广州人为热初步估算及敏感性分析

考虑了工业、交通和生活三种人为热排放源,利用广州市工业和生活能源消耗量、汽车保有量、主干道车流量等数据,估算出广州人为热日变化排放通量,全天平均排放通量411 W〖DK〗·m-2,最大排放通量出现在11时,为723 W ·m-2,其中工业排放占总排放量686%。利用耦合到WRF中的单层城市冠层模式(WRF/UCM),对人为热作用进行敏感性试验,包括无人为热、无日变化人为热、有日变化人为热、人为热排放通量翻倍四种方案。结果显示,方案之间冠层感热通量的差异与人为热设置的差异大致相等。试验方案之间冠层内气温差异较小,单倍人为热与双倍人为热的最大差值约只有02℃。另外,人为热使湍流得到发展,双倍人为热比单倍人为热湍流动能增加约01~04 m2 ·s-2。且人为热对白天城市边界层湍涡有增强作用,添加单倍人为热后使气流垂直速度最大增加可达01 m ·s-1,使垂直混合加强。有日变化的人为热对热岛强度的贡献在中午时最大,单倍人为热的平均贡献率159%,双倍人为热为228%;而无日变化的人为热在凌晨时贡献最大,平均贡献率149%。     

成都双流国际机场霜、雪天气特征及其对运行的影响

利用成都双流国际机场2012—2020年的地面观测资料和温江站常规探空资料等,统计了双流机场霜、雪及相关气象要素的基本特征;同时利用双流机场指挥中心提供的2018年除冰记录,统计分析双流机场霜、雪天气对运行的影响。结果发现：双流机场出现霜时,气温多在04时下降至20 ℃,07、08时降至05 ℃,相对湿度多在04时达到95%并维持,天空状况为少云到多云,平均风速00时后多在 1 m/s以下;双流机场雪（含雨夹雪）出现时,700 hPa气温平均为-12 ℃,850 hPa为-5 ℃,925 hPa为0 ℃,地面平均气温24 ℃,平均露点温度04 ℃,0 ℃层距离地面的平均高度为400 m;07—08时出现00 ℃以下低温,且相对湿度接近饱和时,会对运行有较大影响。     

冷却屋顶对北京城市热环境影响的模拟研究

两种类型冷却屋顶(高反照率屋顶、绿色屋顶)的研究对于北京夏季城市高温的缓解作用具有重要的意义。耦合单层城市冠层模式(SLUCM)与天气研究与预报(WRF3.8)模式, 采用北京市及其外围地区158个站点气象资料评估模式对照案例(case1)的模拟性能, 并选取7组不同反照率屋顶案例(case2—4)和不同覆盖比例的绿色屋顶案例(case5—8)进行敏感性试验。研究结果表明:(1)在北京城市区域, 高反照率为0.85的屋顶(case4)比绿色占比100%的屋顶(case8)具有更好的降温效果, case4的3 d平均降温可达到0.90℃, 而case8降温为0.46℃。(2)屋顶反照率每增加0.1, 会导致北京城市区域最高气温降低0.27℃; 绿色屋顶比例的增大也会导致温度的降低, 每增加10%, 最高气温降低0.16℃。(3)两种冷却屋顶对城市热岛也存在显著的影响, 在13—14时(北京时), case4与case1对比的城市热岛(UHI)降温最大差值为1.47℃, 比case8的城市热岛降温更加明显。(4)在城市区域垂直高度上, 冷却屋顶的降温作用可达到1.2 km, 同时湍流运动存在明显的减弱; 在3 d的12—18时, case4、case8与case1对比, 边界层高度平均降低了669与430 m。      

城市发展对广州温度场影响的分析

利用广州气象站近30年气温资料和受城市发展影响相对较小的佛山沙堤机场20年气温资料，分析珠江三角洲地区的温度变化趋势及广州城市发展对温度场的影响程度。结果表明，珠江三角洲地区温度上升趋势明显，佛山沙堤机场20年上升0．7℃，广州30年上升约1.1℃。广州市热岛效应具有明显的年、季节及日变化规律，与国内其它城市热岛变化规律有所不同。     

西安北郊PM10、PM25特征及其与气象要素的关系

利用2017—2021年西安泾河站颗粒物监测数据和地面气象观测数据,统计分析了西安北郊PM10、PM25质量浓度的时间变化特征及其与气温、风向风速、降雨等气象要素的关系。结果表明：近5 a来西安北郊PM10、PM25质量浓度年均值分别为1175 μgm3、752 μgm3,PM10、PM25质量浓度整体呈逐年下降趋势;季节变化表现为夏季最低,冬季最高,春秋季次之;PM10、PM25质量浓度月变化分别呈现出1—8月下降而8—12月升高,1—7月下降而7—12月升高的“单谷型”结构;PM25质量浓度占PM10质量浓度的比例表现为冬季最高,春季最低,夏秋季较均匀,1月该比例最大为766%,5月最小为48%;PM10、PM25质量浓度日变化规律为上午和夜间高而下午低的双峰特征,整体表现为夜间浓度高于日间,但变化幅度小于日间;PM10、PM25质量浓度与气温呈负相关,当风速在45 m/s以下时与风速呈负相关,来自偏西北方向的污染物对颗粒物质量浓度影响较大;降雨量大时,颗粒物质量浓度相对较低,但降水对PM10、PM25的清除率均达不到100%。     

城市化对中山夏季高温影响数值模拟

统计工业、交通、生活能源的消耗计算出中山市的人为热排放量,在WRF模式中使用新旧两套下垫面资料以及在城市地区引入人为热的排放,对2010年7月2—5日中山市的连续高温天气进行模拟,以评估城市化对中山市极端高温天气的影响。结果表明,在使用了新的下垫面资料后,模式能很好地模拟出中山市气温的变化和分布趋势,城市地区的热岛现象显著。城市下垫面和人为热分别使平均气温上升0.9℃和0.2℃,下垫面的改变引起的温度上升要比人为热明显,最低气温的增幅比最高气温要大。城市下垫面和人为热均能使城市热岛强度得到增强,热岛强度的变化在夜间比日间明显,在日出前达到最大,城市下垫面引起的热岛强度变化最大为1.5℃,而人为热为0.6℃。城市下垫面和人为热的引入增加了地表感热通量,使城市地区气温上升,下垫面引起的感热通量变化明显比人为热引起的要大。日间感热通量的增加比夜间大,但气温的增加则是夜间比日间明显。     

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。     

环太湖地表城市热岛长期遥感资料分析

利用MODIS/Aqua地表温度产品(MYD11A1)分析了2003—2013年环太湖城市地表温度和地表城市热岛的时空变化特征,研究了地表城市热岛与大气稳定度、土地利用类型的关系。结果表明,该区域在2003—2013年日间的不稳定类天数最多,约占总天数50%。不稳定类天数在2003—2010年呈增加趋势,2010年后呈减少趋势;中性类与不稳定类天数年变化的位相相反,与弱不稳定类天数年变化的位相大致相同。受云和降水影响,MODIS图像质量随着不稳定度的降低而降低。日间地表城市热岛在不稳定大气边界层条件下最强,城市热岛强度随着白天边界层不稳定度的降低而减弱。近10年来环太湖城市圈经济发展迅速,城市用地面积增加,2010年环太湖城区的地表温度较2004年普遍升高约1℃,部分新城区的地表温度升高3℃以上,高温范围扩大,形成一条环太湖的高温带,分析地表温度和城市热岛的时空变化对研究城市化带来的区域气候效应具有重要意义。     

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.     

城市植被对冬季气象要素影响的数值模拟研究

为认识并量化城市地区自然植被对城市气象特征的综合影响及其在不同季节的变化趋势,本文基于区域边界层模式(Regional Boundary Layer Model,RBLM),利用敏感性数值试验的方法量化评估了冬季背景下,城市植被对苏州地区气象要素的综合影响,及其在不同绿化情境下的变化特征。研究结果表明:冬季城市植被会导致气温及城市热岛强度的下降,下降幅度随着植被覆盖率的提高而增大,当市区树木覆盖率分别为0、20%和40%时,日平均城市热岛强度分别为1. 8、1. 4和1. 0℃。与苏州市真实绿化情境相比,市区树木覆盖率分别为20%和40%的理想试验方案,可以导致市区日平均气温分别下降约0. 23℃和0. 84℃。城市植被还会通过叶面及土壤表面的蒸发蒸腾作用,增加空气中的水汽含量,当市区树木覆盖率分别为0、20%和40%时,中午时空气比湿分别为2. 46、2. 61和2. 78 g·kg~(-1)。相同覆盖率条件下,草地绿化方案对气温和空气湿度的影响要明显弱于树木。城市植被会对区域地表能量平衡过程产生明显影响,使到达地面的太阳辐射减少,地面温度降低。当树木覆盖率分别为0、20%和40%时,中午地表净辐射通量最大值分别为433、382和332 W·m~(-2)。地面温度的下降以及植被、土壤的蒸发蒸腾作用,使感热减少,潜热增加。自然植被对城市气象要素的影响在冬季要明显弱于夏季。     

利用再分析与探空资料对0℃层高度和地面气温变化特征及其相关性的分析

利用北京多年ERA-Interim再分析资料和探空观测资料分析地面气温及0℃层高度特征,对比再分析资料和探空资料的差异,并利用北京和寿县资料分析0℃层高度与地面气温的相关性,拟合0℃层高度与地面气温的线性关系,另外,利用未参与公式拟合的观测资料进行验证。结果表明:地面气温与0℃层高度存在明显季节变化;与探空观测值相比,无论是全年还是分季节,再分析资料的地面气温和0℃层高度值都偏低,地面气温平均偏低2℃,0℃层高度平均偏低200 m;再分析与探空资料的相关性较好,相关系数都大于0.89;地面气温与0℃层高度的变化趋势一致,再分析资料和观测资料地面气温与0℃层高度的相关系数均大于0.9,20:00大于08:00(北京时),都通过了0.01的显著水平统计检验,且观测资料获得的线性关系优于再分析资料;线性拟合得到的地面气温与0℃层高度的线性关系,可为天气雷达判别0℃层和预报降水等应用提供辅助信息。     

河南省一次强雨雪相态多次转换成因分析

利用常规气象观测资料、地面自动站资料、欧洲再分析资料（ERA5 025°×025°),对2020年1月5—7日河南省强雨雪过程中雨雪相态多次转换成因进行分析。结果表明：500 hPa高空低槽、中低层切变线、西南（东南）暖湿急流与低层冷空气在强雨雪区交汇为强雨雪提供了动力、水汽条件,亦为雨雪相态转换提供了有利的温度条件。冷空气分别从东路和中路南下影响河南,导致近地层明显降温是雨转雨夹雪或雪的主要原因之一,而冷空气的强度和厚度是决定降水相态的关键因子。中层和近地面暖层厚度对降水相态至关重要。本次过程降水相态为纯雪时,冰雪层和冰水混合层厚度超过2 980 gpm,中层无暖层,近地面0 ℃线低于975 hPa;降水相态为雨夹雪时,有时无冰雪层,冰水混合层厚度超过1 400 gpm,中层有时有暖层,但整层暖层厚度在900～1 330 gpm;雨转雨夹雪发生在地面气温低于21 ℃时,雨夹雪出现在地面气温11～21 ℃时;纯雪发生在地面气温≤11 ℃时。     

丽水山地海拔对人体舒适环境的影响

利用2016—2020年丽水市358个区域自动气象站逐日气温、相对湿度、风速等观测资料,使用人体舒适度评价指标,应用数理统计方法研究丽水山地海拔对人体舒适环境的影响,从而对不同季节丽水山地人体舒适环境进行区划。结果表明：丽水山地年平均人体舒适度指数为586,属于“凉爽,较舒适”等级。人体舒适度指数随海拔的升高而降低,海拔每上升100 m,年平均人体舒适度指数下降08;盛夏7—8月人体舒适度指数递减率增至10/100 m,冬季降至06/100 m。夏季海拔约300 m以上区域人体感觉“较舒适”,其中盛夏7—8月海拔约800～1 800 m感觉“舒适”;春、秋季海拔约1 500 m以下感觉“较舒适”,500 m以下低海拔山区和平原地区人体感觉“舒适”;冬季海拔约1 500 m以上的高山区域表现为“冷”。     

城市水文过程对气象环境影响的模拟分析

采用引入城市水文过程的WRF/SLUCM方案,以北京2010年7月4—6日高温热浪天气为背景,模拟了绿地灌溉、绿洲效应和人为潜热等水文过程对城市气象环境的影响。结果表明:(1)绿地灌溉、绿洲效应和人为潜热等水文过程可导致北京城区13 ∶00(7月4—6日小时平均,下同)潜热通量升高最多约100 W·m^-2 ,02 ∶00升高最多约15 W·m^-2;感热通量13 ∶00降低最多约80 W·m ^-2;02 ∶00降低最多约5 W·m^-2 。(2)城市水文过程可导致城区13 ∶00相对湿度增加最多约4%,02 ∶00约6%;地表气温13 ∶00降低最多约1.2 ℃,02 ∶00约0.4 ℃。(3)城市水文过程对北京城市热岛强度的减弱效果白天明显好于夜间,且在10 ∶00—14 ∶00出现了强度约0.8 ℃的冷岛效应。(4)水文过程会导致北京城区500 m高度以下白天大气温度最多降低0.5 ℃,相对湿度最多增加3%,但夜间影响较小。由于热对流运动的减弱,城区边界层高度降低约200 m;城区1 km高度以上水平风速增大,低层风速减小。     

兰州市近50年城市热岛强度变化特征

利用1956-2005年兰州市日平均气温、日最高气温和日最低气温,分析了近50年兰州市城市热岛效应变化,并利用城区和郊区3种气温的倾向率计算了城市热岛强度倾向率和热岛增温贡献率。结果表明：1956-2005年兰州市3种气温的城郊差均呈逐年上升趋势,平均气温、最高气温和最低气温的倾向率分别为每10年0.371℃、0.169℃和0.654℃,其中,最低气温的城郊差上升最明显。近50年兰州市增温主要发生在后25年（1981-2005年）,前25年除城区最低气温外基本上以降温为主。后25年中,城区年平均气温、最高气温和最低气温倾向率分别为每10年0.789℃、0.997℃和0.625℃,郊区则相应为每10年0.493℃、0.790℃和0.077℃,其中最高气温增温最显著,最低气温增温最少;以年平均、最高和最低气温表示的城市热岛强度的倾向率分别为每10年0.395℃、0.188℃和0.674℃,热岛效应对城区增温的贡献率分别达到87.0%、49.6%和100%。冬季城市和郊区的平均气温和最低气温倾向率最大,但热岛增温贡献率最大的是春、夏季气温,而不是冬季气温;这可能主要与兰州市冬季严重的空气污染有关, 因为其对城市热岛有一定的抑制作用。20世纪80年代以后兰州市热岛效应有增强的趋势,但平均气温和最高气温的热岛增温贡献率除个别季节外有所下降。     

南京地区下垫面变化对城市热岛效应影响的数值模拟

利用新一代中尺度研究和预报模式(Weather Research and Forecasting Model,简称WRF)分别耦合多冠层、单冠层和平板模式三种情况进行南京地区2007年8月1日的天气过程模拟,分析不同城市冠层方案对南京气象场的模拟效果。在此基础上,结合模拟效果最好的城市冠层方案,研究南京城市下垫面的变化对其热岛的影响。结果表明:多冠层方案对近地面气温、10 m风场的模拟效果最好;城区的扩张使南京地区近地面气温升高,主要表现为城市区域夜间升温显著,并且导致热岛强度明显增强;城市扩张后,城区白天风速大范围地减小,同时热岛环流更加显著,且具有明显的城市热岛的"下游效应"。     

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。     

城市街区形态及冷却屋顶对冠层内辐射热通量的影响

在当前中国城市化进程愈演愈烈的情形下,城市热岛冷却效应的研究对于确立城市生态环境可持续化发展的正确途径等有重要意义。采用离线城市冠层模型分析了城市冠层中街区形态和屋顶材料的变化对辐射热量、表面温度及冠层内气温的影响。研究发现:建筑物高度、宽度以及街道宽度等参数的改变对冠层各表面温度的影响较大,当街道宽度增加3 m时,地面温度升高约3.5 K。但是街道宽度增加,多重反射导致的辐射截陷效应减弱,墙面上更多的热量释放出去,各墙面温度降低约1.5 K;冠层气温先增加,日出后降低约0.4 K。屋顶材料的改变对辐射及热通量和表面温度也有较大影响,与灰色水泥屋顶相比,采用高反照率白色涂料冷却屋顶后,屋顶净辐射热量损失约380 W m-2,屋顶表面温度降低约10 K。冠层内街区形态和屋顶材料对城市辐射热环境产生直接的影响。     

武汉市城市热岛强度非对称性变化

利用武汉市区气象站及其周边4个县气象站1960-2005年的气温资料,计算了46 a及分时段的季节和年平均气温、平均最高和最低气温倾向率,城市热岛强度倾向率及其贡献率。结果表明：46 a来,城区和郊区的平均气温均以上升趋势为主,最低气温增幅最大,最高气温增幅最小,甚至下降;冬季增幅最快,夏季增幅最慢,甚至下降,这是第一类非对称性。 城市热岛效应也存在增强趋势,以年平均、最低和最高气温表示的城市热岛强度倾向率分别为0.235℃/10 a、0.425℃/10 a和0.034℃/10 a,热岛效应贡献率分别达到60.4%、67.7%和21.8%,这是第二类非对称性。 46 a来的增温和城市热岛强度加强主要是最近23 a快速增温所致,进入本世纪增温进一步加剧。 摘要 计算了武汉市气象站、周边4县气象站平均的1960～2005年间以及前后两半时段四季和年平均、最高、最低气温倾向率,城市热岛强度倾向率和贡献率。结果表明：1）46年来,城区和郊区的平均气温均以增趋势为主,平均气温倾向率为正,最低气温增幅最大,最高气温增幅最小甚至下降,冬季增幅最快,夏季增幅最慢甚至下降,这是第一类非对称性;2）城市热岛效应也存在增趋势,以年平均、最低、最高气温表示的城市热岛强度倾向率分别为0.235、0.425、0.034 ℃/10a,热岛效应贡献率分别达到60.4%、67.7%、21.8%,这是第二类非对称性,3）46年来的增温和城市热岛强度加强主要是后23年快速增温所致,前23年气温变化不明显。武汉市气象站气温资料严重地保留着城市化影响,建议尽快迁站。 关键词 城市热岛强度 最高气温 最低气温 非对称性变化     

“台田-浅池系统”小气候的温度特征

"台田-浅池系统"是北方滨海盐碱地改良利用的重要模式之一,其人为对下垫面的改变在一定程度上会对小气候产生影响。以黄骅地区430 m×38 m的单个"台田-浅池系统"为研究对象,利用气象观测仪器对气温、地温和表面温度进行对比观测,分析温度特征。结果表明:1)凸出地面2 m高的台田的空气日均温、月均温、年均温均高于平整大田的,二者差值在1.0℃以内;台田气温日较差、月较差小于大田的,气温变化更为缓和。2)台田各层地温的日均值高于大田的,二者差异随土壤深度的增加而减少;台田地温日较差小于大田的,温度变化更为平缓,地温存在极显著差异(sig0.001)。3)台田表面温度日均值高于大田的,最大差值约2.4℃,日较差在冬半年低于大田的约1.0℃,夏半年高于大田的约2.0℃,表面温度之间存在显著差异(sig0.05)。4)浅池具有调温作用,"台田-浅池系统"共同形成的下垫面表面平均温度在夜间明显高于大田的,日间二者相近,平均差值为0.5℃,随季节略有不同,其中4-9月差值最小。5)"台田-浅池系统"符合地形小气候和农田小气候中气温要素的变化特征,但由于台田高度仅有2 m,这种地形小气候变化的幅度较小。