低纬高原地区城市化对室内外气温的影响研究

以低纬高原城市昆明市为研究对象 ,利用由于城市扩大而受到影响的昆明气象站室内外气温资料和未受城市影响的太华山气象站气温资料 ,以及城市建成区面积和城市人口资料 ,通过比较分析 ,得出以下结果 :昆明地区受全球气候变暖影响年平均气温约升高 0 .5℃ /3 0a ;由于城市面积扩大导致昆明的室内外气温均升高 ,其中室内气温升高幅度大于室外气温 ,干季大于雨季 ;不论是干季还是雨季 ,城市增温效应与城市建成区面积、城市人口均有较好的相关关系。城市建成区面积增加对平均气温的影响较大 ;而城市人口增加对平均室内气温的影响较大。城市建成区面积每增加 1km2 ,年平均室内气温将升高 0 .0 0 5 4℃ ;年平均气温升高 0 .0 12℃。而城市人口增加 1万人 ,年平均室内气温升高 0 .0 2 5 9℃ ;年平均气温升高 0 .0 0 98℃。以上结果有助于深入探讨城市化对城市气候的影响机制 ,为城市建筑的规划、设计提供一定的参考依据。     

低纬高原地区城市对室内外气温的影响研究

以纸伟高原城市昆明市为研究对象，利用由于城市扩大而受到影响的昆明气象站室内外温资料和未受城市影响的太华山气象气温资料，以及城市城区面积和城市人口资料，通过比较分析，得出以下结果，昆明地区受全球气候变暖影响在平均气温约升高0．5℃/30a；由于城市面积扩大导致昆明的室内外气温均升高，其中室内气温升高幅度大于室外气温，干季大于雨季；不论是干季还是雨季，城市增温产应与城市建成区面积、城市人口均有较好的相关关系。城市建成区面积增加对平均气温的影响较大；而城市人口增加对平均室内气温的影响较大。城市建成区面积每增加1km^2，年平均室内气温将升高0．0054℃，年平均气温升高0．012℃，而城市人口增加1万人，年平均室内气温或高0．0259℃；年平均气温升高0．0098℃，以上结果有助于深入探讨城市化对城市气候的影响机制，为城市建筑的规划、设计提供一这的参考依据。     

关于东亚夏季风指数的比较

以热带城市景洪市为研究对象，利用因城市扩大而受影响的景洪气象站室内外气温资料和受城市影响较小的云南热带作物研究所气象站气温资料，通过比较分析，得出以下结果：由于城市面积扩大导致景洪室内外气温均有升高趋势，其增温强度干季大于雨季；而对室内外气温的影响效应与亚热带的昆明站和温带的北京朝阳站相反，室内气温升高幅度小于室外气温。以上结果有助于深入探讨不同地区城市化对城市气候的影响机制提供科学数据，并为城市规划、建筑设计提供参考。     

对喜马拉雅山脉中段6个台站的气候变化分析

利用喜马拉雅山脉中段南、北两侧6个气象站1971-2007年逐月气温、降水资料,分析了该地区气候变化趋势、异常及突变特征。结果表明：喜马拉雅山脉中段南、北两侧年、季平均气温均呈明显上升趋势,冬半年升温幅度大于夏半年。年及夏半年平均气温均为随年代升高趋势,而冬半年气温在20世纪80年代较70年代略偏低,90年代后又逐渐升高。21世纪前7 a升温最为显著,较20世纪70年代升高0.6～1.1℃。1997年该地区南侧年平均气温发生突变,突变后增温趋势更加明显。20世纪90年代末以来,异常偏暖年份出现的几率明显增加,且南侧多于北侧。喜马拉雅山脉中段北侧年及冬夏半年降水均呈增多趋势。南侧年和夏半年降水呈减少趋势,冬半年为增多趋势。降水异常出现在20世纪80、90年代,21世纪后降水出现异常的概率明显减少。近40 a,北侧气候具有暖湿化趋势;南侧冬半年与之类似,但夏半年及全年呈暖干化趋势。     

4种城市下垫面地表温度年变化特征及其模拟分析

利用对沥青、水泥、裸地和草地等4种城市下垫面地表温度的2年观测资料,系统分析了4种城市下垫面地表温度年变化特征及其影响因素,建立了地表温度模拟模型.主要结果:(1)4种城市下垫面日平均温度、日最高温度、日最低温度的年变化特征总体与气温一致,不同下垫面间温度差异在夏半年均大于冬半年.(2)沥青、水泥、裸地和草地的日平均温...     

1981—2020年北京城市热岛效应时空特征及其影响因素分析

在气候变暖和快速城市化背景下,北京一直面临着城市热岛效应带来的环境问题。基于北京市1981—2020年逐日气温观测资料,采用线性回归、克里金插值和相关性分析等方法,研究了北京市城郊气温变化趋势以及北京市城市热岛强度(Urban Heat Island,UHI)的时空变化特征,并评估了气象因素、人口密度和土地利用/覆盖类型对城市热岛效应的影响。结果表明:近40 a来北京市城郊区的平均气温均呈上升的变化趋势,且城区气温增幅大于郊区,表明北京市UHI上升趋势显著。就季节而言,北京市冬季UHI最强(1.22 ℃),秋季次之,春、夏最弱,其中秋季UHI增幅最大。同时,北京市城市热岛效应范围也在逐渐扩大,其中城六区为高值区,热岛区由西北向东南方向延伸至城市副中心通州区,朝阳区和通州区增温趋势明显。2000年以来,北京市冬季UHI出现了显著的增加趋势,高值区UHI增加至1.6 ℃。此外,主成分分析表明人口、建设用地和气压对城市热岛效应的形成起促进作用,而风速和耕地是缓解城市热岛效应的重要影响因素。     

1961-2009年三江源地区气候变化特征分析

利用三江源地区18个气象台站1961—2009年气温、年最高气温、年最低气温、降水量、降水日数等资料,分析了该地区年最高气温、年最低气温、降水量、降水日数等气候要素的变化趋势。研究表明:近49年来三江源年平均气温、年平均最高气温、年平均最低气温均在升高,升高速率平均最低气温明显大于平均气温和平均最高气温,年平均气温的升高主要是由最低平均气温升高引起的;三江源年和四季降水量均呈增多趋势,冬、春季降水量增幅最明显,年降水量变化的空间分布北部增多而东南部减少,年降水量除20世纪70年代—21世纪初均呈增加趋势;年和冬、春季≥0.1mm降水日数增加,而夏秋季降水日数减少;年和冬、夏、秋季潜在蒸散量呈显著性增加趋势,春季变化则不明显;年和四季平均风速均呈显著下降趋势;年和四季日照时数变化不显著。     

不同气候情景下华北平原蒸发与径流时空变化分析

基于中国气象局国家气候中心生成的IPCC第四次评估报告中23种气候模式的情景集成数据,采用Schreiber公式和Thornthwaite方法计算实际蒸发和径流,分析了2001-2060年SRES A1B、A2和 B1这3种情景下,华北平原气温、降水、蒸发与径流的时空变化。结果表明：未来华北平原气温呈升高趋势,且冬半年升温幅度大于夏半年;降水亦呈增加趋势,而冬半年降水增加幅度小于夏半年;与此相应,华北平原蒸发和年径流呈增加趋势,增幅和空间差异随时间推移而增大,到2041-2060年蒸发将上升7.1%～9.4%,径流将增加8.7%～10.7%。     

基于CMORPH资料的长三角城市化对降水分布特征影响的观测研究

利用CMORPH卫星降水资料和NCEP风场资料,综合分析了长江三角洲地区南京、杭州、上海、苏州等主要城市的降水分布特征,结果表明:长三角城市效应主要表现在对夏半年降水强度空间分布的影响,具体表现为在700 hPa平均引导气流控制下,城市中心和下风向地区的夏半年降水强度比上风向地区增加5%～15%,最大值通常位于城市中心下游20～70 km。冬半年主要城市周围的降水量、降水时间和降水强度的空间变化都比较小,城市效应对降水分布特征没有明显的影响。长三角城市因地理位置的差异,不同城市降水的下游效应存在差别。夏半年南京、杭州、无锡、苏州、常州等城市的下风向地区比上风向地区降水强度明显增加,城市效应显著。上海和宁波受到海洋影响明显,夏半年低层海风侵入范围较广,夏季降水强度的高值中心偏向海风的下游方位,可能是受到海风环流和城市热岛环流的共同影响。距离上风城市较近的镇江等城市,降水强度的分布受到上风城市降水强度下游效应的影响。     

河北高速公路交通事故特征及其气象预警模型

利用2015年10月至2018年10月河北省高速公路交通事故资料和109个国家站地面常规观测资料,对比分析夏半年和冬半年高速交通事故的时间变化特征及与气象要素的关系,利用主成分分析方法筛选出对交通事故影响较大的气象因子,并引入二元Logistic回归模型,分别建立夏半年和冬半年高速交通事故气象预警模型,并对模型进行精度检验。结果表明:河北高速公路交通事故具有明显的日、月变化特征,夏半年事故量是冬半年的1.4倍,且夏半年事故量月波动较冬半年弱;夏、冬半年交通事故日变化均呈"M"型分布,白天远高于夜间,峰值分别出现在10:00和15:00,且夏半年各时次(18:00—20:00除外)事故量高于冬半年。河北高速交通事故气象预警模型综合了湿度、降水量、风速、气压因子,而冬半年还增加了温度因子,预警模型对低于或等于事故发生众数的样本预测正确率均在99%之上,而对高于事故发生众数的样本错判率较高,但整体精度仍在80%以上,说明模型对高速公路交通预警有一定参考意义。     

PRELIMINARY STUDY OF INDOOR FEATURES OF TEMPERATURE AND HUMIDITY FOR ROOMS FACING NORTH-SOUTH IN WINTER IN A LOW-LATITUDE PLATEAU CITY

Analyzing observations of wintertime air temperature in both indoor and outdoor surroundings in Kunming, a city lying in low latitudes, characteristics of temperature and humidity have been studied for the interior of rooms facing north-south under different weather conditions. Significant warming effect has been identified in terms of lowest and daily-mean indoor temperature in the area of Kunming. The heating amplitude ranges from 7.7°C to 10.0°C and from 4.6°C to 5.8°C for the interior part of rooms facing the south and from 4.6°C to 7.0°C and from 1.3°C to 4.4°C for the interior part of rooms facing the north, respectively for the two elements. The highest air temperature is higher indoor than outdoor for rooms facing the south, but otherwise is usually true for rooms facing the north. Additional findings point out that buildings not only help maintain relatively warm indoor temperature but delay its variation. The diurnal cycle of temperature indoor is smaller and ranges by 40% ~ 48% for south-facing rooms, and by 20% ~ 30% for north-facing rooms, than outdoor, and the highest temperature is about 2 hours late inside the room than outside. It shows how inertly indoor temperature varies. The work also finds that relative humidity is less indoor in southward rooms than in northward ones and difference is the largest on fine days but the smallest when it is overcast. For the diurnal variation, the indoor relative humidity is large at nighttime with small amplitude but small during daytime with large amplitude. The above-presented results can be served as scientific foundation for more research on climate in low-latitude cities and rational design of urban architectures.     

BECAPEX科学试验城市建筑群落边界层大气环境特征及其影响

20 0 1～ 2 0 0 3年在北京实施了大气边界层动力、热力、化学综合观测试验 (BECAPEX ,BeijingCityAtmosphericPollutionObservationFieldExperiment) ,获取了北京城市大气动力和大气化学三维结构图像。综合观测试验分析研究发现 ,城市区域呈非均匀次生尺度热岛分布 ,并伴随着城市次生尺度环流 ,影响了局地空气污染物分布特征。MODIS卫星遥感 地面观测资料经过变分分析 ,可发现北京城市空气污染与周边区域影响源有密切关系 ,并影响城市群落环境气候特征 ,导致该区域日照、雾日、低云量和能见度呈显著年代际变化趋势。     

1978—2008年城市化对北京地区气温变化影响的初步分析

应用北京地区20个常规站1978-2008年经均一性序列多元分析方法均一化处理的气温数据,初步分析了北京地区城市化对年平均和不同季节日最高、最低以及平均气温的影响。结果表明,1978—2008年,年平均日最低、平均气温空间分布自北向南、自西向东,温度逐渐升高,在城区达到最高,日最高气温表现为从西向东南逐步升高,在城区形成较为明显的热岛。温度变化趋势表明,各站日最低气温、平均气温、最高气温均呈升温趋势。城市化对北京地区城区及近郊区站点日平均气温和最低气温影响最大,对自北部佛爷顶至昌平到城区一带站点的最高气温影响最大。城市化对北京(观象台)站的增温影响最为明显,对城区站点温度平均的增温影响次之,对全市站点温度平均的增温影响最小。城市化对观象台站、城区站点平均、全市站点平均日平均气温、最低气温的年平均、各季节均非常显著,其中在秋季影响最大,对日最高气温的影响则是在夏季最大。     

北京及周边地区城市尺度热岛特征及其演变

采用北京及市郊地区共16个标准国家气候站的1961～2000年40年温度资料对北京及周边地区的城市尺度热岛特征及其演变进行了研究.研究表明北京城区与郊区温度是同位相升降,且郊区温度一直低于城区.其温差维持并同位向振荡,温度逐年升高,城区与郊区温差逐年增大,表明北京热岛效应一直稳定存在,而且北京的热岛效应在随时间加剧.以海淀为代表的北京城区大部热岛效应显著,门头沟、石景山、丰台、房山和通县等地是局地升温的显著区域.因此,北京具有城市、卫星城市"热岛"多中心的复杂特征.分析热岛效应增强的趋势表明世纪末的10年与80年代的10年相比,北京城区与郊区的热岛效应增强趋势显著.特别是以海淀为代表的北京城区大部,热岛效应进一步明显增强;北京的东南部的局地升温效应加剧,通县也是一个明显的升温区域,并有一个从河北省伸向北京东南部的"暖脊". 尺度滤波分析表明,北京城市热岛效应10年变化的增强区域与城市位置十分吻合.北京城市热岛效应还具有中尺度特征.以海淀为代表的北京城区大部是热岛的主要中心,主中心内还有几个更小的高中心嵌套其中,分别位于三环路以内的西部和北部.北京城郊热岛效应发展趋势仍是严峻的,须进一步努力进行北京及周边地区环境的改善.     

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。     

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。     

Modeling the relative roles of the foehn wind and urban expansion in the 2002 Beijing heat wave and possible mitigation by high reflective roofs

Rapid urbanization has intensified summer heat waves in recent decades in Beijing, China. In this study, effectiveness of applying high-reflectance roofs on mitigating the warming effects caused by urban expansion and foehn wind was simulated for a record-breaking heat wave occurred in Beijing during July 13–15, 2002. Simulation experiments were performed using the Weather Research and Forecast (WRF version 3.0) model coupled with an urban canopy model. The modeled diurnal air temperatures were compared well with station observations in the city and the wind convergence caused by urban heat island (UHI) effect could be simulated clearly. By increasing urban roof albedo, the simulated UHI effect was reduced due to decreased net radiation, and the simulated wind convergence in the urban area was weakened. Using WRF3.0 model, the warming effects caused by urban expansion and foehn wind were quantified separately, and were compared with the cooling effect due to the increased roof albedo. Results illustrated that the foehn warming effect under the northwesterly wind contributed greatly to this heat wave event in Beijing, while contribution from urban expansion accompanied by anthropogenic heating was secondary, and was mostly evident at night. Increasing roof albedo could reduce air temperature both in the day and at night, and could more than offset the urban expansion effect. The combined warming caused by the urban expansion and the foehn wind could be potentially offset with high-reflectance roofs by 58.8 % or cooled by 1.4 °C in the early afternoon on July 14, 2002, the hottest day during the heat wave.     

昆明城市热岛效应立体分布特征

利用低纬高原城市昆明城内外垂直观测资料，探讨了低纬高原城市的城市气候立体分布特征，通过比较分析，得出如下初步结果：昆明城市热岛效应不仅在地面附近存在，而且在城市上空也存在；其城市热岛效应为夜间强，影响高度高（＞50m)；昼间弱，影响高度低（＜50m)；近地面强，上空弱；昆明城市区域的气温垂直分布昼间为随高度增高温度递减，而夜间为逆温分布；受昆明城市周边环境影响，昆明城市热岛效应最大值中心呈现随高度增高而偏多现象。如此的气温立体空间分布，将对城市污染扩散、建筑物的设计、城市节能等产生影响。     

北京奥运会开幕式期间的中尺度天气系统研究

利用北京地区稠密的地面观测网资料以及北京市观象台、海淀、上甸子3部风廓线仪的观测资料,通过分析2008年8月8日北京奥运会开幕式期间发生在北京地区的降水过程,讨论了此次过程中在环境风场、地形和城市热岛作用下,中尺度系统发展或减弱的可能机制及对城区降水的影响。结果表明:城市热岛和地形作用形成的次级环流圈对城区南北两侧的影响不同,在城区南侧,次级环流圈使南风减弱,同时受次级环流圈下沉气流影响,中尺度系统北上时会减弱;在城区北侧,次级环流圈使南风加强,中尺度系统南下时会使气流辐合增强,有利于中尺度系统发展。当环境风场是较弱的偏南风时,城市热岛-地形次级环流圈在城区1500 m以下形成辐合,以上辐散,在3000 m左右辐散最强,不利于北上的中尺度系统向城区发展形成降水。     

北京地区热岛非均匀分布特征的卫星遥感-地面观测

针对北京城市热岛的空间变化特征及其发展趋势,重点探讨了北京城市热岛总体演变趋势及其多尺度非均匀分布特征与城市建筑群面积、中高层建筑群空间布局的相关关系。采用晴空过程北京城郊地面自动气象站AWS(Automatic weather station)气温观测真值对卫星遥感云顶黑体温度TBB(Temperature of black body on the top of cloud)高分辨率场实施变分订正,解决城市热岛研究中高分辨率卫星遥感的客观性订正问题。研究结果揭示了北京城市建筑群面积及中高层建筑群布局对城市热岛群总体演变趋势、多尺度热岛群非均匀分布特征的显著影响效应。结果表明,北京晴空过程城区及近郊区多尺度热岛效应可由强、弱程度不同的热岛群"合成",北京地区热岛分布呈多尺度非均匀特征,即城区东西两侧为强热岛区,城西北园林区与古城中轴线区域为相对弱热岛区;在北京城市高速发展背景下,城郊街区热岛群的非均匀分布特征与城市建筑群布局之间存在着相关关系;城市建筑群面积及中高层建筑密集程度的差异可产生区域性强弱不同的热岛效应,这间接反映出北京城郊中高层建筑群暖气或空调排放热源的局地影响效应。上述研究结果可为城市发展有关建筑群布局与园林绿地规划设计提供科学依据。