南京夏季城市热岛时空分布特征的观测分析

利用2010年南京夏季城市热岛三维观测试验资料,分析了南京夏季典型天气条件下城市热岛的时空分布特征。结果表明,南京夏季高温晴天日平均热岛强度达1℃以上,夜间热岛强度稳定且强于白天,热岛分布具有方向性特征并与城市土地利用现状对应较好。白天,城市大气混合层的发展速度和高度均大于郊区;夜间,由于城市大气层结的不稳定及下垫面的粗糙特性,致使城市低空始终存在着一个对流混合层,其高度至少有250 m。城市下垫面高热量储存和强湍流输送的共同作用形成边界层内热岛,热岛强度总体上随高度递减,影响高度在白天约900 m、夜间约300 m。     

规划建设对深圳夏季城市热岛影响的数值模拟研究

以区域边界层模式RBLM为工具,研究了城市规划建设对深圳夏季城市热岛的影响。分别模拟了当前的城市热岛、高密度建设和能耗增加后的城市热岛、以及布设通风走廊后的城市热岛,得到了以下结论:(1)深圳夏季存在城市热岛现象,且昼间热岛比夜间更为明显,高温中心集中在建设密度较高的南山、福田、罗湖和宝安西部等区;(2)建设密度加大及能源消费增加会导致深圳夏季近地面气温出现大面积的升高,并且夜间升温比昼间更为明显;(3)通风走廊的设置可以在一定程度上抵消高密度建设和能耗增加带来的负面效应。     

北京夏季高温变化特征及对城市热岛强度的影响

随着全球气候变暖和快速城市化,城市夏季高温及热浪出现频次和强度明显增加,但人口高度集聚的特大城市中夏季高温长期变化特征对城市热岛的影响程度和作用机制仍不甚明了。本文选择京津冀特大型城市群的核心城市北京为研究对象,基于长期气象观测数据计算夏季高温和城市热岛强度,阐明5—8月夏季高温长期变化特征及对城市热岛强度的影响。研究发现,1978—2020年北京城区夏季高温日数、强度和极端高温均呈现显著增加趋势,相伴随的是高温起始时间明显提前,结束时间显著推迟;高温天最高气温热岛强度呈显著降低趋势,而平均气温和最低气温热岛强度则呈轻微下降趋势;5—8月高温天最高、平均和最低气温多年平均热岛强度分别为0.73 ℃、1.61 ℃和2.40 ℃,明显高于非高温天的0.09 ℃、0.80 ℃和1.40 ℃,高温和非高温天热岛强度差值均在0.6 ℃以上,表明夏季高温放大城市热岛强度。预估未来全球变暖和快速城市化背景下北京城市热岛效应将进一步加剧,会形成更频繁和持续更长的夏季高温,给城市居民带来严重的健康风险。     

应用城市地表能量平衡方案研究城市冠层结构对城市热岛的热力影响

用南京大学区域边界层模式NJU-RBLM, 通过对一组理想试验的模拟, 研究了TEB方案 (town energy balance) 和SVAT方案 (soil－vegetation－atmosphere transfer) 模拟城市热岛现象的差异及本质原因, 发现TEB方案对城市热岛 (UHI) 尤其是夜间UHI模拟效果更优, 这是由于TEB方案具备较强模拟城市储热项的能力形成的。此外, 深入探讨UHI对大气边界层热力结构的影响, 发现UHI现象使城市和郊区的近地层位温廓线在清晨和傍晚都存在明显差异, 同时使城市区域气温全天高于郊区, 且日间城乡温差能达到的高度明显高于夜间。分析人为热源和建筑物冠层对UHI的影响时发现: 人为热源对UHI的影响在夜间强于白天, 而建筑物对白天城市湍能的影响强于人为热源的作用。     

天津地区夏季海陆风对城市热岛日变化特征影响的观测分析

应用2008年天津市14个自动气象站逐小时观测资料、北京站探空资料和天津站6h一次的地面常规观测资料,分析了2008年天津地区夏季海陆风对城市热岛日变化特征的影响.结果表明:在大气层结稳定条件下,海陆风日与非海陆风日相比,天津市热岛强度的日变化幅度增大,海风能使城市降温,削弱城市热岛强度,推迟夜间热岛的出现时间,而陆风能使夜间热岛显著增强;天津市热岛强度与海风向内陆传播的距离有密切关系,在海陆风日,当天气尺度地转风与离岸风的方向一致时,海风的传播距离较近,而当天气尺度地转风与向岸风方向一致时,海风的传播距离较远,当海风只能到达津南、东丽或宁河站时,天津市热岛强度增幅最大,随着海风传播距离的增加,热岛强度的总体增幅减小.     

复杂地形条件下城市热岛及局地环流特征的数值模拟

应用基于多层城市冠层方案BEP(Building Environment Parameterization)增加室内空调系统影响的建筑物能量模式BEM(Building Energy Model)方案的WRF模式,模拟研究重庆热岛的特征、成因以及局地环流对热岛形成的影响。文中共有两个算例,一为重庆真实下垫面算例,称之为URBAN算例,二为将城市下垫面替换为耕地下垫面的对比算例,称之为NOURBAN算例。结果表明:1)WRF方案模拟结果与观测2 m气温的对比吻合较好,误差主要出现在正午温度峰值和凌晨温度谷值处,由城市下垫面特性及城市内建筑分布误差引起。2)BEP+BEM方案较好地模拟出了重庆地区的热岛分布的空间和时间特征。重庆市温度的分布受地形和城市下垫面的双重影响,越靠近城区,温度的分布受城市化影响就越大,在海拔低处,温度就越高。3)城区立体三维表面对辐射的陷阱作用导致城市表面总体反射率小,向上短波辐射小于郊区约20 W/m~2。城市表面以感热排放为主,而郊区则表现为潜热的作用占主导。夜间城市地表储热以及空调废热向大气释放,是城市热岛形成的重要原因。4)模拟区域背景风场主要为东南风,局地环流呈现出越靠近山区风速越大、城市区域风速较小的特性,体现了城市密集的建筑群对低层大气流场的空气动力学效应,以及复杂山谷地形的山谷风环流特性。在市区的西侧和东南侧均有高大山脉阻挡,山脉对城市出流的阻碍作用、气流越山与绕流运动对城市热岛的形成有一定影响。     

城市热岛效应对北京夏季高温的影响

应用1998—2002年北京地区自动气象站观测资料,探讨了城市热岛效应对夏季高温的增幅作用。结果表明:北京地区夏季平均热岛指数随着环境温度的升高呈上升趋势,城市热岛效应对高温强度有明显的增幅作用。并应用中尺度MM5模式,对2000年7月一次典型高温天气过程进行了数值模拟。试验表明:模式对于北京地区夏季高温及城市热岛的范围和强度均有较好的模拟能力。     

城市热岛与海风锋叠加作用对一次局地强降水的影响

利用常规观测资料、天津255 m气象塔资料、多普勒雷达资料和VDRAS反演资料及中尺度TJ WRF模式输出资料,对2010年8月16日天津城区出现的一次局地强降水过程进行分析,重点分析了城市热岛与海风锋叠加作用对此次局地强降水的触发机制。结果表明：此次局地强降水发生在低层槽后弱的反环流条件下,具有明显的γ中尺度对流降水特征;城市热岛效应能造成局地的热力不均匀,这对形成地面中尺度辐合线非常有利。海风锋由岸边向市区移动中与中尺度辐合线相遇,能激发局地不稳定能量的释放,从而产生强对流天气。城市热岛对海风锋的移动有明显阻挡作用;当海风锋移到城市热岛效应明显区域附近时,其后侧气流会出现明显分支绕流和爬升现象,而且两者相遇处的辐合上升运动会迅速加强,这为该地不稳定能量的释放及雷暴的发生发展提供了有利的动力热力条件。中尺度TJ WRF模式可以很好地模拟出这一现象。     

太原城市下垫面扩张对边界层特征影响的个例研究

通过高分辨率卫星夜间灯光数据获取最新的城市地表分布,并利用高分辨率数值模式对2013年8月14~16日太原区域的一次高温过程进行研究,探讨城市下垫面扩张对大气边界层的影响。结果表明：基于DMSP/OLS夜间灯光数据对模式中地表参数修正后,能够更准确地反映太原主城区和高速公路沿线小规模建筑群的扩张,有效改善了模式的预报性能,显著提高对近地面气温、地表温度的预报能力。城市下垫面的扩张,使城区夜间升温明显,热岛强度增强。与1992年的城市化状况相比,晴空天气条件下,2012年太原城区夜间气温上升5℃,热岛强度升高2~3℃。城市下垫面扩张,改变了地表能量分配关系,使得地表感热传输明显加强,潜热通量明显减弱,城市冠层作用下的储热能力增强。边界层内部湍流交换、水汽输送等的进一步研究表明：城市地表水汽输送减弱,边界层水汽含量减少,2~4 km高度的水汽含量增加,湍流动能的影响高度增高,湍流混合加剧;14：00,城区边界层高度抬高了800 m,城市上空混合层加深,持续时间更长。     

湖陆风对滨湖夏季气温和岳阳市城市热岛强度的影响

利用逐日逐时气象资料对岳阳市主城区近年夏季城市热岛强度进行了评估,探讨了东洞庭湖湖陆风对滨湖夏季气温以及城市热岛强度的影响。结果表明：平均气温郊区较城区、滨湖低1.47、1.11 ℃,最低气温郊区较城区、滨湖低1.89、2.03 ℃,最高气温城区较郊区高0.61 ℃、郊区较滨湖高0.63 ℃。白天城区气温高于郊区,郊区气温高于滨湖;夜间城区气温与滨湖基本相当,且明显高于郊区。各区逐时气温变率郊区最大,城区次之,滨湖最小,三者在23:00—次日6:00基本相当且变化较小。城区平均、最高、最低气温分别比郊区高1.47、0.61、1.89 ℃,对应城市热岛强度分别为弱、弱、中等。8:00—19:00城市热岛强度为弱,20:00—次日7:00为中等。滨湖9:00—18:00湖风强,19:00—次日8:00陆风弱。湖陆风与各区气温以及城市热岛强度均极显著相关。夜间城市热岛效应强于白天湖泊冷效应,白天城市热岛效应和夜间湖泊热效应随着站点与滨湖和郊区的距离远近影响强度不同,离滨湖越近的城市站白天受城市热岛效应影响越小,夜间受城市热岛效应影响越大。     

A NUMERICAL STUDY ON THE INFLUENCES OF URBAN PLANNING AND CONSTRUCTION ON THE SUMMER URBAN HEAT ISLAND IN THE METROPOLIS OF SHENZHEN

By means of the regional boundary layer model (RBLM), a study on the influences of the urban planning and construction on the summer urban heat island (UHI) in the metropolis of Shenzhen is performed. In the study, the current summer UHI distribution, the influences of the increasing high-density construction and the energy consumption on the summer air temperature distribution, and the influences of the urban ventilation corridor on the summer air temperature distribution are numerically analyzed. Some conclusions are drawn in the light of the study: (1) The summer UHI is more obvious in day time than that in night time in the summer of Shenzhen, and the maximum values of UHI intensity in the day time appear in the areas with high-density construction, which are located in Nanshan, Futian and Luohu and western Bao′an districts. (2) The increase of construction density and energy consumption in the urban area will lead to the increase of temperature near the ground, and the increase of temperature at nighttime is more obvious than that at daytime. (3) The ventilation corridor can effectively reduce the UHI intensity and can be taken as a method to eliminate the negative climatic effect caused by the increase of high-density construction and energy consumption in the future.     

重庆市2006年夏季城市热岛分析

利用2006年6～8月重庆市区和郊区的26个自动气象站逐小时的观测数据和重庆市地形高程数据等资料,对重庆市夏季的城市热岛效应进行了分析.结果表明,重庆市存在明显的热岛效应,2006年夏季的平均热岛强度值为1.0 ℃,最大日平均热岛强度达1.8 ℃.热岛效应的日变化明显,热岛强度夜间强,白天弱,2006年夏季夜间平均热岛强度为1.4 ℃,夜间最大达到了2.6 ℃,热岛效应加重了市区夜间的高温热害.高温干旱的出现主要影响夜间的热岛效应,使夜间的平均热岛强度增加了约0.7 ℃.通过GIS空间化表明,主城区的温度受地形和城市布局的双重影响,高温中心位于城区沿江一带.热岛效应受天气系统影响强烈,当有天气过程时,热岛效应将明显减弱;而在稳定的晴热天气背景下,热岛效应最明显.     

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。     

北京及周边地区城市尺度热岛特征及其演变

采用北京及市郊地区共16个标准国家气候站的1961～2000年40年温度资料对北京及周边地区的城市尺度热岛特征及其演变进行了研究.研究表明北京城区与郊区温度是同位相升降,且郊区温度一直低于城区.其温差维持并同位向振荡,温度逐年升高,城区与郊区温差逐年增大,表明北京热岛效应一直稳定存在,而且北京的热岛效应在随时间加剧.以海淀为代表的北京城区大部热岛效应显著,门头沟、石景山、丰台、房山和通县等地是局地升温的显著区域.因此,北京具有城市、卫星城市"热岛"多中心的复杂特征.分析热岛效应增强的趋势表明世纪末的10年与80年代的10年相比,北京城区与郊区的热岛效应增强趋势显著.特别是以海淀为代表的北京城区大部,热岛效应进一步明显增强;北京的东南部的局地升温效应加剧,通县也是一个明显的升温区域,并有一个从河北省伸向北京东南部的"暖脊". 尺度滤波分析表明,北京城市热岛效应10年变化的增强区域与城市位置十分吻合.北京城市热岛效应还具有中尺度特征.以海淀为代表的北京城区大部是热岛的主要中心,主中心内还有几个更小的高中心嵌套其中,分别位于三环路以内的西部和北部.北京城郊热岛效应发展趋势仍是严峻的,须进一步努力进行北京及周边地区环境的改善.     

福建省晋江市城市热岛强度时空变化特征分析

利用传统的气象站法, 结合空间统计学方法(普通克里金插值法), 对福建省晋江市2010—2014年40个自动气象站逐小时温度资料加以计算处理, 分析了晋江市年、季、昼夜热岛强度时空变化规律。(1)晋江市年、季、昼夜热岛强度都呈带状分布, 等值线呈西南-东北走向, 年、季、昼夜变化趋势显著, 北部热岛强度高于南部。五年间热岛强度持续增强, 但增幅不大, 增速放缓。(2)城市化水平的提高, 会导致热岛强度高值出现季节提前, 故旅游区秋冬季热岛强度高于春夏季, 中心城区和产业经济区夏秋季热岛强度高于冬春季。(3)晋江市热岛效应昼夜空间分布格局差异性大, 夜间热岛强度显著高于白天, 最低值出现在14—16时, 中心城区和产业经济区最低值出现时间较旅游区略推迟, 三个功能区的最高值均出现在凌晨。      

城市热岛时空特征及其影响因素

城市热岛强度呈周期性和非周期性交叉性时间变化,水平分布呈现单中心式、多中心、条状、辐射状、格网状等多种格局形式,同时具有明显的立体空间分布特征。城市热岛的形成原因及影响因素诸多,主要归纳为人为热量释放、下垫面性质和结构、植被减少、大气污染、城市格局、天气状况等。     

上海城市热岛的小波特征

为研究城市热岛的时间尺度结构及其变化特征,利用Morlet小波变换对上海1999年冬、夏两季的城市热岛记录进行分析和计算,结果表明:(1) 上海城市热岛明显呈多时间尺度结构,是由各种尺度的热岛叠加而成.冬季的热岛尺度结构比较单一,夏季的热岛尺度结构比较复杂.(2) 上海城市热岛的日变化(16～32h)和周变化(128～256h)冬季比夏季明显.(3) 上海城市热岛的周变化的振荡波峰出现在周五和周六,而波谷恰好落在周一和周二.这可能是因为128～256h尺度的热岛受人为热和大气污染物的驱动,其影响滞后1～2天.     

低纬高原城市昆明的气候特征

以低纬高原城市昆明为研究对象，利用城市内的实测资料与城郊昆明气象站的资料进行了比较研究，分析了城市内外的气候特征、变化规律及其差异，得到了一些有益的结果，可为探讨低纬高原城市气候特征和形成机制、城市环境污染防治及城市建筑的规划、设计提供依据。     

移动性热岛边界层特征的数值研究

用二维非静力完全弹性的中－γ尺度数值模式模拟了移动性热岛的大气边界层特征。试验中，热岛移速取为４ｍ·ｓ＾－１，热岛强度取△θｇ＝６０Ｋ和３０Ｋ两种。△θｇ＝６０Ｋ时，在热岛后方出现了强烈的垂直运动并形成了水平尺度为３－５ｋｍ的局地环流，最大上升速度１００ｃｍ·ｓ＾－１，出现在低层３００－４００ｍ高度；△θｇ＝３０Ｋ时，移动热岛的边界效应比前大为减弱，且不再出现闭合的局地环流。