昆明城市建筑物外墙壁面对庭院气温的影响

以低纬度高原城市昆明市为对象,利用冬季（1月）和夏季（7月）不同高度的建筑物外墙壁面表面温度、外墙壁面近旁气温和对应高度的庭院气温实测资料,分析了城市建筑物外墙壁面对庭院不同高度气温的影响。得出：建筑物外墙壁面对庭院气温垂直分布的形成有着不可忽视的热力效应,其效应随季节、昼夜以及壁面方位、高度的不同而各异。建筑物外墙壁面与庭院大气相互影响,昼间建筑物外墙壁面向庭院大气传热,呈现热源效应,随高度增加,热源效应减小;夜间建筑物外墙中、上部壁面从庭院大气吸收热量,呈现热汇效应,随高度增加,热汇效应增大。冬季各壁面的热力效应差异显著,昼间的热源效应南向壁面最为显著,北向壁面热源效应为负,夜间的热汇效应北向壁面最大;夏季各壁面的热力效应差异小于冬季,昼间的热源效应西向壁面较大,夜间的热汇效应东向壁面较明显。分析表明：城市建筑物外墙壁面的热力效应不可忽视,其对立体城市气候的形成有着重要的贡献。     

冬季青藏高原地面加热与春季川渝地区气温关系的分析

应用奇异值分解(SVD)技术，研究了青藏高原地面加热场与东亚地区上空500hPa高度场及其东侧川渝地区春季气温场的时空联系和冷暖异常成因。结果表明：前期冬季青藏高原地面加热场与后期春季高度场的第一模态代表了两场间的主要耦合特征，具有显的时空相关；前期冬季青藏高原地面加热场通过影响后期春季500hPa高度场，导致高原东侧川渝地区春季气温异常；冬季高原地面加热场强度偏强(弱)，则后期春季东亚上空500hPa高度场偏高(低)，川渝地区春季气温偏高(低)；加热场高度场一气温场之间的这种非同步联系，表明冬季青藏高原地面加热场异常，通过影响未来春季大气环流变化，是造成高原东侧川渝地区春季气温异常的重要原因。     

冬季青藏高原地面加热与春季川渝地区气温关系的分析

应用奇异值分解(SVD)技术,研究了青藏高原地面加热场与东亚地区上空500 hPa高度场及其东侧川渝地区春季气温场的时空联系和冷暖异常成因.结果表明前期冬季青藏高原地面加热场与后期春季高度场的第一模态代表了两场间的主要耦合特征,具有显著的时空相关;前期冬季青藏高原地面加热场通过影响后期春季500 hPa高度场,导致高原东侧川渝地区春季气温异常;冬季高原地面加热场强度偏强(弱),则后期春季东亚上空500 hPa高度场偏高(低),川渝地区春季气温偏高(低);加热场-高度场-气温场之间的这种非同步联系,表明冬季青藏高原地面加热场异常,通过影响未来春季大气环流变化,是造成高原东侧川渝地区春季气温异常的重要原因.     

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。     

上海世博园上空边界层风垂直变化观测研究

利用平矩阵风廓线雷达于2007年7月17日至9月28日对上海世博园规划区上空的风垂直分布进行了观测.通过分析该地上空三维风场的日变化,发现夜间以偏西气流为主,白天风速较小,以偏东气流为主,表明该地区以海陆风为主导的环流特征是这一地区的局地环流日变化的基本特征.逐日变化分析表明,在8月2日以前主要以偏西北气流为主,之后基本是以东南气流为主,并且垂直运动特征以上升气流为主,强烈的垂直运动与偏西气流相关密切,同时偏北气流往往带来较强的上升运动.日夜平均廓线分析表明,夜间风速较大,并且夜间风速的垂直变化与白天相比也有很大不同,白天270 m以下风速随高度基本不变,而夜间从近地面向上风速随高度逐渐增大,低层<90 m的范围内白天风速大于夜间风速.城市冠层以上风向的日夜变化不明显,多为偏北气流控制.城郊风廓线的对比表明受城市下垫面粗糙度的影响,城市风速明显比郊区减小.城市和郊区的水平风速变化在城市冠层以上比较接近,相关系数达到了87%.     

城市化对北京单次极端高温过程影响的数值模拟研究

城市化对高温热浪的频次和强度具有重要影响,但目前对于城市化影响高温热浪过程的机理了解还不充分。本文利用WRF模式,对2010年7月2～6日（北京时）北京一次高温过程进行了模拟,分析了城市化对此次高温过程的影响机理。采用优化后的WRF模式,能够模拟出北京连续5日高温的特征和城市热岛强度的变化。城市下垫面的不透水性决定了城区2 m高度处相对湿度低于乡村,削弱了城区通过潜热调节城市气温的能力。日落后,城市感热通量下降缓慢,城区降温速率小于乡村,夜间边界层稳定、高度低,风速小,抑制了城乡之间能量的传输,形成了夜间强的城市热岛强度,造成夜间城市气温明显高于乡村。日出后城乡地面感热通量、潜热通量迅速上升,边界层稳定性下降。午后,城市下垫面分别为地表感热通量和潜热通量的高、低值中心,通过潜热调节气温的能力被削弱;边界层稳定性降低,有利于能量的垂直扩散;此时,城市热岛强度小于夜间。因此,北京城市下垫面形成了明显的城市热岛效应,加重了城区极端高温事件的强度。此外,在这次高温热浪期间,中国东部大部分地区受到大陆暖高压控制,晴空少云,西北气流越山后形成焚风效应,是北京地区高温热浪形成的天气背景。     

昆明和北京两幢建筑物表面热力效应的观测对比

利用昆明、北京两座城市内建筑物为研究对象, 对其不同朝向外墙壁面、屋顶面表面温度及壁面近旁气温进行了观测, 分析了建筑物外墙壁面表面温度及其近旁气温的垂直分布以及壁面、屋顶对周围大气的热力效应特征, 并对两座城市内建筑物的热力状况进行了比较分析。研究表明:建筑物表面温度受太阳辐射的影响要比近旁气温大得多, 一般说来, 壁面昼间是热源, 夜间是热汇; 受研究对象所在的大区域气候、人类活动等影响, 建筑物外表面的热力效应有许多异同; 建筑物屋顶面与近旁空气间的平均热通量基本为正值, 呈现较强的热源效应, 其热力效应强度与太阳辐射呈现正相关; 城市建筑物的外表面 (壁面、屋顶面) 已成为城市区域内有别于城市地面, 且对城市立体气候的形成具有不可忽视影响的热力作用面。     

青藏高原夏季地面感热通量与高原低涡生成的可能联系

利用NCEP/NCAR地面感热通量再分析格点资料以及MICAPS天气图资料识别的高原低涡资料集,分析了1981—2010年青藏高原夏季地面感热通量线性倾向分布的空间分布特征,重点讨论了夏季高原地面感热通量与同期高原低涡生成频数的可能联系尤其是空间相关性。结果表明,近30 a夏季感热通量的线性倾向分布具有区域性差异,感热减少趋势在高原分布较广且负值中心明显,感热增加主要分布在高原西北部和东部。夏季地面感热通量与同期高原低涡生成频数呈高度正相关;感热通量强年,高原主体东部地区低层呈气旋式环流,高层为辐散气流,高原上空上升气流偏强,感热通量弱年的情形与之相反。地面感热加热强度与高原低涡的生成频数在空间上有明显联系。     

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。     

北京秋季城市热岛效应及其气象影响因子

应用北京地区地面气象观测台1990～2004年10月的气温资料,分析了近15年来北京秋季城市热岛的特征,结果表明,北京秋季夜间城市热岛要强于白天.此外,对比分析了一个强热岛和一个弱热岛的特征及其气象影响因子,结果表明,北京秋季夜间特定条件下存在强热岛,白天城市强热岛会减弱消失,城市强热岛的日变化非常明显.夜间城市强热岛形成和维持是多个因子综合作用的结果.白天日照充足的晴夜,北京城郊地面风场很弱(≤1.0 m·s-1),同时城区垂直方向47 m以下大气风场持续很弱(≤1.0 m·s-1),城区320 m以下大气持续存在强逆温.日落后郊区地面大气降温速率和幅度远大于城区,促使夜间强热岛的形成和维持.白天日出后太阳辐射的加热作用所引起的郊区地面大气升温速率和幅度大于城区,城区大气稳定度的减弱以及城区大气逆温的消失是夜间强热岛减弱并最终消失的重要原因.     

利用RAMS模式对山谷城市冬季局地风场的数值模拟

利用美国科罗拉多州立大学和MRC/ASTER发展的中尺度数值模式RAMS, 采用三重嵌套的方法, 模拟研究了兰州山谷地区局地环流特征。结果表明： （1）兰州市近地面流场以偏东风为主, 在城市东西部之间的狭窄地带, 风速相对较大些, 在东西部山谷城市中心区域有大片的静风区; 冬季兰州市山谷夜间是辐合流场, 白天是辐散流场。受城市热岛环流的影响, 白天热岛环流抑制谷风环流, 夜间增大山风环流, 夜间的山风风速大于白天的谷风风速。（2）白天, 兰州市区山顶和山谷之间上空气柱以下沉气流为主, 这主要是由于地形作用使得白天盛行谷风环流和山峰加热作用的共同影响。夜间, 兰州市区山顶和山谷之间上空以上升气流为主, 这主要是由于地形作用使得市区和山谷在夜间盛行山风环流, 但是冬天夜间兰州市区和山谷上空有较厚的逆温层存在, 抑制了气流的上升运动。（3）在午后13：00左右, 兰州市区山谷从近地面到400 m高度, 辐散场在逐渐减弱, 在510 m左右的高度转变为辐合场; 皋兰山顶上空从近地面到400 m高度, 辐合场在逐渐减弱, 在510 m左右的高度转变为辐散场。在凌晨01：00左右, 兰州市区山谷从近地面到400 m高度, 辐合场在逐渐增强, 到400 m高度达到最强, 从400 m到510 m高度又逐渐减弱; 皋兰山顶上空从近地面到220 m左右的高度, 辐散场在逐渐减弱, 在400 m左右的高度辐散场转变为辐合场, 从400 m到510 m左右的高度, 皋兰山顶的辐合场逐渐增强。     

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。     

基于多源融合资料分析北京一次超强城市热岛三维结构特征

城市热岛效应是人类活动对大气系统影响的最主要体现之一。本文利用(Space and Time Multiscale Analysis System, STMAS)时空多尺度分析系统,融合了地面自动站、雷达、卫星等多源高时空分辨率观测资料,建立了城市热岛三维数据集。并在此基础上统计了2021年北京夏季的城市热岛强度变化特征,选取其中一次超强城市热岛个例(2021年6月11—12日)详细分析了其三维精细化结构特征。结果表明：(1)本个例中,夜间郊区近地面迅速降温,形成逆温层;而城市近地面降温缓慢,使得近地面城郊温差不断增大。(2)本次超强城市热岛三维温度场暖心结构在地面和990 hPa以下低空等压面清晰可见,风场距平呈现气旋性环流特征并在低空从郊区向城区辐合,引起可到达中高空的上升运动,说明城市热岛效应有增强垂直环流的作用。     

昆明城市热岛效应的数值模拟研究

本文利用WRF（V3.9.1）模式中耦合Noah/SLUCM方案作为Control试验,研究了土地利用类型（Md04试验）、陆面过程（NoUCM试验）和湖泊（Nolake试验）对城市热岛强度及昆明城市气象要素水平、垂直的时空分布影响。主要结论如下:（1）四个试验城市热岛强度的平均日变化趋势相似,白天城市热岛强度较弱、夜间较强,在20时（北京时,下同）左右达到最大值。城市冠层（湖泊）对城市热岛有较明显的减（增）温,Control-NoUCM（Nolake）试验中,平均日最大差值为?0.79°C（+1.07°C）。（2）从能量平衡方程分析Control-Md04试验,感热（潜热）通量的差值为+46.18（?79.71）W m?2,潜热通量释放大于感热通量的绝对值。Control-NoUCM试验中,感热（潜热）通量的差值为?40.88（+29.60）W m?2;因NoUCM试验未考虑几何建筑物储热与遮挡,太阳辐射大部分被地表所吸收,导致感热通量偏大。（3）四种试验中,15（07）时边界层高度达到最大（小）值。NoUCM（Nolake）试验中城市边界层高度分别降低103 m（32 m）左右,而Md04试验中城市边界层高度增加102 m左右。（4）湖泊（滇池）对城市热岛环流影响的试验表明,湖泊上空垂直运动较弱,但水平方向湖陆风较大,这有利于向城市输送水汽,增加干空气湿度,使城市中空气的水汽含量增加,同时增大潜热能量释放,降低感热通量,减小了垂直温度梯度。     

云南高原城市楚雄和大理热岛效应变化特征

利用1971-2000年楚雄市和大理市的气温、降水、相对湿度、平均风速等气候资料,分析了楚雄市和大理市两城市热岛效应变化特征,应用灰色关联度方法分析热岛强度发生变化的原因.结果发现:30年来楚雄市的热岛强度年变化在不断增强,而大理市热岛强度增加不如楚雄市明显,热岛强度月变化两城市基本一致,干季强,雨季弱;热岛强度日变化...     

人为热对城市边界层结构影响研究

为研究不同人为热源引入方案对城市边界层结构模拟性能的影响，以杭州地区为例，在区域边界层模式（RBLM）中引入一种新人为热源处理方案，即对城市中的人为热排放分层考虑，将低层的人为热源加入地表能量平衡方程，将高层人为热源分布与建筑物高度和密度联系起来，加入热量方程中，同时考虑了人为热源强度的日变化。数值试验结果表明，这是一种比较合理的处理方案。人为热源引入方案对城市边界层结构的影响表现在:气温、湍流动能增加，并通过湍流交换输送到较高层大气；大气不稳定度增加，混合层高度最高抬升了400 m；城市地区上升速度增加，热岛环流加强；白天人为热源一般为太阳辐射的10%～20%，对地气交换的影响较小。夜间没有了太阳辐射能量，对地气交换的影响比日间更明显；冬季低层湍流活动加强，湍能约增加40%，大气层结稳定度降低。     

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。     

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。