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。     

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     

上海城市热岛的变化特征

利用上海77个区域站2011—2014年逐时气温资料,运用城乡对比法分析了城市热岛(UHI)的时空变化特征。其次利用长三角20个国家站1961—2013年逐年平均气温资料,运用空间滤波法研究了上海城市化进程对城市热岛强度(I_UHI)的影响。结果表明:1961—2013年I_UHI整体上呈缓慢上升的趋势,I_UHI递增率达0.15~ 0.17 ℃/(10 a),年平均最大I_UHI达1.10~1.33 ℃,出现在2006年。上海城市化进程的加快有利于I_UHI的增大。21世纪以来I_UHI呈现减缓特征与全球气候变暖减缓的趋势一致。近年来,上海城区集中在外环以内,三个城市内部区域(内环区、中环至内环区、外环至中环区)I_UHI存在一致的日变化特征,但受到城区内部下垫面差异性影响,I_UHI呈现从内环区往外环依次递减的特征,并在夜间强热岛阶段最为明显。冬季I_UHI和I_UHI日变化均最大,秋季与之相当,春季次之,夏季最小。从I_UHI空间分布特征看,春夏季较为一致(即东部气温较低,西部气温较高,强热岛中心集中在西北部)、秋冬季较为一致(即东部气温较高,西部气温较低,强热岛中心稳定在城区附近),这可能与季风有关。      

天津城市热岛效应的时空变化特征

应用2008年天津市14个自动气象站逐小时资料和6h一次的地面常规资料,对天津城市热岛效应的时空特征进行了分析,结果表明：天津市热岛强度的日变化、月变化和年、季特征显著,且天津市热岛强度与城郊站的选择方法有密切关系。通过多元线性回归方法,分析了天津市热岛强度与云量、云高、风向、风速和相对湿度这5种气象要素的相关性,发现风速是影响天津城市热岛效应的显著气象因子,但总体而言气象要素对天津城市热岛效应的影响相对较小。     

南京夏季城市热岛时空分布特征的观测分析

利用2010年南京夏季城市热岛三维观测试验资料,分析了南京夏季典型天气条件下城市热岛的时空分布特征。结果表明,南京夏季高温晴天日平均热岛强度达1℃以上,夜间热岛强度稳定且强于白天,热岛分布具有方向性特征并与城市土地利用现状对应较好。白天,城市大气混合层的发展速度和高度均大于郊区;夜间,由于城市大气层结的不稳定及下垫面的粗糙特性,致使城市低空始终存在着一个对流混合层,其高度至少有250 m。城市下垫面高热量储存和强湍流输送的共同作用形成边界层内热岛,热岛强度总体上随高度递减,影响高度在白天约900 m、夜间约300 m。     

乌鲁木齐气温与城市热岛强度日内和季节变化特征

运用2013-2014年28个自动气象站的逐小时气温观测资料,分析了乌鲁木齐地区气温的日变化特征及季节特征。结果表明：1)城郊日最高气温出现频率最大的时次均为北京时间17时,出现频率在20%以上。日最低气温出现频率最大的时次为8时,频率在30%以上;2)年平均城郊气温差异即城市热岛强度在夜晚较大,早上7时左右达到最大,在1.5℃以上,白天较小,16时左右最小,仅有0.3℃左右;3)城郊日最高气温出现时间基本一致,但日最低气温出现时间有差别,冬季郊区最低气温出现滞后城区1小时,其他季节保持一致;4)城区逐小时城市热岛强度日内变化可分为三个阶段：8点到17点为下降时期,17点到22点为迅速上升时期,22点到第二天8点为稳定的强热岛时期;5)侯平均城市热岛强度年内变化,最大值发生在年终的第72候,为1.53℃,最小值发生在第秋末第67候,为0.33℃;6)综合来看,各季代表月平均城市热岛强度春季(4月)夜晚较强,夏季(7月)夜晚和白天都相对较弱,秋季(9月)夜晚最强,但白天最弱,甚至白天部分时刻(15到18点)出现了负值。冬季白天和晚上都比较强,是四季代表月份平均热岛强度最强的季节。     

巴基斯坦近40a气温时空变化特征分析

基于巴基斯坦不同气候区4个代表站(卡拉奇、雅各布阿巴德、奎达、德罗什)1979—2018年地面观测资料和ERA-Interim气温资料,利用一元线性回归、Mann-Kendall突变检验和Morlet小波分析,分析其气温时空变化特征。结果表明:(1)巴基斯坦过去40 a经历了先降温后增温的过程,除北部山区年平均气温增温趋势显著,四季总体都有增温,春秋两季增温趋势显著。巴基斯坦于1998年左右发生气温突变,年平均气温存在4~5、12、20~22和32 a的周期。(2)ERAInterim再分析资料与地面观测数据拟合分析显示两者相关性达到极显著水平,除北部山区外,在大部分区域误差较小,能够较好地反映巴基斯坦气温的变化特征。(3)巴基斯坦年、季平均气温空间分布地带性明显,高温区位于南部印度河平原、三角洲地区,低温区分布在北部山区,年、春季、秋季平均气温变化在空间上总体均呈现明显增长趋势.     

辽宁省积漫时空变化特征分析

积温与辽宁省的农业生产关系十分密切。80年代初对积温的大量研究已经证明：当大于等于10℃活动积温(以下简称10℃积温)较常年步200℃或以上时，全省粮食产量将下降8％。积温，尤其是10C积温，是辽宁省农业气候分析和区划中的主要指标，是表征辽宁省农业气候热量资源的重要特征量。因此，分析研究10℃积温的时空变化，不仅有助于进一步认识全省热量分布和变动情况，而且对于作物及其品种的合理布局、气候资源的合理开发和利用等均有直接的实际意义。     

2014-2017年西安市城市热岛、冷岛精细化时空特征分析

选取1971—2017年7个国家级气象站的气温资料,分析年代际气温变化特征及城郊温差、城县温差;选取2014—2017年103个国家考核区域气象站及7个国家级气象站逐时气温资料,利用标准化相对气温法,研究西安市城市热岛、冷岛的年、季平均空间分布特征,以及逐日热岛、冷岛变化规律。结果显示:1971—2017年城区、郊区和郊县气温均呈上升趋势,城区增温速率最大,郊县增温速率最小,进入21世纪后,城市热岛效应较为显著。西安市城市热岛、冷岛现象明显,且均呈"多中心"特征,热岛中心多为老城区及旅游中心,建筑物面积和人口密度占绝对优势;冷岛中心多为地势较高、水域绿被覆盖较大、非人口密集区的秦岭坡脚线附近。城区代表站的年、春季、夏季、秋季基本处于平稳状态,年、春季、夏季06—07时热岛强度最大,秋季、冬季23时热岛强度最大;郊区代表站和郊县代表站的年及四季热岛、冷岛强度均有明显的日变化特征,且变化趋势相反;郊区代表站10时热岛转为冷岛,春、夏季16—17时转为热岛,年及秋、冬两季19—20时转为热岛;郊县代表站年、春季、夏季06—07时冷岛强度最大,秋季、冬季2时冷岛强度最大,08时后冷岛开始减弱,12—13时为最弱后开始增强。     

甘肃省霜冻日期时空变化特征及影响因素

在全球变暖背景下,全面掌握甘肃省霜冻日期的变化规律,有利于提高霜冻灾害的预警能力,保护区域环境,促进气候资源合理开发。使用0 cm地面最低温度资料,采用线性倾向估计法得到霜冻日期的气候倾向率,利用Mann-Kendall法和滑动t检验法探测霜冻日期的突变时间,构建霜冻站次比表征霜冻的影响范围,利用标准差方法计算霜冻日期的稳定性,采用Hurst指数法预测霜冻日期的未来趋势,结合相关系数法分析霜冻日期的影响因素。研究表明:(1)初霜冻日期、终霜冻日期、无霜冻日数发生突变的年份分别为2002,1996和1999年。(2)霜冻日期年际变化幅度为无霜冻日数>初霜冻日期>终霜冻日期;河西变化幅度整体高于河东,对全省霜冻日期变化的贡献较大。(3)全省霜冻日期稳定性顺序为初霜冻日期>终霜冻日期>无霜冻日数,河西霜冻日期稳定性好于河东。(4)初霜冻日期、终霜冻日期、无霜冻日数分别遵循"北早南迟,西早东迟"、"北迟南早,西迟东早"、"北短南长,西短东长"的空间分布规律。(5)在未来,初霜冻日期推迟,终霜冻日期提前,无霜冻日数延长,但变化幅度略有差异,无霜冻日数>终霜冻日期>初霜冻日期;河西终霜冻日期提前达到全省平均水平,无霜冻日数或超过河东。可知,霜冻日期的迟早、长短、稳定性,是由初、终霜冻日期、海拔以及经、纬度综合作用的结果,主导因素显著性差异较大。无霜冻日数的延长,是由初、终霜冻日期稳定性变差所致。     

北京夏季城市热岛现状及楔形绿地规划对缓解城市热岛的作用

通过遥感技术与地面测定相结合的方法，对北京城市热岛现状作观测研究，得到北京城市地面的温度分布特点。使用北京大学城市边界层模式从气象观点就“楔形绿地”规划对北京城市气候的影响进行研究和评价，模式通过对城市地表复杂性和多样性的特征进行细致描述，建立了一个细致模拟城市特点的城市边界层能量平衡模式，并用此能量平衡模式得到的地面温度作为下边界条件，中尺度气象模式MM5做初始场和侧边界条件，建立一个最小分辨率为500 m的城市边界层模式系统，来研究城市边界层在中尺度背景场作用下的精细结构。通过个例模拟，模式能够较准确地模拟城市边界层的风温场分布情况，可以用来对楔形绿地规划进行模拟试验。通过对规划后的气象场在特定的气象条件下进行模拟，结果显示，建造大型的楔形绿地后，绿地区域及绿地周围约1 km以内的地区温度有所降低，降低的程度由规划前后的地表类型改变的剧烈程度、风速大小及与绿地的距离决定，但是这种规划方案却会因城市的下风方向的风速减小而导致通风不畅。     

重庆市2006年夏季城市热岛分析

利用2006年6～8月重庆市区和郊区的26个自动气象站逐小时的观测数据和重庆市地形高程数据等资料,对重庆市夏季的城市热岛效应进行了分析.结果表明,重庆市存在明显的热岛效应,2006年夏季的平均热岛强度值为1.0 ℃,最大日平均热岛强度达1.8 ℃.热岛效应的日变化明显,热岛强度夜间强,白天弱,2006年夏季夜间平均热岛强度为1.4 ℃,夜间最大达到了2.6 ℃,热岛效应加重了市区夜间的高温热害.高温干旱的出现主要影响夜间的热岛效应,使夜间的平均热岛强度增加了约0.7 ℃.通过GIS空间化表明,主城区的温度受地形和城市布局的双重影响,高温中心位于城区沿江一带.热岛效应受天气系统影响强烈,当有天气过程时,热岛效应将明显减弱;而在稳定的晴热天气背景下,热岛效应最明显.     

基于MODIS数据的城市热岛动态监测及时空变化分析

以人口密集、经济快速发展的福建省沿海地区为研究区，在遥感和地理信息系统技术支持下，采用经优选的MODIS遥感数据反演的地表温度，提取城市热岛和植被覆盖信息，对研究区城市热岛进行动态监测和时空变化分析，并对地表温度与植被覆盖的互动关系进行定性与定量分析。结果表明：福建沿海城市热岛面积整体上呈逐年增长趋势，福州和莆田更为明显；城市热岛主要集中在人口密集、工商业发达的区域，同时沿海平原的热岛效应比内陆山区更为显著；地表温度与植被覆盖呈负相关，并且相关系数逐年增长。     

北京地区城市热岛强度变化对区域温度序列的影响

通过对北京地区20个台站1961~2000年月平均温度资料的对比分析,证实热岛效应对城市气象站记录的地表平均气温的绝对影响随时间显著增大,近20 a尤为突出,但其相对影响即热岛增温对全部增暖的贡献却呈下降趋势。近40 a来,北京地区的国家基本、基准站平均温度距平序列与被认为不受城市热岛影响的郊区站平均温度距平序列差异明显,由于热岛效应加强因素引起的国家基本、基准站平均年温度变化速率为0.16℃/(10 a),对整个时期全部增温的贡献达到71%;近20 a来热岛效应加强因素使北京地区国家基本、基准站年平均温度每10 a增暖0.33℃,对该时期全部增温的贡献达到49%。城市热岛效应加强因素对国家基本、基准站季节平均温度上升的贡献在夏、秋季高,冬季最小。本文的结果说明,目前根据国家基本、基准站资料建立的全国或较大区域平均温度序列可能在很大程度上保留着城市化的影响,有必要做进一步的检验和订正。     

A NUMERICAL STUDY ON THE INFLUENCES OF URBAN PLANNING AND CONSTRUCTION ON THE SUMMER URBAN HEAT ISLAND IN THE METROPOLIS OF SHENZHEN

By means of the regional boundary layer model (RBLM), a study on the influences of the urban planning and construction on the summer urban heat island (UHI) in the metropolis of Shenzhen is performed. In the study, the current summer UHI distribution, the influences of the increasing high-density construction and the energy consumption on the summer air temperature distribution, and the influences of the urban ventilation corridor on the summer air temperature distribution are numerically analyzed. Some conclusions are drawn in the light of the study: (1) The summer UHI is more obvious in day time than that in night time in the summer of Shenzhen, and the maximum values of UHI intensity in the day time appear in the areas with high-density construction, which are located in Nanshan, Futian and Luohu and western Bao′an districts. (2) The increase of construction density and energy consumption in the urban area will lead to the increase of temperature near the ground, and the increase of temperature at nighttime is more obvious than that at daytime. (3) The ventilation corridor can effectively reduce the UHI intensity and can be taken as a method to eliminate the negative climatic effect caused by the increase of high-density construction and energy consumption in the future.     

SPATIAL AND TEMPORAL VARIATIONS OF EVAPORATION OVER SOUTH CHINA IN AUTUMN

The spatial and temporal variations of the instrument-based evaporation and actual evaporation in autumn during a 45-year period from 1960 to 2004 are studied using the observation data from 66 stations over South China. The results reveal that there are two main anomalous centers of the instrument-based evaporation in autumn in the central and northwestern parts of South China respectively. The instrument-based evaporation over the central part of South China in autumn experiences not only a decreasing trend but also a main interdecadal variation. The solar radiation is best correlated with the instrument-based evaporation among all affecting factors. For the actual evaporation, two main anomalous centers are located at the central and western parts of the South China respectively. The actual evaporation over the two regions illustrates an interannual variation. Among the affecting factors, precipitation is the most remarkable. The actual evaporation is usually 40 percent of the instrument-based one, and the overall rate has a slightly increasing trend from the southern part to the northern part of the South China in autumn.     

广西贵港地区极端高温日的时间变化特征及其环流背景

极端高温事件是我国南方夏季频发的天气灾害,区域性明显,持续性高温事件的环流背景及其影响机理值得深入研究。基于台站观测资料和欧洲中期天气预报中心的再分析资料,对1961—2010年广西东南部贵港地区发生的高温事件的时间变化规律及持续性高温天气过程对应的大气环流场演变进行了统计诊断分析。(1)广西东南部贵港地区的高温日主要出现在6—9月,其中7—8月是高温日频发的月份;3天以上的持续高温日数占总高温日数的6成;8—9月的高温日数具有明显的增加趋势。(2)桂东南在6—9月的持续性高温天气与一些特定的天气系统的存在有紧密联系。持续的下沉运动是造成广西东南部升温的主要原因,而导致垂直下沉运动的主要原因又与大陆高压、副热带高压或南海-菲律宾海出现的热带低压系统的北移路径偏东有关,持续时间较长的高温过程还与热带气旋的活动时间较长和强度偏强有关。(3)高压控制的晴空少云天气可导致地表接收更多的太阳辐射,使得地表温度的升高,从而导致地表向上的长波辐射及感热通量增强,加热近地面空气,这些有利于近地面升温的热力过程以及垂直下沉绝热加热过程的增强,使得高温天气过程得以维持。      

华南秋季蒸发量的时空演变特征

利用华南区域66个气象站点1960～2004年的观测数据分析了华南秋季蒸发皿蒸发量和实际蒸发量的时空变化.分析结果表明:华南中部和西北部是华南秋季蒸发皿蒸发量的两个主要气候变异中心区,华南中部秋季蒸发皿蒸发量具有以年代际变化为主的特征,并且在45年内总体上呈下降趋势.在影响蒸发皿蒸发量的因子中,太阳辐射与蒸发皿蒸发量的相关性最好,呈显著的正相关.对实际蒸发量而言,华南中部和西部偏西地区则是两个主要的变异中心,两区域的秋季实际蒸发量具有以年际变化为主的特征,降水对华南秋季实际蒸发量的影响最为显著,华南秋季实际蒸发量一般都在蒸发皿蒸发量的40%左右,并且比值总体上呈现微弱的由南向北递增趋势.     

低纬高原城市昆明的气候特征

以低纬高原城市昆明为研究对象，利用城市内的实测资料与城郊昆明气象站的资料进行了比较研究，分析了城市内外的气候特征、变化规律及其差异，得到了一些有益的结果，可为探讨低纬高原城市气候特征和形成机制、城市环境污染防治及城市建筑的规划、设计提供依据。     

我国大陆极端高温基于去趋势波动及排列熵法的时空分布特征研究

为进一步掌握我国大陆极端高温的时空分布特征,利用去趋势波动分析法确定全国83 个站点极端高温阈值,通过排列熵方法检测全国10 个区的极端高温周期和突变。结果表明,我国大陆极端高温频数主要以7 年、10～13 年和16～20 年三大周期变化;突变主要发生在1960 年代、1970 年代末和1980 年代初;1950 年代初极端高温频率年值最大,而后急剧下降,直至1980 年代中后期才出现明显的增长趋势;极端高温年频数均值南方较北方大,且大、小频数分布区域集中。