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。     

城市热岛时空特征及其影响因素

城市热岛强度呈周期性和非周期性交叉性时间变化,水平分布呈现单中心式、多中心、条状、辐射状、格网状等多种格局形式,同时具有明显的立体空间分布特征。城市热岛的形成原因及影响因素诸多,主要归纳为人为热量释放、下垫面性质和结构、植被减少、大气污染、城市格局、天气状况等。     

近40a重庆城市热岛特征及其与天气状况的关系

利用1980—2019年重庆市中心城区4个气象站点的气温、降水等观测资料以及典型时段卫星资料,分析重庆市热岛效应的时空变化特征以及不同天气状况对热岛的影响。结果表明:20世纪90年代中期以来,重庆城市热岛效应增强趋势明显,21世纪10年代达最强,近年有减缓迹象。热岛的日、月及季节变化特征分布为:白天弱,夜间强;8月最强,6月最弱;盛夏最强,初春次之,仲春至初夏最弱。卫星遥感显示城市热岛呈东北、西南走向分布,强热岛主要位于人口密集的老城区、商业区、广场、车站、工业园以及城市新区等区域。21世纪10年代,城市热岛效应受雨天、阴天等负向驱动因素的影响以及多云天、晴天等正向驱动因素的影响,重庆市中心城区雨天、阴天、多云天、晴天时的平均热岛强度分别为0.19、0.52、0.69、0.76℃。     

上海城市热岛的小波特征

为研究城市热岛的时间尺度结构及其变化特征,利用Morlet小波变换对上海1999年冬、夏两季的城市热岛记录进行分析和计算,结果表明:(1) 上海城市热岛明显呈多时间尺度结构,是由各种尺度的热岛叠加而成.冬季的热岛尺度结构比较单一,夏季的热岛尺度结构比较复杂.(2) 上海城市热岛的日变化(16～32h)和周变化(128～256h)冬季比夏季明显.(3) 上海城市热岛的周变化的振荡波峰出现在周五和周六,而波谷恰好落在周一和周二.这可能是因为128～256h尺度的热岛受人为热和大气污染物的驱动,其影响滞后1～2天.     

北京地区冻土时空分布特征

基于1981—2021年北京地区6个气象站的逐日最大冻土深度、平均气温、平均地表温度及5、10、15、20、40、80 cm地温等资料,分析了近40年北京地区最大冻土深度的时空分布特征及其与气温和地温的关系。结果表明：北京地区最大冻土深度总体呈变浅趋势,气候倾向率为-2.3 cm/10 a,各站点最大冻土深度变浅趋势从西到东呈逐渐减弱趋势。北京地区最大冻土深度与40、80 cm地温相关性最好,与地表温度相关性较差。选取2021至2022年北京地区冻土对比试验数据,评估测温式冻土自动观测仪观测精度,发现仪器安装至少一个冻融周期后与冻土人工观测吻合度更好,测温式冻土自动观测仪的观测精度与仪器安装位置的地下岩层、土质分布密切相关,需要在仪器稳定运行后根据当地实际优化算法和冻融阈值。     

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。      

北京地区地闪活动时空分布特征

基于国家雷电定位网2010—2014年雷电定位数据和2010—2013年地面气象资料,分析了北京地区各季地闪活动时空分布特征及其与降水量的关系。结果表明,北京地区雷电活动具有明显的日变化特征;雷电发生频次随季节变化明显,负闪和全地闪在秋季变化幅度最大;雷电发生频次最大值和最小值出现时间随季节变化,春季、夏季日循环峰值出现时间在22∶00—23∶00(北京时间),秋季日循环峰值出现时间在01∶00,冬季则为15∶00且不具有显著性;从空间分布上看,可以看出雷电活动分布具有局地性特征,北京地区雷电活动最频繁的地区集中在密云县和平谷区的迎风坡一带、通州区与市辖区交界处,高雷暴日区域位于延庆县、昌平区和平谷西部,延庆县和怀柔区的北部及房山区和门头沟交界处的西部,雷暴发生频次和雷暴日空间分布不完全吻合。通过各季雷电发生频次日变化序列的谐波分析可知,日循环为日变化的主要信号。春季、夏季、秋季雷电发生频次和降水量两者整体变化趋势一致,降水量较雷电发生频次变化缓慢。     

洛阳市暴雨时空分布特征

对洛阳市1961--2005年10个站逐日雨量资料统计分析结果表明：洛阳暴雨集中在7曲月，且7—8月单站暴雨较多。有2个暴雨多发区域中心，一个在北部的丘陵区，另一个在南部山区。年区域暴雨出现≥4次时，有准3a的周期变化规律；≤3次时，有准5a的周期变化规律。     

北京地区夏季短时强降水时空分布特征

利用北京地区2006—2010 年187 个观测站的逐5 min 观测资料,对北京地区夏季短时强降水过程进行了统计分析。结果表明：空间上,北京地区的短时强降水主要分布在山前及山前的平原地区。靠近城区的西山山前以及城区是一个短时强降水的高发区(高发区A),怀柔、昌平和顺义交界的山前地区到密云水库一带是另一个短时强降水的高发区(高发区B)。此外,位于平谷境内的山前地区也是一个短时强降水的易发区(高发区C)。时间上,短时强降水过程主要发生在午后到前半夜,维持时间主要集中在20～35 min,过程总降水量集中在20～30 mm。三个高发区比较而言,高发区B 由于兼具地形和水源两大有利因素,一方面更容易出现持续时间更短（约20 min 左右）的短时强降水过程,另一方面又有利于长持续短时强降水（约50 min）的形成。总体上,该高发区内的短时强降水过程也具有更大的过程累积雨量。     

郑州城市热岛特征及成因

利用郑州城市地面温度观测资料及低空探测获得的气温资料，分析了郑州城市热岛特征及其季节性变倾、随高度化的规律，并讨论了热岛现象形成的原因。     

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。     

北京城市热岛效应对冬夏季降水的影响研究

利用北京地区20个气象观测站最近30年（1975～2004年）冬季（12～2月）、夏季（6～8月）平均气温、降水量和降水日数资料,研究了城市热岛效应的年代际变化及其对降水的影响。结果表明:（1）最近30年来,北京城区与北部山区之间的温度梯度在明显加大,其中,冬季温度梯度的平均增幅为0.6℃/10 a,夏季约为0.2℃/10 a。（2）在北京城区南北两侧,冬季和夏季的降水日数、降水量的相对变化趋势明显不同:相对区域平均而言,在城区及南部近郊区,冬季降水日数和降水量都在明显增加;夏季,城区北侧的降水日数呈加速增长趋势,尽管南部平原郊区的相对降水日数变化不大,但降水量在相对减少。（3）城市热岛效应对不同季节降水分布的影响,可能是城乡温度梯度与盛行风相互作用的结果,就北京地区而言,地形的存在,强化了城区与北部郊区之间的温度梯度:冬季盛行北风气流,在北部郊区,热岛效应强迫产生的边界层下沉运动有可能造成局地降水天气过程相对减少,城区及其南侧则相反;夏季盛行南风气流,随着城市热岛效应的增强, 发生在北部近郊区的弱降水天气过程趋于增多。     

南京城市热岛效应研究

利用4个气象站1961～2005年气温资料,对南京市的城市热岛效应进行了全面、细致的研究。结果表明：1）平均而言,南京市的热岛强度基本在0.5 ℃左右,热岛强度的高值体现在最低气温上,极端情况可能达到6 ℃左右;2）南京城市热岛效应具有明显的季节变化和日变化特征,夏半年要强于冬半年,夜间强于白天;3）随着城市规模的发展,南京市的城市热岛效应为增强趋势,用年平均气温计算获得的热岛强度增幅为0.109 ℃·(10 a)-1。     

珠江三角洲都市群城市热岛效应初步研究

近十年来 ,珠江三角洲都市群热岛效应全面形成 ,年平均热岛强度由 1 983年前的 0 1℃上升到 1 993年的 0 5℃。珠江三角洲都市群热岛强度呈明显的季节变化和日变化 ,1 1月份热岛强度最强 ,4月份最弱 ,就年平均而言 ,夜间的热岛强度大于白天。珠江三角洲都市群热岛强度空间分布呈中间强周围弱的分布格局 ,与各地的经济活动密切相关 ,热岛强度强的地方均为广东经济活动最活跃的地区。     

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。     

北京城市热岛效应的流动观测和初步研究

采用车载气象观测仪器结合GPS定位、连续数据采集系统的流动观测方法研究了北京城区内不同城市地表覆盖物对城市局地小气候的影响和气象要素分布,发现城市下垫面分布与城市的温度和湿度有密切关系,一般在城市建筑物密集、水体和植被少的区域具有较高的气温和较低的相对湿度,在建筑物稀疏和植被、水体较多的区域则相反。观测结果表明,流动观测方法是对常规气象观测资料的有益补充,也是城市气候观测中的一种有效方法。     

深圳的城市热岛效应

通过全球气候增暖和深圳气象台气温急升等事实，探索因观测环境急剧改变而又缺乏对比观测时，台站所在地城市化后的增温及“热岛效应”等情况。从而得出气候增暖和城市热岛效应场具有较明显的季节性；具有明显的昼夜差别，且晚间远比白天明显。     

城市热岛效应对北京夏季高温的影响

应用1998—2002年北京地区自动气象站观测资料,探讨了城市热岛效应对夏季高温的增幅作用。结果表明:北京地区夏季平均热岛指数随着环境温度的升高呈上升趋势,城市热岛效应对高温强度有明显的增幅作用。并应用中尺度MM5模式,对2000年7月一次典型高温天气过程进行了数值模拟。试验表明:模式对于北京地区夏季高温及城市热岛的范围和强度均有较好的模拟能力。     

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。     

热岛效应对四季变化的影响

以具有明显热岛效应的城区气温来划分的四季只能代表城区,划分郊外的四季时应剔除各时段的城市热岛效应值,剔除各时段的城市热岛效应值后计算出来的四季既在一定程度上反映了全球变暖的影响,又具有较好的连续性。