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。     

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。     

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。     

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℃.     

基于MODIS时间序列的内蒙古城市热(冷)岛效应研究

基于MODIS遥感卫星数据,反演地表温度,研究内蒙古各城市昼夜城市热岛空间分布和季节变化特征。结果显示:(1)白天内蒙古西部地区城市热岛效应弱;中部地区除集宁外,城市热岛出现概率呈对半趋势,没有东部地区城市热岛效应强;东部地区城市热岛效应出现概率最多,以赤峰和通辽尤为显著。夜间全区城市热岛出现的概率比白天大,有些城市达到了100%的现象。(2)内蒙古城市热岛并没有表现出统一季节变化规律,白天,冬季出现城市热岛的有锡林浩特、海拉尔、集宁和通辽;夏季为热岛的城市有呼和浩特、乌兰浩特。夜间,呼和浩特全年热岛,基本全年热岛(除个别月份)的有集宁、通辽、乌海、乌兰浩特和锡林浩特;春季为热岛的是临河;秋季为热岛的有赤峰和东胜;热岛有季节变化规律的是巴彦浩特、海拉尔、包头。(3)呼和浩特夏季6-8月呈现热岛效应;冬季12月依旧表现为热岛,且夜间城市热岛更严重。(4)集宁除5月、7月、12月为冷岛,其余月份为热岛; 7月白天为弱冷岛,夜间为热岛,城郊温差较小;冬季12月白天集宁市区为热岛效应,夜间集宁市区呈现弱冷岛效应。     

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.     

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。     

不同气象条件下廊坊城市热岛效应变化特征

利用2005年9月—2008年8月廊坊市区域加密自动站逐时气温资料,采用城、郊气温对比法研究了不同气象条件对廊坊城市热岛效应的影响。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;在四季不同时段存在“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℃,阴雨气象条件下城市平均热岛强度最小,平均强度仅有0.10℃。     

基于多源数据的城市热岛效应研究——以石家庄地区为例

以石家庄地区为研究对象,选取地面气象观测站数据、区域自动站数据、MODIS 1B以及Landsat7 ETM+卫星遥感影像数据作为主要数据源,从气温和地表温度两个角度考虑,分析城市化进程对城市热岛效应的影响,城市热岛的时间变化规律以及空间分布规律等。研究结果表明：(1)石家庄城市热岛强度随时间逐年增加且呈继续上升趋势,与城市化进程呈同步变化趋势;(2)采用同一时次气温和地表温度资料分别研究石家庄城市热岛空间分布特征,发现夏、秋季白天和四季晚上石家庄城市热岛效应明显,春、冬季白天有时出现“冷岛”效应;(3)与白天相比,在晚上气温和地表温度两者的相关性较好,其相关系数可达0.80;(4)选用Landsat7 ETM+高分辨率卫星遥感影像数据研究不同土地覆盖类型对城市热岛的影响,发现地表温度随着植被指数NDVI的增大而减小,两者之间呈现很好的负相关性,R2=0.72。     

济南市城市热岛效应分析

利用1964—2006年济南市气温观测资料,分析了济南市城市热岛效应的年变化特征,济南市热岛效应有逐年增强的趋势。应用区域自动气象站2007—2008年逐时气温观测资料,结合济南市地理信息数据,分析了济南城市热岛的时空分布特征。结果表明:无论春、夏、秋、冬,济南的城市热岛在空间分布上均以泉城广场、市政府为中心呈环状放射发展。热岛强度以冬季最强,秋、春季次之,夏季最弱。济南热岛日变化规律是夜间大于白天,城市热岛以日为周期呈规律性变化,表现为快速形成、快速消失的现象。     

Modeling the Warming Impact of Urban Land Expansion on Hot Weather Using the Weather Research and Forecasting Model: A Case Study of Beijing,China

The impacts of three periods of urban land expansion during 1990–2010 on near-surface air temperature in summer in Beijing were simulated in this study, and then the interrelation between heat waves and urban warming was assessed. We ran the sensitivity tests using the mesoscale Weather Research and Forecasting model coupled with a single urban canopy model,as well as high-resolution land cover data. The warming area expanded approximately at the same scale as the urban land expansion. The average regional warming induced by urban expansion increased but the warming speed declined slightly during 2000–2010. The smallest warming occurred at noon and then increased gradually in the afternoon before peaking at around 2000 LST—the time of sunset. In the daytime, urban warming was primarily caused by the decrease in latent heat flux at the urban surface. Urbanization led to more ground heat flux during the day and then more release at night, which resulted in nocturnal warming. Urban warming at night was higher than that in the day, although the nighttime increment in sensible heat flux was smaller. This was because the shallower planetary boundary layer at night reduced the release efficiency of near-surface heat. The simulated results also suggested that heat waves or high temperature weather enhanced urban warming intensity at night. Heat waves caused more heat to be stored in the surface during the day, greater heat released at night, and thus higher nighttime warming. Our results demonstrate a positive feedback effect between urban warming and heat waves in urban areas.     

北京地区热岛效应及日较差特征

通过对2007～2010年北京地区经质量控制后的123个自动气象站气温数据采用K均值聚类方法分类, 得到城区、郊区、西部和北部山区、西南和东北部山区4个温度分区, 分析了4个分区气温的年变化、日变化和日较差变化特征, 并对北京地区热岛效应的时间变化特征进行了细致分析。结果表明:聚类分析方法可对北京地区温度很好地进行分区, 分区结果与站点的地形和下垫面情况较为吻合;不同分区温度日较差在西部和北部山区最大, 在西南部和东北部山区次之, 郊区再次之, 在城区的日较差最小;在一年中, 各温度分区以2月、5月与10月日较差较大, 其中以5月的日较差为最大;北京地区热岛效应在冬季和夜间较强, 而3～8月热岛较弱, 在夏季的白天比其它季节白天强。     

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。     

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。     

北京城区近地面比湿和风场时空分布特征

利用2008—2012年北京城区平均5 km的高密度自动气象站逐时观测数据,分析了北京城区近地面比湿、风向和风速的时空精细分布特征,初步探究了城市下垫面对局地气象要素的影响机制。研究表明:夏季白天北京城区为干岛,冬季城区表现为弱湿岛特征。受城市效应的影响,北京城区与郊区比湿日变化有明显差异。近地面10 m风受到地形、城市和季节性盛行风的共同影响。当气流经过城区时有明显的绕流现象。夏季05:00—10:00 (北京时,下同),受山风、弱的夏季偏南风和城市热岛共同作用,气流向城市中心辐合。冬季15:00—19:00,受季节盛行风偏北气流和谷风偏南气流的共同作用,在城区形成一条西北—东南走向的辐合线。对风速研究发现:城市粗糙下垫面使北京城区风速减小,二环路和三环路之间存在一条“n”状的风速小值带。由此可见,除已开展较多研究的城市热岛效应外,北京城市效应对近地面湿度和风场亦有显著影响。     

苏州-无锡-常州城市带热岛效应个例研究

应用WRF（weather research and forecasting）及其耦合的多层城市冠层模式BEP（building energy parameterization）,对2013年8月13日长江三角洲地区一次高温天气过程进行了模拟.此次过程盛行东南风,风向与苏州-无锡-常州城市带走向一致.模拟结果表明：苏州-无锡-常州城市带热岛效应明显,热岛强度向下游城市逐渐增加;在东南风作用下,三座城市的热岛连成一片,形成了一个更强大的热岛环流.夜晚,边界层逐渐趋于稳定,热岛环流减弱,有利于热岛温度向下游地区输送.热岛效应导致城市边界层高度明显上升.白天太湖产生强盛的湖风对其周边城市影响显著,来自太湖的冷气团导致无锡和常州边界层内热岛强度明显下降,抑制城市热岛向上发展,削弱了无锡与常州两城市热岛间的联系.白天太湖使得无锡和常州边界层高度明显下降.