基于百分位数法的广东气温变化特征研究

为合理布局工农业生产和科学应对气候变化提供理论依据，基于百分位数法计算得到广东最高气温、最低气温和气温日较差的百分位数序列，并采用Sen斜率估计、非参数Mann-Kendall检验和贝叶斯突变检测等方法，在季节尺度上分析了1973—2021年广东气温的变化特征。结果表明：广东整体的气候在变暖，其中春季最高气温、秋季和冬季最低气温的增温速率较大。最高气温不同百分位数趋势的差异小于最低气温和气温日较差；气温日较差变率的站点间差异大于最高气温和最低气温。研究时段内气温发生的突变都是正向的，突变时间点多数在2000年以前。从空间分布上看，珠三角和东南沿海地区最高气温和最低气温增温速率最大，气温日较差在高百分位的变化趋势更加显著。     

近45年大连地区气温日较差的演变趋势分析

利用Mann-Kendall方法对大连地区7个气象站点1961～2005年的气温日较差进行了趋势分析,并根据各因子趋势值,应用相关统计法分析了影响气温日较差呈减小趋势的因子.得到结论如下:①大连地区四季气温日较差呈现显著减小趋势,其中以秋季和冬季减小趋势最显著,夏季最弱.各季节平均气温、最高气温和最低气温呈显著上升趋势.最低气温较最高气温和平均气温升高趋势显著.②大连地区与月平均日较差相关性最强的因子是风速,其次是最低气温、水汽压和云量,都呈负相关,与最高气温呈正相关.②春夏季,日较差下降主要受最高气温的变化驱动,而秋冬季节则主要受最低气温变化的影响.     

近56a新疆塔里木盆地非对称性增温变化特征分析

基于塔里木盆地25个气象台站1960—2015年的气温数据,采用线性趋势分析、Mann-Kendall检验等方法分析了年、季平均气温、最高气温、最低气温及日较差的时空变化特征。结果表明:56 a来,研究区年平均最高、最低气温在时间变化上呈非对称性增长,年平均最低气温变率为年平均最高气温变率的1.5倍。区域间的变暖幅度大致随纬度差异由北向南递增。不同季节增温幅度亦表现出非对称性,冬季平均气温、最低气温增幅均为全年最高,夏季最低,秋季最高气温增幅最高,夏季最小。四季平均气温的升高主要与最低气温的显著升高关系密切。年平均气温日较差呈显著下降趋势,气候倾向率为-0.19℃/10 a。平均气温和最高气温的气候突变年份基本都发生在1993年前后。     

城市化进程对气温变化的分析——以北京、郑州、南京、杭州城市为例

基于城市热岛效应概念的基础之上,针对北京、郑州、南京、杭州4个城市,采用以城郊对比方法(UMR)为主,结合相关系数权重方法来建立对比站序列,分析1980—2009年30a内年平均气温、日较差年平均气温、最高气温年平均、最低气温年平均的变化特点,以及这4个要素20世纪80、90年代和21世纪00年代上升或下降趋势的比较,分析了城市化与气候变化之间的关系。结果表明:城市化使得城市有明显的增温效应,对最低气温年平均的增温效果最为明显,年平均气温次之,最高气温年平均最不明显;日较差年平均气温有下降趋势,表明城市化使得夜间气温上升,日较差减小;在年代际的比较中20世纪90年代的城市化对气温的影响最为显著。     

商丘市气温日较差变化特征分析

利用商丘市8站1961-2006年逐日最高、最低气温资料,计算并分析了商丘市年、季及月气温日较差的线性变化趋势,结果表明:年最低气温呈明显上升趋势,最高气温上升趋势不显著,气温日较差呈显著减小趋势;春、夏、冬季季平均气温日较差均呈减小趋势,其中春季和冬季的减小趋势显著,秋季呈弱的增加趋势;全年有10个月的气温日较差呈减小趋势,其中1、3、5、8月气温日较差显著减小,1月减小幅度最大.城市化发展对气温日较差变化有一定影响,距城区较近的台站平均气温日较差显著减小,而距城区较远的台站气温日较差减小趋势不显著.     

呼和浩特市气温变化及最高、最低气温的非对称变化

采用线性倾向估计方法计算了呼和浩特站四季及年平均气温、平均最高、平均最低气温及极端最高、极端最低气温、气温日较差多年来的变化趋势,并用最优二分割方法、Mann-kendall非参数统计检验方法对平均气温、平均最高、平均最低气温进行气候阶段划分和突变检验.结果表明各个季节和年平均气温都存在显著的增高趋势,其中冬季和年平均气温增温趋势非常显著;最高、最低气温存在明显的非对称变化,增温主要发生在夜间,无论平均最低气温还是极端最低气温都存在显著的增高趋势,气温日较差都呈显著下降趋势.平均气温、平均最低气温、平均最高气温在1986年前后发生了明显突变.     

呼和浩特市气温变化及最高、最低气温的非对称变化

采用线性倾向估计方法计算了呼和浩特站四季及年平均气温、平均最高、平均最低气温及极端最高、极端最低气温、气温日较差多年来的变化趋势，并用最优二分割方法、Mann-kendall非参数统计检验方法对平均气温、平均最高、平均最低气温进行气候阶段划分和突变检验。结果表明：各个季节和年平均气温都存在显著的增高趋势，其中冬季和年平均气温增温趋势非常显著；最高、最低气温存在明显的非对称变化，增温主要发生在夜间，无论平均最低气温还是极端最低气温都存在显著的增高趋势，气温日较差都呈显著下降趋势。平均气温、平均最低气温、平均最高气温在1986年前后发生了明显突变。     

华中区域1960～2005年平均最高、最低气温及气温日较差的变化特征

利用华中区域(河南、湖北、湖南3省)42站1960～2005年逐月平均最高、最低气温资料,计算并详细分析了该区域年(季、月)平均最高、最低气温和气温日较差的线性变化趋势、突变性及周期性特征。结果发现:1)华中区域年平均最高、最低气温均呈现上升趋势,年平均气温日较差呈减小趋势,其中年平均最低气温变化最显著。2)平均最高气温在春、秋、冬均呈上升趋势;平均最低气温四季均呈上升趋势,其中春、冬季变化显著;平均气温日较差在夏、冬季下降趋势较为明显,其中以冬季降幅最大。3)全年有4个月平均最高气温呈下降趋势,其中8月最为显著;平均最低气温在冬、春季为明显上升趋势,其他月变化趋势不显著;平均气温日较差在冬、夏季呈明显下降趋势,其中1月最为显著。4)年平均最高、最低气温在20世纪90年代经历了一次由冷变暖的明显突变;四季中,平均最高气温春、冬季突变显著,平均最低气温春、夏季突变显著。5)年平均最高、最低气温存在显著的2～4a周期变化。     

石家庄极端冷暖天气气候事件及其与气候变暖

用石家庄市1955～2002年逐日气温资料，取其第95个和第5个百分位值作为确定极端高(低)温日的阈值来检测极端冷暖事件。对发生在2002年的极端冷暖事件进行检测分析证明，上述方法能比较有效地检测极端冷暖事件的发生。计算气温趋势变率表明，石家庄气候有明显的增暖趋势，随气候变暖夏季持续性强高温和破记录高温事件的出现频次增加；寒冷期趋于缩短；极端冷日趋于减少，极端暖日趋于增加。用季极端冷(暖)日数与气温求取相关的方法，分析各季极端冷暖事件与气候变暖的联系发现，气候变暖对冬季极端冷日减少的影响最甚。城市化效应使城市变暖趋势速率高于郊区，尤以最低气温表现明显；暖事件增多、冷事件减少的趋势速率也是城市高于郊区，且冷事件减少速率高于暖事件增多速率。在气候变暖背景下应特别重视冬季冷事件减少给人类带来的潜在影响。     

阿克苏市气候变化的特征分析

分析了１９５４～１９９７年４４年阿克苏市平均、最高、最低气温３个温度序列,结果表明气候变化呈变暖趋势,以冬季变暖最明显,最低变暖速度远比最主气温快,日较差在缩小。夏半年与冬半年气候变化存在一定差异,气候变暖主要是由于冬半变年变暖所致。     

吉林地区对流层温度变化特征分析

利用吉林地区高空探测站长春、延吉、临江1960-2009年地面至100 hPa高度标准等压面(共8层)温度资料,通过线性趋势分析方法,对吉林地区地面到100 hPa高度各标准等压面温度的变化进行分析。结果表明:在全球变暖背景下,吉林地区对流层年温度在700 hPa高度以下是上升趋势,400 hPa高度以上温度趋势是下降的。各季温度趋势变化各有不同,秋季和冬季在400 hPa高度以下温度趋势是升温的;春季和夏季700 hPa高度以下温度趋势是上升的,且温度趋势上升的幅度明显小于秋、冬季。城市规模的不同,温度上升趋势也不相同,大城市长春的升温幅度高于中、小城市的升温幅度;在各标准层中长春升温达到的高度高于中、小城市。     

Urban heat island in a coastal urban area in northern Spain

This work examines the characteristics of the urban heat island (UHI) in a medium-sized city in northern Spain (Bilbao) using 5-year climate data (2005–2009) and the results of three specific measurement campaigns (2009–2010). Urban climate variables are not only compared with those in rural sites but also local climatic differences occurring inside the city are analysed. The findings presented in this paper show the influence of complex topography and sea/land breeze in the urban climate. Spatial characteristics and temporal evolution of UHI is presented. Hourly maximum temperature anomaly (ΔT _{u–r, max}) occurs just after sunrise and an urban cold island (UCI) is developed after midday. Along the year, mean UHI intensity is highest in autumn and the UCI effect increases in spring and summer in relation with sea breeze cooling potential. Diurnal and seasonal variation of air flow patterns appear to influence significantly on UHI intensity.     

人为热源对城市热岛效应影响的数值模拟试验

利用耦合了单层城市冠层模型UCM的中尺度模式WRF,研究了人为热源对上海区域城市气候的影响。冬季地表温度的模拟结果表明,使用新陆面资料的试验效果要好于使用旧的陆面资料,加入人为热源的试验效果要优于没有加入人为热源的试验,这些反映了热岛效应是不断增加的城市面积和人为热源共同决定的。不同试验模拟的2 m高度上气温的模拟情况时,使用新陆面资料并且加入合理人为热源的试验模拟值明显大于其他试验的模拟值。     

城市化对深圳气温变化的贡献

采用经均一性检验的深圳及其周围台站的地面温度资料和NCEP／DOEAMIP—ⅡReanalysis（R-2）再分析温度数据,通过鲁棒回归（M估计）对气温趋势进行拟合,分析了1967--2005年和1979—2005年两个时间段城市热岛效应对温度的影响,利用再分析数据和地面观测数据的差异估计了1979年以来城市化对气温增暖的贡献。结果表明,20世纪80年代以来的30a里,深圳城市化对当地气温增暖贡献非常显著：1979年以来,城市热岛效应导致年平均气温增暖0．243℃·（10a）^-1,占深圳总体增暖的36．3％;与再分析资料对比得到的城市化对深圳年平均气温增暖的贡献达到0．315℃·（10a）^-1,大于分析观测资料得到的结果,占总体增暖的47．1％。说明城市化的快速发展是导致深圳城市气候增暖的重要因子之一。     

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。      

Numerical Modelling of Urban Heat-Island Intensity

A three-dimensional, non-hydrostatic, high-resolution numerical model was used toanalyse urban heat-island (UHI) intensity in an idealised but realistic configuration.The urban area was 20 km square and lay on flat land at about latitude 50° Nin a maritime climate. In the model the urban area was represented by anomalies ofalbedo, anthropogenic heat flux, emissivity, roughness length, sky-view factor (SVF),surface resistance to evaporation (SRE) and thermal inertia. A control simulationincluded all these factors and the resultant UHI structure, energetics and intensitywere validated against observations. The results also compared favourably withearlier simulations.A series of experiments was conducted in which successively one of the anomaliesthat represented the urban area was omitted from the control simulation so as toprovide the basis for an assessment of its effect. In daytime the individual effectsdue to albedo, anthropogenic heat, emissivity, SVF and thermal inertia ranged from0.2 to 0.8 °C. In common with albedo, anthropogenic heat, emissivity andSVF, the SRE aided the formation of a UHI; it was also the most important factorin increasing its intensity. The roughness length had the opposite effect. At nightemissivity, roughness length, SVF and SRE had effects ranging from 0.3 to0.75 °C, but the largest effect (2 °C) was due to the anthropogenicheat. These results showed a difference in the causes of daytime and nighttime UHIs.In daytime the roughness length and SRE were the most important factors affectingUHI intensity; at night the anthropogenic heat was the most important. The simulationssuggested that the size of the urban area had a minimal effect on UHI intensity.     

Summer temperature variability across four urban neighborhoods in Knoxville,Tennessee, USA

The urban heat island (UHI) is a well-documented effect of urbanization on local climate, identified by higher temperatures compared to surrounding areas, especially at night and during the warm season. The details of a UHI are city-specific, and microclimates may even exist within a given city. Thus, investigating the spatiotemporal variability of a city’s UHI is an ongoing and critical research need. We deploy ten weather stations across Knoxville, Tennessee, to analyze the city’s UHI and its differential impacts across urban neighborhoods: two each in four neighborhoods, one in more dense tree cover and one in less dense tree cover, and one each in downtown Knoxville and Ijams Nature Center that serve as control locations. Three months of temperature data (beginning 2 July 2014) are analyzed using paired-sample t tests and a three-way analysis of variance. Major findings include the following: (1) Within a given neighborhood, tree cover helps negate daytime heat (resulting in up to 1.19 ^°C lower maximum temperature), but does not have as large of an influence on minimum temperature; (2) largest temperature differences between neighborhoods occur during the day (0.38–1.16 ^°C difference), but larger differences between neighborhoods and the downtown control occur at night (1.04–1.88 ^°C difference); (3) presiding weather (i.e., air mass type) has a significant, consistent impact on the temperature in a given city, and lacks the differential impacts found at a larger-scale in previous studies; (4) distance from city center does not impact temperature as much as land use factors. This is a preliminary step towards informing local planning with a scientific understanding of how mitigation strategies may help minimize the UHI and reduce the effects of extreme weather on public health and well-being.     

Maximum urban heat island intensity in a medium-sized coastal Mediterranean city

This paper studies the maximum intensity of the urban heat island (UHI) that develops in Volos urban area, a medium-sized coastal city in central Greece. The maximum temperature difference between the city center and a suburb is 3.4°C and 3.1°C during winter and summer, respectively, while during both seasons the average maximum UHI intensity is 2.0°C. The UHI usually starts developing after sunset during both seasons. It could be attributed to the different nocturnal radiative cooling rate and to the different anthropogenic heat emission rate that are observed at the city center and at the suburb, as well as to meteorological conditions. The analysis reveals that during both seasons the daily maximum hourly (DMH) UHI intensity is positively correlated with solar radiation and with previous day’s maximum hourly UHI intensity and negatively correlated with wind speed. It is also negatively correlated with relative humidity during winter but positively correlated with it during summer. This difference could be attributed to the different mechanisms that mainly drive humidity levels (i.e., evaporation in winter and sea breeze (SB) in summer). Moreover, it is found that SB development triggers a delay in UHI formation in summer. The impact of atmospheric pollution on maximum UHI intensity is also examined. An increase in PM10 concentration is associated with an increase in maximum UHI intensity during winter and with a decrease during summer. The impact of PM10 on UHI is caused by the attenuation of the incoming and the outgoing radiation. Additionally, this study shows that the weekly cycle of the city activities induces a weekly variation in maximum UHI intensity levels. The weekly range of DMH UHI intensity is not very large, being more pronounced during winter (0.4°C). Moreover, a first attempt is made to predict the DMH UHI intensity by applying regression models, whose success is rather promising.     

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.     

城市热岛效应的研究进展与展望

随着世界各国城市化的进展,城市热岛效应已经成为一个跨学科领域的问题,受到包括大气环境、区域气候、水文和生态等多学科科学家的关注。在过去半个多世纪中,城市热岛问题的研究获得了相当丰富的研究成果,通过对这些成果的综合分析,归纳出城市热岛研究中采用的3类主要方法——观测(外场试验和遥感技术)、数值模拟以及实验室仿真法。系统地回顾了城市热岛效应的研究历史,重点对与城市热岛关系最密切的城市边界层、热岛环流与复杂地形的相互作用以及能量平衡研究所取得的成果进行了总结和评述。最后对城市热岛问题未来8个可能的研究方向进行了探讨,其中,包括沿海和复杂地形附近的城市热岛问题、城市群间热岛环流的相互作用、城市化与空气污染问题、城市热岛效应对平均降水的影响、城市化对雾和闪电的影响、城市天气预报的精细化、城市气候变化预测以及城市热岛效应减缓方案的制定,并对其发展前景进行了粗略的展望。