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.     

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。     

顺德热岛强度变化及其与城市化发展的关系

根据顺德、鹤山国家气象观测站1984—2013年的气温资料,采用城郊对比法,分析了顺德城区热岛强度的变化特征,初步探讨了热岛强度与城市化发展的关系。结果表明,顺德的热岛强度基本在0.5℃左右,热岛强度的高值体现在平均气温和最低气温上;热岛强度具有明显的季节变化和月变化特征,冬季最强,达0.6℃,夏季最弱,仅为0.3℃,12月最大,达0.7℃,4、5月最小,只有0.3℃;年代际变化上热岛强度呈显著增加趋势,年平均气温计算的热岛强度增幅为0.014℃/年。     

北京城市热岛效应的昼夜变化特征分析

利用最新获取的1998年3月~2001年12月北京地区自动站资料,对北京城市热岛效应进行了细致、完整的研究。选取城区的官园站和郊区密云站的气温差作为城市热岛效应强度指标。在验证了资料可靠性的基础上,研究了热岛强度昼夜变化的年、季、月及日变化特征,以及几种极端天气事件的逐时及平均热岛强度的变化,最后制作了连续3年的月平均逐时热岛强度变化的三维立体图。     

基于FY-3卫星数据的西安市城市热岛特征分析

基于2011—2017年FY-3B/VIRR气象卫星影像数据及同期气象观测数据,应用改进型贝克尔(Becker)"分裂窗"地表温度反演算法计算地表温度,根据土地利用类型数据进行城郊对比,分析了西安市春、夏、秋三个季节城市热岛总面积、强热岛面积和热岛比例指数。结果表明:1)遥感反演温度与气象站点监测数据变化趋势基本一致,三季地表温度基本以西安市城区为中心呈环状递减;2)各季节强热岛面积占比年际变化明显,夏季强热岛面积占比远高于春、秋两季的,是后者的2倍以上;3)春、夏、秋三季强热岛区域主要集中在西安市城区和长安区,临潼区、长安区、鄠邑区、西安市城区夏季热岛面积占总面积的50%以上,周至县、高陵区的较小;4)总热岛比例指数总体上波动较大,年际上2016年的最大;春、夏季2014年的最大,秋季2016年的最大;总体城郊热岛差异2017年的最大,季节性城郊热岛差异表现为春季2016年的最大,夏、秋季2017年的最大,夏季城郊热岛差异明显高于春、秋季的。     

2008年南京市热岛效应演变特征及其对城市居民生活影响

利用2008年南京市23个自动气象观测站观测的气温资料,分析南京市城市热岛效应的空间分布及其变化特征。结果表明：南京市的热岛中心主要分布在人口和建筑物密集的鼓楼,白下和建邺区,下关、江宁和浦口等城区气温较低;2008年南京市平均城市热岛强度为1.6℃,四季热岛强度呈秋季、春季、冬季、夏季依次减弱;南京市城市热岛效应对城市居民生活影响较大。南京市热岛效应的逐渐增强,将导致夏季空调使用量的增加,增加能耗对创建低碳城市、建设和谐城市生活产生消极影响。     

西安城市热岛效应变化特征分析

根据气象站资料累积时间、连续性、站点位置、城郊站间距离等情况,对西安市及其周边气象站进行筛选;利用选出的城郊气象参证站1961—2016年逐时气温、风速、降水等常规地面气象观测资料,采用城、郊气温对比法分析西安城区热岛强度的变化;利用2014—2016年气象站资料,分析不同气象条件对城市热岛强度的影响。结果表明:(1)西安城市热岛强度从20世纪70年代以来呈逐年增大趋势,特别是90年代后大幅升高,2010年后高位窄幅波动;(2)热岛强度存在明显的季节变化,春季最大,冬季次之,夏季最小;(3)年内6—10月热岛强度较小,12月至次年5月相对较大,其中4月最大,7月和10月最小;(4)热岛强度以18时前后为最小,随后快速增大,至次日07时达到最大,10时后迅速减小,表现为夜间和早间较强,午间至傍晚小的分布特征;(5)降水和风速对热岛强度均有明显的减弱影响,降雨量越大热岛强度越弱,风速越大热岛强度越弱。     

2008年南京市热岛效应演变特征及其对城市居民生活影响

利用2008年南京市23个自动气象观测站气温资料,分析南京市城市热岛效应的空间分布及其变化特征。结果表明：南京市的热岛中心主要分布在人口和建筑物密集的鼓楼、白下区和建邺区,下关、江宁和浦口等城区气温较低;2008年南京市平均城市热岛强度为1.6℃,四季热岛强度呈秋季、春季、冬季和夏季依次减弱;南京市城市热岛效应对城市居民生活影响较大。南京市热岛效应的逐渐增强,将导致夏季空调使用量的增加,增加能耗对创建低碳城市、建设和谐城市生活产生消极影响。     

苏州夏季城市热岛现状及影响因子分析研究

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0.62;(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.     

复杂地形条件下城市热岛及局地环流特征的数值模拟

应用基于多层城市冠层方案BEP(Building Environment Parameterization)增加室内空调系统影响的建筑物能量模式BEM(Building Energy Model)方案的WRF模式,模拟研究重庆热岛的特征、成因以及局地环流对热岛形成的影响。文中共有两个算例,一为重庆真实下垫面算例,称之为URBAN算例,二为将城市下垫面替换为耕地下垫面的对比算例,称之为NOURBAN算例。结果表明:1)WRF方案模拟结果与观测2 m气温的对比吻合较好,误差主要出现在正午温度峰值和凌晨温度谷值处,由城市下垫面特性及城市内建筑分布误差引起。2)BEP+BEM方案较好地模拟出了重庆地区的热岛分布的空间和时间特征。重庆市温度的分布受地形和城市下垫面的双重影响,越靠近城区,温度的分布受城市化影响就越大,在海拔低处,温度就越高。3)城区立体三维表面对辐射的陷阱作用导致城市表面总体反射率小,向上短波辐射小于郊区约20 W/m~2。城市表面以感热排放为主,而郊区则表现为潜热的作用占主导。夜间城市地表储热以及空调废热向大气释放,是城市热岛形成的重要原因。4)模拟区域背景风场主要为东南风,局地环流呈现出越靠近山区风速越大、城市区域风速较小的特性,体现了城市密集的建筑群对低层大气流场的空气动力学效应,以及复杂山谷地形的山谷风环流特性。在市区的西侧和东南侧均有高大山脉阻挡,山脉对城市出流的阻碍作用、气流越山与绕流运动对城市热岛的形成有一定影响。     

The Influence of the City of Athens on the Evolution of the Sea-Breeze Front

In the present study, we examine the dynamics of a sea-breeze front and the urban heat island interacting with the heavily urbanized city of Athens. For this reason, simulations were performed with a modified version of the PSU/NCAR Mesoscale Model (MM5), whereby urban features are considered, and the model results were compared with surface routine meteorological data. An unrealistic run was also performed, where the city of Athens was replaced by dry cropland and pasture surface, as in the surrounding area. A delay in the sea-breeze front was found during daytime, together with frictional retardation concerning its penetration, as well as inland displacement of the heat island as the air moved over the city of Athens. During nighttime, the wind speed increased over the lower atmosphere in the city centre due to the enhanced urban heat island.     

Measurement and modelling of dew in island,coastal and alpine areas

We compare the characteristics of dew at nearly the same latitude (42–45°N) for the Mediterranean island of Corsica (Ajaccio, France) and two continental locations (Bordeaux, France, Atlantic coastal area; Grenoble, France, alpine valley). Dew amount was measured on a horizontal reference plate made of polymethylmethacrylate (PMMA) and placed at 1 m above the ground. Data are correlated with plate and air temperature, air relative humidity, wind speed and cloud cover during the period from 14-08-1999 to 15-01-2003.General features as well as particularities of the sampling sites are discussed. The average daily dew yield is higher for the island station at Ajaccio (0.070 mm) than the Bordeaux coastal area (0.046 mm) or the Grenoble valley (0.036 mm). However, the accumulated dew yield was highest for the coastal station (9.8 mm/year) as compared to the island (8.4 mm/year), and much larger than in the alpine valley (4 mm/year). The difference between cumulated and average dew yield stems from the greater number of dew days in the coastal area (58%) versus 33% for the island and 30% in the valley. The higher wind speeds at the island station (average wind during dew is 2 m/s) and lower relative humidity explain the smaller number of dew days. The dew rate seasonal variation is negligible in Bordeaux and exhibits during summer a maximum in Ajaccio and a minimum in Grenoble.A computer model that includes simple meteorological data (air temperature and relative humidity, wind speed, cloud cover) is used to determine the thermal balance and fit to dew mass evolution. Two parameters that account for heat and mass exchange can be adjusted. It was found that, within the uncertainties, these two numbers are the same for the two continental sites, thus allowing dew formation on plates to be evaluated from only simple meteorological measurements. Somewhat larger values are found for the island, due to limitations in the model, which are discussed.     

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...     

Heat island intensity with different meteorological conditions in a medium-sized town: Szeged,Hungary

Summary An analysis of the effects of the townSzeged, Hungary, on minimum temperatures between 1978 and 1980 is presented. The characteristics of the urban heat island effect were examined by revelation of the relationships between heat island intensity and macrosynoptic types, cloudiness, wind speed as well as the combination of cloud amount and wind speed. Anticyclonic weather situations, little or no cloud coverage, and calm or slight wind were favourable for a strong development of the heat island effect. In the case of extreme heat islands the domination of anticyclonic weather types was almost absolute.With 4 Figures     

Numerical study of the nocturnal urban boundary layer

A two-dimensional time-dependent Earth-atmosphere model is developed which can be applied to the study of a class of atmospheric boundary-layer flows which owe their origin to horizontal inhomogeneities with respect to surface roughness and temperature. Our main application of the model is to explore the governing physical mechanisms of nocturnal urban atmospheric boundarylayer flow.A case study is presented in which a stable temperature stratification is assumed to exist in the rural upwind area. It is shown through integration of the numerical model that as this air passes over a city, the heat is redistributed due to increased surface friction (and hence increased turbulent mixing). This redistribution of heat results in the formation of an urban heat island.Additional numerical integrations of the model are conducted to examine the dependence of induced perturbations on: (1) the upwind temperature inversion; (2) the geostrophic wind speed; and (3) urbanization. The results show a linear relationship between heat-island intensity and the rural temperature inversion with the heat island increasing in intensity as the upwind inversion becomes stronger; that the heat-island intensity close to the surface is inversely proportional to the geostrophic wind; and that the effects of anthropogenic heat cause an increase in the perturbation temperature with the perturbation extending to higher altitudes. From this study, we conclude that with an upwind temperature inversion, a city of any size should generate a heat island as a result of increased surface roughness. The heat-island intensity should increase with city size because of two factors: larger cities are usually aerodynamically rougher; and larger cities have a larger anthropogenic heat output.Research supported in part by NSF Grant GA-16822.     

重庆市城市热岛研究的现状需求和建议

分析了重庆市为创建国家生态园林城市而产生对城市热岛评估和研究的需求、城市热岛研究现状以及面临的一些问题,设计了面向创建国家生态园林城市的城市热岛研究方案,总结了城市热岛的基本规律。提出了以下研究城市热岛的建议以满足创建国家生态园林城市的需求和调控城市热岛:根据国家生态园林城市的评价标准研究得出权威的、准确的城市热岛现状评价结果;通过高分辨率数值模式开展模拟实验研究,明确山脉、江河等特殊地理环境在创建国家生态园林城市中的利、弊作用;保护利用河谷风和山谷风,加强城区自然通风,以调控城市热岛。      

淮阴市冷热指数预报及应用

本文探讨了体感温度与气温、风速、相对湿度的关系，得出冷热指数经验公式，并从人体感受、着装、气象保健等方面，确定冷热指数等级。根据不同冷热等级提出相应的服务建议。     

上海地区盛夏高温分布和热岛效应的初步研究

根据1997～1998年的7～8月高温加密观测资料和卫星遥感资料,应用自然正交函数分解技术(EOF),对上海地区盛夏高温分布的气候平均场和第一特征场进行了分析.上海地区盛夏平均高温场分布具有显著的城市热岛效应特征.作者详细讨论了市区建成面积、土地利用类别、人口密度和人为热等都市化因素对热岛效应范围和强度的影响,并做出定量的估计,提出了缓解城市热岛效应的若干对策.第一特征场分析表明,风向是影响上海地区热岛效应范围和强度变化的最主要的气象因子.     

北京"城市热岛"效应现状及特征

利用2002年北京自动气象站资料,对北京“城市热岛”效应现状进行了分析。为了与20世纪70年代的结果相比较,选择城区代表站为天安门广场站,城郊代表站为朝阳气象站站。与20世纪70年代相比,目前北京的“城市热岛”表现出一些新特点:1)利用城区与城郊日均温差表示的“城市热岛”强度的统计结果表明,现在北京的“城市热岛”效应在夏季最强,秋、冬季次之,春季最弱,2)除夏季“城市热岛”整天存在(午后的平均强度在2℃左右)以外,其他季节的午后,天安门广场地区经常出现“城市冷岛”现象。3)北京“城市热岛”消失的极限风速没有发生系统性变化,当风速>3级时,北京“城市热岛”基本上消失。作者还研究了北京“城市热岛”形成和消失的日变化特征,以及“城市热岛”强度对风速等气象要素变化的响应特征。值得指出的是,对强“城市热岛”的个案分析显示,冬季夜晚“城市热岛”强度经常表现出较大的波动性,与此相伴随,城郊地面风出现风向突变和风速的阵性现象。