基准站平均年温度变化速率为0.16℃/(10 a),对整个时期全部增温的贡献达到71%;近20 a来热岛效应加强因素使北京地区国家基本、基准站年平均温度每10 a增暖0.33℃,对该时期全部增温的贡献达到49%。城市热岛效应加强因素对国家基本、基准站季节平均温度上升的贡献在夏、秋季高,冬季最小。本文的结果说明,目前根据国家基本、基准站资料建立的全国或较大区域平均温度序列可能在很大程度上保留着城市化的影响,有必要做进一步的检验和订正。