城市热岛效应研究概况

随着我国城市化进程的不断加快,城市中的环境污染问题也日益严重,表现为城市比周围非城市化地区的地表和大气温度要高的热岛效应作为这些环境问题中的典型代表有着重要的研究意义。近几十年来国内外的有关专家从微观及宏观层面上对城市热岛效应的产生原因、造成影响、变化规律、缓解措施等方面进行了一系列的研究与探索。由于城市测点有限,过去的研究尚不能全面反映出研究区热岛效应。遥感科学和技术的发展,为城市热岛效应的研究提供了有利条件。本文介绍了热红外遥感技术在热岛研究中的应用及城市规划对城市热岛效应的影响,并展望了该领域的发展前景。     

城市景观格局与热岛效应研究进展

概述了城市景观格局和城市热岛效应及城市景观格局对城市热岛效应影响等领域的研究现状,探讨了城市景观格局对城市热岛效应的影响作用,并结合城市景观格局研究中的新领域——景观格局优化,提出了解决城市热岛问题的新思路,即通过优化景观格局来达到缓解甚至消除热岛效应。展望了城市景观格局和城市热岛效应研究领域存在的问题和面临的任务。     

重庆市城市热岛效应变化特征及减缓措施

利用1961～2016年重庆市逐日气温资料,分析讨论了重庆市主城区56年城市热岛效应的变化趋势和年变化特征,并利用2009～2016年的逐时气温资料分析讨论了城市热岛效应的日变化特征。结果表明:56年来重庆市城市热岛效应总体呈上升趋势,各季节中盛夏上升最明显;重庆市城市热岛效应存在明显的年变化特征,盛夏的热岛效应最强,初春次之,仲春至初夏的热岛效应最弱;重庆市城市热岛效应具有较明显的日变化特征,各季节热岛效应均表现为白天弱,夜间强。重庆市城市热岛效应的形成及其变化,既受到地理位置、气象条件等自然因素的影响,更由城市下垫面变化(绿地和水体的面积及分布)、大气污染、人为热排放等城市化进程因素所决定。结合重庆城市特点综合运用多种措施可以减缓重庆城市热岛效应。      

兰州城市热岛效应特征及其影响因子研究

利用1958-2003年兰州及临近两个乡村气象站气温资料,研究了兰州城市热岛效应特征和导致热岛效应季节差异及其年代际变化趋势的主要气象因子。结果表明：近40多年来,兰州城市热岛效应一直呈增强趋势,热岛效应在冬季尤为显著;在日变化中以02：00热岛效应最为明显,而14：00效应较小。冬季逆温层、夏季城市下垫面对热岛效应的季节差异影响较大。城市发展导致热岛效应增强,而部分气象要素的年代际异常加剧了热岛效应。     

基于MODIS的安徽省代表城市热岛效应时空特征

利用2001—2010年覆盖安徽省的MODIS数据,选取在气候、地理、城市化等方面具有代表性的合肥、芜湖、阜阳作为研究对象,并结合GIS技术,分析地表温度的日变化及季节变化特征,得到安徽省代表城市热岛效应的时空分布。结果表明:安徽省省会合肥的热岛效应最为显著,安徽省南部代表城市芜湖的热岛效应强于北部代表城市阜阳, 同时具有显著的日变化和季节变化特征。近10年来,安徽代表城市热岛面积和热岛强度均呈增加趋势,但合肥热岛强度大于3 ℃的极端热岛效应有一定缓解。白天大片水体对缓解城市的热岛效应作用明显,而夜晚则不明显,甚至成为地表温度的高值中心。夏季地表温度与归一化植被指数的负相关最显著,即提高城市植被覆盖度对降低地表温度和缓解城市热岛效应有重要影响。     

太原城市化进程对城市热岛的影响

采用城市化的多项要素指标,系统考察了太原1980-2009年期间城市化的发展对其城市热岛效应的影响关系,发现城市化的发展是导致城市热岛效应形成和加剧的主要原因.认为:①近30年,太原市郊区的增温率为0.51℃/10a,市区的增温率为0.90℃/10a,热岛强度的增温率为0.39℃/10a,热岛效应不断增强;②各类城市发展指数与城市热岛效应都有很好的相关关系;③太原城郊温差和总人口对数呈线性相关关系,其长期变化相关系数为0.81;④太原城郊温差和城市房屋建筑面积对数呈线性关系,其长期变化相关系数为0.85.     

短期大规模人口流动对上海市城市热岛效应的影响

城市热岛效应是一种非常重要的局地气候现象,随着全球变暖和城市化快速发展,城市热岛效应受到越来越多的关注和研究。以往的研究表明人口聚集和人口数量对城市热岛效应和区域城市气候会产生显著的影响。但是,人口短期的快速迁移流动对城市气候是否存在影响以及影响的程度多大尚不清楚。本文利用世界上每年最大规模的人类迁徙——春节人口流动来探讨人口短期快速流动对国际化大都市上海城市热岛效应的影响。研究结果表明,2000~2015年上海市春节周日最高温、日均温和日最低温城市热岛强度分别为0.35℃、0.90℃和1.53℃,相对于背景场(春节前2~4周和春节后2~4周的平均值),分别低了0.16℃、0.11℃和0.15℃,相对变化分别为31.4%、10.9%和8.9%。由此可见,人口短期快速迁移流动是影响热岛效应和城市气候一个重要因素,但是人口流动对城市热岛效应的影响是复杂的,其效应与气候背景、天气状况、城市规模、城市人口流动特征及分布甚至城市烟花爆竹燃放(通过影响气溶胶、云量及废热影响城市热岛效应)等因素交织在一起,未来仍需开展进一步的深入研究。     

1961-2004年惠州城市与乡村气温变化的对比

根据惠州城市和乡村1961-2004年逐月平均气温资料,对比分析了全球变暖背景下惠州城市和乡村的气温变化。结果表明：城市和乡村年平均气温均表现为增加趋势,气候倾向率分别为0.21和0.13 ℃/10 a,其中冬季变暖最明显。城市气温的增温率和增温幅度都高于乡村,城市化、工业化和人类活动引起的城市热岛效应对城市气温变化有重要影响,年和四季城市热岛效应的增温贡献率为28.9%～56.3%。1990年代中期开始的10 a与前34 a相比,城市年和四季热岛效应增温幅度平均为0.19～0.27 ℃,全球变暖效应增温幅度平均为0.17～0.73 ℃。城市热岛效应对1990年代城市气温突变有重要影响。     

1961-2004年惠州城市与乡村气温变化的对比

 根据惠州城市和乡村1961-2004年逐月平均气温资料,对比分析了全球变暖背景下惠州城市和乡村的气温变化。结果表明：城市和乡村年平均气温均表现为增加趋势,气候倾向率分别为0.21和0.13 ℃/10 a,其中冬季变暖最明显。城市气温的增温率和增温幅度都高于乡村,城市化、工业化和人类活动引起的城市热岛效应对城市气温变化有重要影响,年和四季城市热岛效应的增温贡献率为28.9%～56.3%。1990年代中期开始的10 a与前34 a相比,城市年和四季热岛效应增温幅度平均为0.19～0.27 ℃,全球变暖效应增温幅度平均为0.17～0.73 ℃。城市热岛效应对1990年代城市气温突变有重要影响。     

基于Landsat卫星资料的苏州城市热岛效应遥感分析

为了对苏州市快速城市化进程中的热岛效应进行研究,采用三个时期的Landsat/TM遥感影像资料来反映地表热辐射信息。基于CART决策树分类得到每个时期的土地覆盖分类图,然后通过单通道算法反演得到地表温度,并对2个时期的地表温度进行标准化分级处理,计算得到采取本文定义,1986,1995及2004年的热岛面积指数分别为4.87%,11.10%和37.87%。研究了城市化过程中城市热岛强度和空间分布变化,分析了土地覆盖变化对热岛效应的影响。结果表明,苏州市存在比较明显的城市热岛效应,并且在20多年中随着城市化过程热岛范围进一步扩展。     

基于Landsat卫星数据的山东临沂市热岛效应研究

利用Landsat卫星数据分别反演了2005年和2014年临沂市的地表温度和不透水层指数，分析了城市化进程对临沂市热岛效应的影响。结果表明，2005年临沂市表现为中等强度的热岛效应，2014年表现为强热岛效应。利用地面站点资料统计分析来看，2005～2014年，临沂市热岛强度总体呈波动增加的趋势,冬季最强，春秋季次之，夏季较弱。分析城市化因子发现，城市经济、人口、用电消耗、城市房屋面积增量等多个因素对城市热岛强度变化的影响，其相关系数分别为0.86、0.82、0.67、0.81，其中房屋面积增量与热岛强度增强密切相关。从不透水层指数分布图的动态变化来看，也说明了城市化进程中城镇建筑和硬化的路面的增多导致了热岛强度的增强。     

成都地区夏季城市热岛变化及其与城市发展的关系

利用2000-2010年MODIS地表温度产品影像,结合DMSP/OLS夜间灯光数据,分析了成都地区夏季城市温度场及其城市热岛变化的分布特征及其演变规律。结果表明：随着城市化加快,成都地区夏季热环境发生了较大变化,整个区域以中温区向次高温区转换为主。成都地区热岛效应昼夜变化较大：白天热岛面积不断增大,与周围卫星城热岛连成一体,2000年和2010年城市热岛对区域的增温贡献分别为0.13℃和0.29℃,变化量达0.16℃,夜间并不存在大面积强热岛区。旧城区内城市热岛面积有所增加,但不显著,城市扩展区内热岛的规模显著增大,2010年较2000年新增强热岛区域面积166.43 km²,变化幅度达54%。高城市化水平的成都市地区的日较差相对于周边低城市化水平地区明显减少。同时,城市热岛还与人口的平方根具有很好的正相关关系,成都地区非农业人口规模每增长100万人,热岛效应强度增加0.4℃。     

Numerical studies on urban heat island associated with urbanization in yangtze delta region

The impact of modifications of the surface characteristics on local climate is simulated with a numerical mesoscale model in the Yangtze delta region, east of China. The simulated reference case with the current surface properties shows that there is urban heat island in Shanghai city which is located in the center of this region. The mod-ifications of surface characteristics due to the urbanization around Shanghai will lead to the change of local air circu-lation and redistribution of surface temperature. Simulation for this case shows that the urbanization around Shanghai has little effect on Shanghai, but will extend the area of heat island. Another case is assumed that the area of grassland is kept as 50% while the urban areas are extended. Compared with the case of pure urbanization, the max-imum reduction of surface air temperature is 2.0oC in the daytime and 2.3oC at night.     

城市气候效应研究进展

城市是人类社会发展的必然产物.随着城市的快速发展,城市气候效应凸显,并对社会经济可持续发展和人体健康等造成影响.基于国内外已有的研究成果,综述了城市气候效应,包括城市热岛效应、雨岛效应、混浊岛效应、于岛效应和雷暴岛效应的研究历史、现状及其与城市化、天气气候变化的相互关系,并对未来城市气候效应的研究方向及技术方法进行了展望.     

格点资料在城市气候变化研究中的应用

为了解浙江省城市增暖的地域差异及其受热岛效应影响的程度,对杭州、宁波、温州3个城市的气候变化趋势进行了分析。为减少观测资料的非均一性,运用最优插值法将浙江省1971—2010年62个站点资料的信息植入到NCEP月平均温度资料的背景场中,得到格距为5 km的格点资料。研究结果表明:3个城市在近40年表现出明显的增温趋势,城区增温明显快于乡村的。各地区增温率的时空变化存在一定差异,与人口密度、工业总产值、用电量及车辆拥有量等经济数据的分布及变化基本一致。沿海城市温州增温率最小,但城乡差异最明显。同样为沿海城市的宁波,由于经济发展地域差别较小,虽表现最明显的增温,但城市热岛效应最弱。3个城市的热岛效应及热岛增温贡献率均存在明显的季节变化:杭州的热岛效应呈春、夏、冬、秋依次减弱的变化规律;温州则呈春、秋、冬、夏依次减弱的变化规律;宁波类似于城市群发展的模式,导致其热岛效应较不明显,以夏季和秋季最强。城市化发展引起的增暖占有较大的比重,杭州和温州年平均气温的增加大约有1/3是由城市化引起的,其中杭州夏季热岛增温贡献率达到2/3以上,温州春、夏季热岛增温贡献率均达到43%左右,宁波城市热岛增温贡献率相对较小,夏季的最大,为20%左右。     

昌吉市城市热岛效应的分析

通过对昌吉市和呼图壁县40多年的气温资料的统计分析,得到了昌吉市随着城市发展而产生热岛效应的变化过程;分析了昌吉市城市热岛效应对气温日变化、季节变化的影响,得到了气温变化的定量分析结果。     

The future urban heat-wave challenge in Africa: Exploratory analysis

Urbanization and climate change are among the most important global trends affecting human well-being during the twenty-first century. One region expected to undergo enormous urbanization and be significantly affected by climate change is Africa. Studies already find increases in temperature and high temperature events for the region. How many people will be exposed to heat events in the future remains unclear. This paper attempts to provide a first estimate of the number of African urban residents exposed to very warm 15-day heat events (>42 °C). Using the Shared Socio-economic Pathways and Representative Concentration Pathways framework we estimate the numbers of exposed, sensitive (those younger than 5 and older than 64 years), and those in low-income nations, with gross national products of $4000 ($2005, purchasing power parity), from 2010 to 2100. We examine heat events both with and without urban heat island estimates. Our results suggest that at the low end of the range, under pathways defined as sustainable (SSP 1) and low relative levels of climate change (RCP 2.6) without including the urban heat island effect there will be large populations (>300 million) exposed to very warm heat wave by 2100. Alternatively, by 2100, the high end exposure level is approximately 2.0 billion for SSP 4 under RCP 4.5 where the urban heat island effect is included.     

长沙城市化进程对局地气候的影响

利用1961—2010年湖南省长沙及周边郊县共5个气象站的逐日气温、降水和相对湿度观测数据,在对各气象要素资料序列进行均一性检验和订正的基础上,以郊县站作为背景场,系统地分析了长沙城市化不同阶段对城市气候的影响。结果表明:受城市化的影响,近50年长沙市区地面气温及其上升速率远高于郊县的,城市热岛效应明显,热岛效应对市区年平均气温的增温贡献率达30%,且主要出现在20世纪90年代之后,四季中城市化贡献率的最大值出现在夏季,秋季和春季的次之,冬季的最小。50年来长沙市区和郊县年降水量差值序列呈显著增加趋势,长沙城市雨岛效应较为显著,且主要发生在春季和夏季,城市化带来的雨岛效应加速了长沙降水结构两极分化,使城市内涝发生的概率进一步增大。50年来长沙市区和郊县年平均相对湿度及其差值的变化趋势均不显著,就全年平均而言,长沙的城市干岛效应并不明显,但近20年来干岛效应显著增强;分季节来看,近50年干岛效应主要发生在夏季。