廊坊市城市热岛效应的昼夜变化特征分析

利用2005年9月～2008年8月廊坊市区域加密自动站逐小时气温资料,采用城、郊气温对比法研究了廊坊城市热岛效应,结果表明:廊坊城市热岛强度夜间大于白天,但变化幅度白天大于夜间,但在四季不同时段也存在"城市冷岛"现象.不同气象条件下,廊坊城市热岛强度及变化存在明显差异,晴朗无风时城市平均热岛强度最大,平均强度达1.25℃,阴雨天气条件下城市平均热岛强度最小,平均强度仅有0.10℃.     

不同气象条件下济宁城市热岛效应的变化特征

利用1981—2013年济宁、兖州、嘉祥、汶上站逐日4个时次的平均气温、平均风速、降水量、云量和能见度资料,对不同天气条件下济宁市的城市热岛效应进行研究.结果表明:济宁城市热岛效应具有明显的月季变化特征和日变化特征,具体为冬半年明显高于夏半年,白天的热岛强度明显低于夜间,中午前后最弱;济宁市四季热岛强度的变化规律是冬季最强,夏季最弱,春秋居中,除秋季外均呈现缓慢上升趋势.在不同气象条件下,济宁城市热岛强度也存在很大差异,其中在晴朗无风气象条件下表现最为突出,平均值达到0.79 ℃,其昼夜变化幅度也最大;在降雨时城市热岛强度最小,平均仅有0.09 ℃,其昼夜变化幅度也最小;大于等于4.0 m/s大风天气和雾均多发生在秋冬季,且雾对城市热岛的形成和昼夜变化影响明显大于风对城市热岛的影响;在晴朗无风和大雾条件下,02时热岛强度最强,当有降水出现时,20时热岛强度最强,出现大风天气时,08时热岛强度最强,所有研究天气条件下,14时热岛强度均表现为最弱.     

绵阳城市热岛效应分析

本文首先采用模糊c-均值聚类法和剔除法,筛选出用于计算绵阳城市热岛强度的10个城市站和15个郊区站,然后利用这25个自动气象站的逐时气温资料,分析2018年绵阳城市热岛效应不同时间尺度的变化特征。结果表明:2018年绵阳存在城市热岛效应,平均热岛强度为0.64℃,表现为弱热岛等级;四季热岛效应冬季最强,其次是春季,夏季和秋季相当;逐月热岛强度3月最大、7月最小;绵阳城市热岛效应存在明显的日变化,热岛强度夜间大于白天,日最大热岛强度几乎均出现在晚上。      

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。     

近15年北京夏季城市热岛特征及其演变

根据北京地区20个地面气象观测台站1990-2004年7月的气温资料，分析了最近15年来北京夏季城市热岛的最新特征和变化趋势，也分析了城市热岛与气温，城郊地表温度差与地表温度，气温和地表温度间的关系。结果表明：北京夏季夜间出现了强热岛，郊区城市也出现了热岛现象，但白天城市热岛相对夜间不明显。夜间城市热岛强度呈逐年增强趋势，但白天这种趋势不明显。夜间城市热岛与气温呈正相关，气温高的年份，城市热岛强度相对也大；夜间城郊地表温差与地表温度呈正相关，地表温度越高，城郊地表温差越大；夜间，气温与地表温度呈正相关，气温越高，地表温度也高。白天，这些相关相对夜间来说不那么明显。研究成果对北京城市发展规划和高温灾害的防治有一定的科学参考价值。     

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。     

上海城市热岛的变化特征分析

利用最近安装于上海城市和近郊的Davis自动气象观测每半小时一次详细的记录，对上海市热岛的变化特征进行初步分析。结果表明：上海市城市热岛全年出现概率为87．8％，月平均热岛强度值大于0．8℃；热岛强度日变化明显，存在24小时的主要周期和12小时的次周期，一般是夜间热岛强于白天；其季节变化亦较显著 ，平均热岛强度秋冬季节较强，夏季较弱；热岛中心存在位置漂移现象。     

大庆市热岛特征及人工增雨需求的可行分析

利用大庆市2个国家站和5个区域气象站的气温、风速、云量资料对大庆市热岛特征进行了分析,结果表明:1991-2012年大庆市热岛强度的年平均值为0.3℃,城市热岛强度较弱,近几年呈显著增强趋势;大庆市热岛效应强度存在冬季强,春秋弱,夏季无热岛效应的特点,热岛效应最强出现在1月份,热岛效应最弱出现在6月份;1-6月热岛强度呈单调下降趋势;7-12月热岛强度呈单调上升趋势;大庆市热岛强度的日变化特征具有夜间强白天弱、快生快消、难以维持24 h的特点;城市热岛效应与云量、风速呈明显的负相关;晴天和较阴天容易出现城市热岛效应,热岛强度晴天强于阴天;城市热岛一般出现在风力1-3级的条件下,当风力3级时,城市热岛消失;在气象条件满足的情况下,充分利用"热岛效应"增加的低云开展人工增雨,可缓解热岛效应给城市带来的不利影响。     

昆山城市热岛效应特征及其关键影响因子研究北大核心

昆山地处长三角超大城市群中,在热岛效应上受到了上海、苏州等大、中城市的显著影响。利用2014—2017年昆山气象站网逐小时观测资料分析昆山城市热岛强度时空分布特征的基础上,结合归一化建筑指数(Normalized Difference Built-up Index,NDBI),揭示了城市功能分区和城市扩张对该市热岛强度的影响,并通过一套用于城市气候研究的系统的场地分类方法—局地气候分区体系(Local Climate Zones,LCZ),探讨了不同城市用地的热岛强度特征。研究发现:昆山市热岛强度总体呈现夜间强、白天弱的特征。季节变化上表现为秋季最强,冬季次之,春季和夏季较弱;昆山市城市热岛强度处于逐年增长的过程,各镇中平均年际热岛强度增长率最高可达0.19℃·a^(-1)。高热岛强度范围由东南向西北延伸,湖陆风效应对昼夜热岛强度的分布及其变化有一定的影响,由于水体的作用,昆山市NDBI与夜间热岛强度的相关性较差,而与白天的热岛强度呈高度正相关。各镇不同的功能分区对热岛效应有显著影响,且当各镇的平均NDBI每增加0.1时,白天平均热岛强度会增加0.16℃;不同LCZ类型的热岛强度具有显著的差异,且地块城市化程度越高,热岛效应越强。密集低层建筑区(LCZ 3)和工业厂房(LCZ 10)的热岛强度与人类活动密切相关;开阔低层建筑区(LCZ 6)与茂密树木区(LCZ A)热岛强度表现出相似的变化特征;森林绿地(LCZ A、LCZ B)对热岛效应有缓解作用;水体(LCZ G)在白天有一定的降温效果,在夜间则会加剧热岛效应。     

拉萨市城市热岛效应分析研究

利用拉萨、墨竹工卡、尼木建站以来的多年历史资料和近两年新建的区域自动站、8个城市热岛效应自动气象站资料分析拉萨城市热岛强度日、季、年变化,时空分布及其可能的影响因子。分析表明:拉萨城市热岛强度呈显著的逐年增强趋势,在1978~2011年间平均每10年增加0.24℃;多年热岛强度冬季最强(2.0℃),其次是春季(1.8℃)和秋季(1.7℃),夏季强度最小(1.6℃);拉萨城市高温中心主要在城市中心,气温分布沿着高值区向两侧呈递减状态,郊外的气温比城区平均低0.9℃左右,夜间热岛效应强度明显高于白天。随着城市化进程的不断增强,大量改变的下垫面状况,不断增多的城市建筑群,骤增的人类活动和能源消耗,导致城市热岛强度不断增强。      

不同天气条件下沈阳城市热岛特征

利用1992—2008年沈阳站和新城子站逐日4个时次的平均气温、平均风速、降水量、云量和能见度资料,对不同天气条件下沈阳的城市热岛效应进行研究。结果表明：除雾和浓雾天气条件下,沈阳城市热岛强度在08时最弱外,其他天气条件下均表现为20时最强,14时最弱;不同天气条件下,夜间城市热岛强度均高于白天;晴朗无风条件下昼夜城市热岛强度差最大,为0.73℃。四季相比,除雾条件下秋季城市热岛强度最强外,其他天气条件下均为冬季最强;除大雨条件下春季城市热岛强度最弱外,其他条件下均为夏季最弱。沈阳城市热岛强度随降水量的增加而减弱,随能见度的降低而减弱,随着风速的增加而减弱。白天和夜间两个时次的差值表现为,1～3级风夜间变化幅度大于白天,0级和4～5级风速有相反规律,其他天气条件下无明显规律。     

北京中央商务区(CBD)城市热岛效应的研究

利用2012~2013年北京中央商务区（Central Business District,CBD）加密观测资料,分析CBD区域城市热岛（Urban Heat Island,UHI）强度日变化和空间变化特征及其影响因子。研究发现,CBD区域气温高于周边自动站气温,平均偏高0.64℃;CBD区域城市热岛强度呈现夜间强、白天弱的现象,中午甚至存在“城市冷岛”现象。季节平均UHI日变化表现为:在夜间,秋季最强,冬季次之,春季和夏季较弱;在白天,夏季最强,冬季次之,春季和秋季较弱。相对于晴朗无风天气,雾、雨、大风等天气对城市热岛有抑制作用,并结合小波分析结果发现,秋季城市热岛强度强于冬季是由于冬季雾、雨、大风等天气过程发生比例较高的缘故。CBD区域城市热岛空间变化特征研究发现,花园、学校等绿地有助于缓解城市热岛效应。雾日、雨日和大风日的CBD区域城市热岛强度空间变化标准差比晴朗无风日小。     

北京春季城市热岛特征及强热岛影响因子

应用北京地区地面气象观测台1990-2004年4月的气温资料,分析了近15a北京春季城市热岛特征,结果表明：春季夜间城市热岛要强于白天。还分析了春季一个强热岛形成和减弱消失过程的气象影响因子,结果表明：北京春季夜间特定条件下存在强热岛,强热岛中心在白家庄、天安门、公主坟连线的主城区;白天强热岛会减弱消失。强热岛在夜间形成的原因是日落后郊区地面大气降温速率和幅度远大于城区地面大气。白天有日照的晴夜北京城、郊地面风场很弱（≤1．0m／s）,多个测站甚至出现静风,同时城区垂直方向上15m高度以下持续存在很弱（≤1．5m／s）的风场,城区320m高度以下大气持续存在强逆温,这些因素共同促使春季强热岛的形成和维持。强热岛在白天减弱消失的原因是日出后太阳辐射的加热作用引起郊区地面大气升温速率和幅度大于城区地面大气,同时城区大气稳定度减弱、城区大气逆温消失、城郊地面风速增加。     

北京中心商务区夏季近地面气温时空分布特征

利用2012年6-8月31个自动观测站点气温资料,分析了北京中心商务区（CBD）夏季近地面气温时空分布特征及影响因子,并将CBD地区夏季气温监测数据与朝阳区气象站同期地面气温进行比较分析。结果表明：下垫面类型和人为热排放等差异是直接影响城市中心商务区近地面气温空间分布的主要原因。人口密集区、高层建筑与柏油路面集中区成为夏季月平均气温高值中心,较绿地覆盖区域的低值中心偏高约1.0 ℃;夜间人类活动及车辆使用造成的人为热排放是导致夜间城市地面气温空间差异的主要原因,而白天气温空间差异相对减小。CBD地区与朝阳站平均温差存在较明显的周内和日内变化韵律,且白天和夜间二者温差基本都为正值,但夜间的差值更加明显,即CBD地区平均气温一般高于朝阳站,表现出明显的附加城市热岛效应,而且这种附加城市热岛效应具有同城市热岛强度相近的日内变化规律。进一步分析表明,不同天气条件下CBD区域的附加城市热岛强度表现出显著差异,晴好微风少云天气情况下,附加城市热岛效应更明显,主要表现在夜间;阴天、高湿天气条件下,附加城市热岛效应在白天和夜间均较弱;降水天气条件下附加城市热岛效应日夜差异最小,说明日照和太阳辐射在引起附加城市热岛效应方面起着重要作用。不同天气条件下CBD地区内部的附加城市热岛效应空间分布基本一致。     

Estimation of urban heat island intensity using biases in surface air temperature simulated by a nonhydrostatic regional climate model

This study demonstrates that urban heat island (UHI) intensity can be estimated by comparing observational data and the outputs of a well-developed high-resolution regional climate model. Such an estimate is possible because the observations include the effects of UHI, whereas the model used does not include urban effects. Therefore, the errors in the simulated surface air temperature, defined as the difference between simulated and observed temperatures (simulated minus observed), are negative in urban areas but 0 in rural areas. UHI intensity is estimated by calculating the difference in temperature error between urban and rural areas. Our results indicate that overall UHI intensity in Japan is 1.5 K and that the intensity is greater in nighttime than in daytime, consistent with the previous studies. This study also shows that root mean square error and the magnitude of systematic error for the annual mean temperature are small (within 1.0 K).     

北京夏季强热岛分析及数值模拟研究

应用北京地区20个常规地面气象站、2个自动气象站和中国科学院大气物理研究所325m气象铁塔的资料，对北京2003年7月热岛状况进行了统计分析，发现北京夏季夜间存在强热岛效应，夏季夜间存在强热岛效应的天数占到了1/3，强弱热岛天数合计占到了大约4/5。进一步分析7月1日强热岛特征及其气象影响因子，结果表明：夜间存在强热岛时，郊区所有测站的地面气温都要低于主城区地面气温，城市强热岛的高温中心在天安门和白家庄连线的主城区；白天日照充足的晴夜，日落后城区320m以下低层大气存在逆温和弱的风速，城区地面气温下降速率和幅度均远小于郊区，城市强热岛因此得以形成和维持。日出后至正午，北京北部郊区日照时间比城区长，郊区地面大气得到来自太阳辐射的能量多于城区，而太阳辐射的加热作用使城区低层大气逆温消失，大气稳定度减弱，并使郊区地面气温上升速率和幅度大于城区，最终导致夜间出现的强热岛减弱、消失。此外，应用MM5模式对强热岛进行了初步数值模拟研究，发现在MM5中考虑城市人为热和热储存，可以改善模式对热岛的数值模拟，表明城市人为热和热储存在夏季强热岛的形成中有重要作用。     

基于MODIS数据的拉萨市地表温度变化研究

采用2000～2011年6月MODIS地表温度产品和拉萨市4个气象站6月平均地表温度对拉萨市地表温度的时空变化进行了分析.结果表明：拉萨市在近12年内地表温度呈明显上升趋势,2009年地表温度达到最高为28.49℃,最小值出现在2003年为14.12℃.在空间分布上高温区主要集中在城市中心和城市周边区域,并随着时间推移不断向外扩张,在2007年6月拉萨市地表温度高温区分布范围最大,其中纳木错东部和林周县的高温区增加最显著;在利用实测的地表温度与MO-DIS反演的地表温度做相关分析发现,两者的相关系数为0.64通过了0.001的显著性检验,两种地表温度的时间变化趋势也较为一致,因此MODIS地表温度反演产品适用于大范围地表温度和城市热环境监测是可行的.     

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。