19-苏州夏季城市热岛现状及影响因子分析研究

2024-09-15 来源：易榕旅网

第29卷　第1期　2009年2月

气象科学

SCIENTIAMETEOROLOGICASINICA

Vol.29,No.1Feb.,2009　

戎春波,刘红年,朱焱.苏州夏季城市热岛现状及影响因子分析研究.气象科学,2009,29(1):84287

苏州夏季城市热岛现状及影响因子分析研究

戎春波　刘红年　朱　焱

(1南京大学大气科学系,南京210093)(2江苏省苏州市气象局,江苏苏州215021)

摘　要　利用2007年夏季常规和自动站气象观测资料,分析研究苏州城市热岛及其与影响因子关系。气温分布表明,市中心干将桥气温相对较高,而靠近太湖的新区镇湖镇、东山等郊区气温

相对较低。苏州城市热岛强度日变化呈现双峰分布,两个峰值分别出现在10时和20时左右,最低值出现在16时左右。热岛强度与气象条件关系分析表明:(1)热岛强度受云量的影响较大;(2)与城区气温分布关系密切,相关系数为0162;(3)与风向有关,城区风向为西风时的热岛强度大于东风时热岛强度;而城区热岛强度与风速关系不明显。另外相关站点的合理选取对城市热岛研究也十分重要。

关键词　城市热岛　热岛强度　影响因子　　分类号　P46313　　文献标识码　A

Thestudyoftheurbanheatislandanditsinfluence

factorsinSuzhoucity

RongChunbo　LiuHongnian　ZhuYan

(1DepartmentofAtmosphericSciences,NanjingUniversity,Nanjing210093,China)

(2SuzhouMeteorologicalBureau,JiangsuSuzhou215021,China)

　　Abstract　Basedonthedataof10weatherstationsinsummerof2007inSuzhou,theurbanheatis2

landeffectanditscharacteristicsareanalyzed,therelationshipamongmeteorologicalfactorsarealsoana2lyzed.ThetemperatureoftheancientcityareaofSuzhouisobviouslyhigher.However,thetemperatureoftheruralareanearTaihuLakeislower.Thediurnalchangeofurbanheatislandintensityindicatesthattherearetwopeaks,andtheminimumoftheUHIintensityappearsat4:00pm.Byanalyzingtheurbanheatislandintensityrelationswiththeweatherconditions,theconclusionsareasfollowings:(1)theUHIintensityandthecloudamountchangeininversephaseway.(2)thehighertheairtemperatureoftheur2banareais,thestrongerUHIbecomes.(3)whenthewinddirectionovertheurbanareaiswest,,theUHIintensityislargerthanthatundertheconditionoftheeastwind.However,theresponseofUHIin2tensitytothechangeofwindspeedisnotobvious.Inaddition,inordertostudytheUHIeffect,itisveryimportanttochoosereasonableobservationstations.

Keywords　Urbanheatisland　Heatislandintensity　Influencefactor

　引　言

19世纪初,Manley将城区气温高于郊区的现象

收稿日期:2007210218;修改稿日期:2008206212

命名为“城市热岛”。Oke将城市中心区的温度“高

[122]

峰”与郊区气温差值定义为“热岛强度”。城市热岛的生成会产生局地的热岛环流,低层气流向城

基金项目:国家自然科学基金项目(40775014);苏州市气象局科技项目“城市热岛效应研究”

第一作者简介:戎春波(19822),男,安徽当涂,硕士生,主要从事城市边界层领域的研究。rchunbo@163.com通讯作者:刘红年,教授,Liuhn@nju.edu.cn

1期　戎春波,等:苏州夏季城市热岛现状及影响因子分析研究85

市中心辐合,高层辐散,城市中心为上升气流,周围为下沉气流。热岛环流使污染物向城区汇聚,使城区空气质量下降,给人类带来各种疾病,甚至灾[324]难。近20a来学者们围绕城市热岛与风速、风向、云量、空气动力粗糙度、人为热、人口密度以及城市规模等影响因子做了大量研究,我国学者先后在上海、北京、广州、南京、太原、成都和昆明等大

[9212]

中城市对城市热岛进行了观测和分析研究。

本文利用苏州城区和郊区观测站2007年夏季(6、7、8月)逐日逐时资料分析了苏州城市热岛现状,以及城市热岛与影响因子的关系,同时对选取不同站点作为城区代表站分析热岛进行了讨论,科学合理的选取代表性观测站更能真实地反映城市热岛特征。

[528]

为2913℃。郊区的黄埭、望虞河水闸以及同样位于

太湖边缘的东山是月平均气温低值区。黄埭月平均气温为2914℃,望虞河水闸为2915℃,东山站则为2916℃。位于太湖边缘的新区镇湖镇月平均气温比位于市中心的干将桥月平均气温低117℃。气温分布呈现明显城市热岛效应,其形成与城市布局、土地利用和建筑物分布等有关,它们直接支配了城市下垫面性质、人为热排放和空气污染气象学条件等;另外西侧的太湖和京杭运河以及星罗棋布的河、海、湖、滨等水体也起着重要作用。干将桥位于古城区也是市中心,月平均气温最高。

1　资料与分析方法

素有“东方威尼斯”之称的苏州城,是著名的风

景、旅游胜地。本文利用苏州城区和郊区共10个气象观测站2007年夏季6—8月逐日逐时气象资料,对苏州城区夏季气温分布和城市热岛强度进行分析研究。城区观测站包括:干将桥、市实小、相门桥、长桥、娄葑小学和吴中;郊区观测站包括:黄埭、望虞河水闸、新区镇湖镇、以及东山。其中除了吴中、东山两个常规观测站外,其余站点为自动观测站。对常规观测站仪器和自动观测站仪器得到的观测数据进行了对比试验,两者之差在仪器误差范围之内。所有站点的仪器、观测程序(自动)和资料采集均按国家气象部门要求实施。一般把“高峰”与郊区个别站的气温差定义为热岛强度。这个定义,特别是郊区个别站的选择有些任意性。由于资料和观测条件的限制,不同站的选择,其结果也不同,差别也很大。为了避免单一性,增加代表性和可比性,本文将城区6站的平均气温与郊区4站的平均气温差定义为城市热岛强度。

[5,8]

图1　苏州城区及郊区月平均气温分布(2007年7月)Fig.1　Monthlymeantemperaturefieldinurban2ruralarea(July,2007)

212　热岛强度分析

由表1可见,无论是城区还是郊区,都是7月份平均气温最高,城市热岛强度也是7月份最大。6月份平均气温最低,热岛强度最小。8月份平均气温和热岛强度介于6、7月之间。

表1　2007年夏季苏州城区和郊区平均气温及热岛强度(单位:℃)

Table1　Meantemperatureinurban2ruralareaand

UHIintensity(summer,2007)

月份

6月7月8月

城区平均气温郊区平均气温

24160301483010428137

24125291452912027163

热岛强度

0135110301840174

2　气温分布特点与热岛强度分析

2.1　气温水平分布特点

图1是2007年7月苏州城区及郊区月平均气

温分布图。它反映了夏季苏州城、郊气温分布的基本特征。图示最显著的特点是一个由城市热岛效应造成的以3012℃等温线围成的气温相对高值区。气温从市中心干将桥向四周递减。位于太湖边缘的新区镇湖镇是气温低值中心。干将桥站的月平均气温最高,为3110℃,新区镇湖镇的月平均气温最低,

夏季平均

213　热岛强度日变化

苏州城区热岛强度白天明显大于夜间,一天中热岛强度呈双峰分布(图2)。最高峰值出现在9—10时,次峰值出现在20—21时。最低值出现在16

时左右。可见城区温度不但白天高于郊区;日落以

86气　　象　　科　　学　　　　　　　　　　　　　　　　29卷云量呈负相关,相关系数为0164。热岛强度与低云量也呈负相关,相关系数为0149。白天云量的增加有利于阻挡太阳直接辐射,不利于气温的上升,晚上天空云量增多会较大阻挡地面长波辐射的放出,不利于气温的降低,这些因素均导致城区和郊区气温差减小,也即使得城区热岛强度减小。

利用吴中站测得的风向作为城区风向考虑。热岛强度与风向关系的分析表明,将风向分为四个区间范围:0～89°,90～179°,180～269°,270～359°。这四个风向条件下计算得到的夏季苏州城市热岛强度如表2所示。

表2　风向范围与热岛强度

图2　苏州城区热岛强度日变化(2007年夏季)

Table2　ThewinddirectiondomainandUHIintensity

Fig.2　ThediurnalchangeofUHIdensityinSuzhou(summer,2007)

风向范围/°

0～8990～179180～269270～359

热岛强度/℃

0167015911201116

后,城区因建筑物密集散热不易,加之空气中二氧化碳、氢氧化物等温室气体和悬浮颗粒物都高于郊区,又有人为热排放,造成夜晚城区气温也比郊区气温高,苏州城区热岛强度日变化趋势和Nkemdirim[1]

等研究加拿大艾伯塔州的卡尔加里(Calgary)城市及其附近郊区温度场变化所得到的热岛强度变化趋势相吻合。Nkemdirim称9—10时峰值为“主动峰值”,20—21时峰值为“被动峰值”。这两个峰值的出现和人为热的排放有密切关系。8—9时是上班高峰期,交通运输等排放了大量的汽车尾气,伴随汽车尾气的排放,人为热也被释放到空气中来。在人为热的作用下,城市增温比郊区强,因而在9—10时出现了城市热岛强度的“主动峰值”。从10时以后,空气层结较不稳定,上下对流加强。同时,由于水平风速日变化,城区与郊区间大气的混合作用亦加强。因此,城市热岛强度减小,在16时达到最低值。从而使得城区气温下降速度比郊区小,而夜晚的“被动峰值”主要是因城、郊降温率不同而引起的,在20—21时出现了热岛强度的次高峰。深夜期间城市人为热的排放量减小,城、郊下垫面的温差亦减小,热岛强度又有所减弱。

　　由表2可知,风向为东风时,也即风自苏州城区

东侧吹来时,会将城区热量带至下风方向的郊区,产生一个增温场叠加在郊区的平均场上,使得郊区气温上升,从而导致城区与郊区气温差减小,使得热岛强度减弱。当风向为西风时,也即风自太湖吹来时,将太湖水体的冷却作用带至郊区,产生一个降温场叠加在郊区的平均场上,使得郊区气温有所下降,而太湖水体的影响经过郊区到达城区时已明显减弱,对城区气温影响不大,从而导致城区和郊区气温差加大,也即使得城区热岛强度加大。

分析苏州城市热岛强度与城市气温的相关性表明,苏州城市热岛强度与城区平均气温呈正相关,相关系数为0162。另外分析表明苏州城市热岛强度与风速的相关性并不明显。

4　站点选取对城市热岛研究的影响

城区站中的干将桥、相门桥、市实小、长桥以及娄葑小学是2007年夏季新增加的观测点,包括了这五个新增站点的气象资料更能够真实、有效地反映城区气温。为了检验这5个新增站点对城市热岛分析的影响,对除去这5个站点之外的苏州城区、郊区气温分布及城区热岛强度进行了新的分析。以吴中站为城区代表站,郊区站仍然是黄埭、望虞河水闸、新区镇湖镇和东山站。

　　图3是以吴中站为城区代表站的苏州城区、郊

3　热岛强度与气象影响因子的关系

热岛强度除和建筑物分布、城市规模、经济发展水平等有关外,还和气象条件等有关。因为在城市气象预报中必须要考虑城市热岛的影响,因此有必要对苏州城市热岛强度和气象条件的关系进行分析。利用2007年夏季6、7、8三月的苏州城区站—吴中站总云量的观测资料,分析了城市热岛强度与总云量和低云量的相关性。结果表明热岛强度与总

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(1)苏州夏季气温分布呈现市区为高值中心,

从市区向郊区递减,位于太湖边缘的郊区是气温低值中心。呈现明显的城市热岛分布特征。

(2)夏季6、7、8三月中,苏州城区和郊区7月气温最高,8月次之,6月最低,城区热岛强度也是7月份最大,8月次之,6月最小。2007年夏季苏州城区平均热岛强度为0174℃。

(3)苏州城区热岛强度日变化呈现明显地双峰分布,第一高峰出现在上午9时至10时,次高峰出现在20—21时。热岛强度最低值出现在16时左右。

图3　苏州城区和郊区平均气温分布(2007年7月,城区站:吴中站)

Fig.3　Monthlymeantemperaturefieldinurban2ruralarea

(July,2007;urbanstation:Wuzhong)

(4)影响苏州城区热岛强度的主要气象因子是

区气温分布图。同图1相比,苏州城区和郊区气温低值区没有太大变化,新区镇湖镇仍然是气温低值中心,黄埭、望虞河水闸以及东山也是气温低值区。但气温高值区发生了明显变化,高值中心由市中心的干将桥南移至市区南侧的吴中附近。

　　对比表3和表1可以发现,无论6、7、8单月还是整个夏季平均,以吴中单个站作为城区代表站所求得的热岛强度均比包括了新增5个站点的气象资料所求得的热岛强度低。因此包括了城区新增5站点的气象资料更能真实有效地反映城区热岛强度。

合理科学地选择观测点能够真实有效地反映城、郊气温分布及城市热岛效应。利用相关站点平均值代表城区和郊区气温更能够真实地反映城、郊气温和城市热岛特征。在热岛研究中应该加大代表性观测站的设置密度。

表3　苏州城区和郊区平均气温及热岛强度(单位:℃)

(2007年夏季,城区站:吴中站)

Table3　Meantemperatureinurban2ruralareaandUHIintensity

(summer,2007;urbanstation:Wuzhong)

总云量、城区气温以及城区风向,它们的相关性较

高,而受风速影响却不明显。

(5)合理科学地选择观测点能够真实有效地反映气温分布特征。利用相关站点平均值代表城区和郊区气温更能够真实地反映城区、郊区气温分布以及城市热岛特征。

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月份

6月7月8月

城区平均气温郊区平均气温

24140301302917028110

24125291452912027160

热岛强度

0115018501500150

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5　结　论

本文利用2007年夏季苏州城区、郊区气象站逐时观测资料分析了苏州城区和郊区气温分布以及城区热岛强度,得出主要结论如下:

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