天津地区夏季海陆风对城市热岛日变化特征影响的观测分析

应用2008年天津市14个自动气象站逐小时观测资料、北京站探空资料和天津站6h一次的地面常规观测资料,分析了2008年天津地区夏季海陆风对城市热岛日变化特征的影响.结果表明:在大气层结稳定条件下,海陆风日与非海陆风日相比,天津市热岛强度的日变化幅度增大,海风能使城市降温,削弱城市热岛强度,推迟夜间热岛的出现时间,而陆风能使夜间热岛显著增强;天津市热岛强度与海风向内陆传播的距离有密切关系,在海陆风日,当天气尺度地转风与离岸风的方向一致时,海风的传播距离较近,而当天气尺度地转风与向岸风方向一致时,海风的传播距离较远,当海风只能到达津南、东丽或宁河站时,天津市热岛强度增幅最大,随着海风传播距离的增加,热岛强度的总体增幅减小.     

渤海湾西岸海陆风特征对城市热岛响应的观测分析

利用2008年全年渤海湾西岸(天津)14个自动气象站逐小时资料和6 h一次的地面常规资料,采用统计分析的方法,研究了天津城市热岛效应对渤海湾西岸海陆风的影响.结果表明:在冷岛和强热岛条件下,渤海湾西岸海风的发生频率较低,强热岛阻碍了海风向内陆的传播;内陆站在弱热岛条件下出现最大海风的频次较高,但其海风强度与无热岛或冷岛状况下相比要小一些;城市热岛效应的出现,推迟了城市周围郊区站海风的开始时间,缩短了海风的持续时间;城市站的海风风速与热岛强度呈负相关关系,但热岛效应对陆风风速的影响较强,陆风风速在热岛强度小于2.6℃时,随着其值的增大而减小,反之则增加;当海风向内陆延伸时,热岛强度会在午后海风盛行时段内增强,并与传播到此处的海风环流叠加,导致近地层海风风速增强,并可西伸至城市中心.     

福建省晋江市城市热岛强度时空变化特征分析

利用传统的气象站法, 结合空间统计学方法(普通克里金插值法), 对福建省晋江市2010—2014年40个自动气象站逐小时温度资料加以计算处理, 分析了晋江市年、季、昼夜热岛强度时空变化规律。(1)晋江市年、季、昼夜热岛强度都呈带状分布, 等值线呈西南-东北走向, 年、季、昼夜变化趋势显著, 北部热岛强度高于南部。五年间热岛强度持续增强, 但增幅不大, 增速放缓。(2)城市化水平的提高, 会导致热岛强度高值出现季节提前, 故旅游区秋冬季热岛强度高于春夏季, 中心城区和产业经济区夏秋季热岛强度高于冬春季。(3)晋江市热岛效应昼夜空间分布格局差异性大, 夜间热岛强度显著高于白天, 最低值出现在14—16时, 中心城区和产业经济区最低值出现时间较旅游区略推迟, 三个功能区的最高值均出现在凌晨。      

不同天气条件下沈阳城市热岛特征

利用1992—2008年沈阳站和新城子站逐日4个时次的平均气温、平均风速、降水量、云量和能见度资料,对不同天气条件下沈阳的城市热岛效应进行研究。结果表明：除雾和浓雾天气条件下,沈阳城市热岛强度在08时最弱外,其他天气条件下均表现为20时最强,14时最弱;不同天气条件下,夜间城市热岛强度均高于白天;晴朗无风条件下昼夜城市热岛强度差最大,为0.73℃。四季相比,除雾条件下秋季城市热岛强度最强外,其他天气条件下均为冬季最强;除大雨条件下春季城市热岛强度最弱外,其他条件下均为夏季最弱。沈阳城市热岛强度随降水量的增加而减弱,随能见度的降低而减弱,随着风速的增加而减弱。白天和夜间两个时次的差值表现为,1～3级风夜间变化幅度大于白天,0级和4～5级风速有相反规律,其他天气条件下无明显规律。     

城市化对广西夏季海陆风影响的数值试验

利用2003—2006年观测资料分析了广西区夏季海陆风地面特征,并运用WRF模式模拟了2006年8月1—2日海陆风的结构,结果表明：使用修正后的城市下垫面试验模拟的海陆风强度和分布更接近实测,白天沿海城区为海风辐合带,与暴雨中心相对应;夜间北部湾海面为陆风的汇合区,易产生对流云团。城市化试验结果表明热岛效应加强了海风的发展,但削弱了陆风;同时热岛效应减缓了夜间城市上空大气的辐射冷却,使下沉运动相应减弱,从而抑制了逆温稳定发展的主要控制因子,逆温强度大幅度降低,但对逆温层高度影响不大。     

阳江地区海陆风特征及其影响

以阳江地区常规气象站、中尺度观测网的自动气象站和海边的2个80m梯度观测塔资料为依据,对该地区海陆风特征及其影响进行研究,结果表明,阳江地区海陆风西岸早于东岸.在近地层,海陆风随高度升高而增大,5月份前后有时海陆风较浅,不能影响到80m高度.陆风转海风多发生在11:00-12:00之间,海风转陆风发生在23:00前后,都发生在日气压变化的峰值时段.海陆风与山谷风叠加可以达到离海岸线70～75km的内陆地区,但并不能越过云雾山山脉.海陆转换时期,在沿海海湾地区形成辐合区,这个辐合区使其北侧阳江市区附近成为广东4-7月的多雨中心,海风加强向北进到达阳春附近的"喇叭口"地区产生辐合,又使该地成为阳江4-7月另一个多雨地区,这些都是阳江成为广东省暴雨中心的重要因素之一.另外,如果海陆风环流没有受到破坏,阳江沿海地区不会出现高温天气.     

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.     

中国黄海西岸海陆风循环结构研究

陆海风是由于海陆表面之间的比热容不同而导致的昼夜热量分布差异,从而在海岸附近引发的大气中尺度循环系统.本文利用多普勒风激光雷达Windcube100s首次对黄海西海岸的海陆风的循环结构进行了观测研究.在2018年8月31日至9月28日观测期间发现,海陆风发展高度一般在700 m至1300 m.海陆风转化持续的时间为6小时至8小时.在425m高度,海风水平风速出现最大值,平均为5.6 m s-1.陆风最大水平风速出现在370m,约为4.5 m s-1.最大风切变指数在1300m处,为2.84;在陆风向海风转换过程中,最大风切变指数在700m处,为1.28.在同一高度上,风切变指数在海风盛行和陆风盛行时的差值范围为0.2-3.6,风切变能反映出海陆风的发展高度.     

华南海陆风的数值模拟

本文利用Mass和Dempsey的一层σ坐标中尺度模式对华南的海陆风进行数值模拟。模拟结果表明,华南存在着六个中尺度的海陆风系。同时,存在三个与广东省暴雨中心相对应的海风辐合区。最后,利用模式输出的地面气压场计算的日波的振幅和位相,讨论了海陆风转换的时间以及它的动力学机制。     

日照沿海海陆风的气候特点及其对天气的影响

使用近海海温资料和莒县站、日照站气象资料,用对比分析的方法分析了日照地区沿海海陆风的气候特征及对当地天气的影响。发现海陆风明显的季节变化和日变化对当地气温、降水、湿度及天空状况等气象要素的空间和时间分布影响显著。海风强盛季节的午后和陆风强盛季节的早上,沿海的温度梯度常具有海风锋和海岸锋的特征,使沿海地区低云和雷暴天气明显增多,降水分布具有明显的海陆风和地形影响特征。     

太湖湖陆风背景下的苏州城市化对城市热岛特征的影响

利用南京大学区域边界层模式,选取苏州地区2006年8月12日晴天小风的天气作为背景天气条件进行算例的模拟。分析了该地区在湖陆风环流背景下的城市化进程对热岛特征的影响。结果表明:苏州地区的风场受大尺度系统、湖陆风环流和城市热岛环流系统的共同影响,且湖陆风环流的强度大于热岛环流。苏州地区的城市热岛影响高度可达400 m左右,且在背景风场的影响下,该地区的温度分布会体现出比较明显的下游效应特征,下游效应的距离可达10 km左右。这种下游效应在400 m高度以下比较明显,随高度的升高而逐渐减弱。20 a的城市化进程(1986—2006年)导致苏州城区地表感热通量增加了200 W/m²、潜热通量减少了200 W/m²、湍能增加了0.045 m²/s²、日平均热岛强度增加了0.4 ℃;热岛环流加强,并使白天混合层最大高度升高了400 m,但对夜间逆温层发展的影响较小。太湖湖陆风,使靠近太湖的苏州市郊的混合层、逆温层高度明显下降,但对距离较远的苏州市区的混合层、逆温层高度影响不大。且太湖的存在对于城市化进程导致的苏州地区热岛强度增加、地表湍流动能增加、感热通量增加、潜热通量减少的趋势有比较明显的缓解作用。     

上海地区高温过程中局地气候区尺度城市热岛特征分析

本文以超大城市上海为研究对象,选取2017年7月为夏季代表月,利用自动气象站网观测得到的逐小时气温和风速数据,基于局地气候分区方法分析了上海市各局地气候区(Local Climate Zone,LCZ)在不同天气条件下的气温和城市热岛强度(Urban Heat Island Intensity,UHII)时空特征及其成因。结果表明:由于城市几何形态、建筑材料、表面不透水面占比以及人类活动的不同,上海市夏季典型月各LCZ的气温和UHII表现出明显差异,在高温日,UHII日变化曲线可以分为"W "型、浅" U"型、"V"型、日间型和平稳型这五类。城市建筑形态对城市风、热环境具有较为复杂的影响,UHII与天空可视因子(Sky View Factor,SVF)的相关系数在00时(北京时,下同)为负,而在12、16时为正,这是由于建筑物对城市冠层内的辐射传输的影响和建筑物的热量储存导致的;城乡风速之比与SVF在00、12和16时都为正相关,说明了高大密集的建筑物对风速有衰减作用,同时风速通过影响大气的平流输送进一步影响UHII。     

辽宁绥中地区海陆风的多普勒测风激光雷达观测与特征提取

2019年3月,利用相干多普勒测风激光雷达首次在辽东湾西部绥中地区进行了风廓线测量试验。根据研究区域海岸线走向采用风向的十六分位法定义局地海风和陆风,分析和提取海陆风特征验证了多普勒测风激光雷达在春季季风间断期间观测海陆风的可行性,并计算和分析了大气边界层湍流能量的变化以及回流水平变化等特性。结果表明：1）绥中地区春季存在明显的海陆风环流特征,测风激光雷达观测海陆风出现的时间与地面自动气象站观测的数据较为一致,符合海陆风日的定义。2）海陆风日发生时,水平局地回流指数（RF）较小,1.2 km以下的RF值小于0.5,使得污染物循环累积,较易形成雾霾天气;但是海风时大气边界层的高度可达1 km以上,有利于低层大气污染物向高层扩散,减轻低层大气污染。研究结果为该地边界层参数化方案的设计和污染的防治提供了参考依据。     

湛江东海岛二月海陆风环流特征研究

利用2011年2月湛江东海岛风廓线雷达资料,系统分析了湛江东海岛2月平均风场特征及海陆风特征,结果表明:2月湛江东海岛150 m高度处以东偏北出现频率最大,在E、ENE和NE三个方位的风向出现频率之和为66.6%,偏西七个方位的风向出现频率之和仅为1%。以SSW方位为界,偏东风与偏西风的出现频率差异明显。各整点的月平均风速1:00—15:00变化较小,均在1 m/s左右波动;15:00—20:00风速及风速波动都较大,最大值出现在16:00时,为2.1 m/s。2011年2月中只有2日与14日两日符合海陆风日条件,两日共同海风时段为13:00—20:00,持续7 h;陆风时段为2:00—7:00,持续5 h。海风平均风速为2.1 m/s,陆风平均风速为0.8 m/s,海风平均风速明显大于陆风风速。海风与陆风环流垂直高度相差甚小,约1.2 km,风速随高度变化趋势均为先增后减;海风最大风速出现在750 m高度处,陆风出现在500 m高度处,500～750 m高度区间海风环流强度明显强于陆风环流。2 km之上为均匀一致的系统性西风环流。     

基于WRF模拟的晋江市海陆风特征分析

随着沿海城市的快速发展,城市气候环境恶化,研究弱大气环流背景下的海陆风对改善城市环境具有重要意义。以晋江市为例,利用站点风要素观测数据,结合海陆风判别条件,提取并分析了两个典型海陆风日海陆风的基本特征;采用WRF与Noah陆面过程模式耦合,选用BEP多层城市冠层模型,对典型日进行了风场模拟。从模拟结果中分解出局地风,在验证海陆风现象的基础上,分析了海陆风特征的空间分布规律。结果显示:WRF模拟的逐小时局地风向时序与实测情况吻合较好,通过了信度为0.05的显著性检验,但局地风速模拟值与实测值存在显著差异,平均达到1 m/s。从WRF模拟结果提取的海、陆风起始和终止时间、持续时间与实际情况存在一定差别。两者持续时间在空间上的变化与各自起始时间的空间变化一致,且未明显出现随离岸距离增加,海陆风减弱的现象。上述结果表明,WRF能够较好地模拟海陆风日的风场特征,尽管对海、陆风速的模拟还存在一定的不确定性,但所得结论对晋江市城市规划和微环境改善有参考意义。     

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.     

基于Landsat TM/ETM+数据的南昌城市热岛效应研究

利用Landsat TM/ETM+数据进行南昌市地表温度反演,得出1989年和2000年2个时相的南昌市热岛强度等级分布特征,结合下垫面土地覆盖类型图,选取样区对比分析了地表温度空间分布.结果表明:南昌市存在比较明显的热岛效应,主城区的地表温度由城区中心向近郊、远郊逐渐降低,城市地表温度与下垫面的性质紧密相关.研究结果对于改善南昌城市生态环境、减缓城市热岛效应具有重要的参考价值.     

西宁城市热岛效应分析

西宁作为青藏高原最大的城市,近年来随着城市化的发展,城市热岛效应及其所带来的影响日益明显。本文利用西宁市城市和郊区气象观测站逐小时气温观测资料,分析了西宁市平均气温、最高气温和最低气温日内、候平均热岛强度变化特征,结果显示:(1)相对于郊区,西宁城区平均气温日内变化幅度较小,16—17时(北京时,下同)表现为弱的冷岛效应,冷岛强度为0.034℃,日出前的06—07时热岛强度表现最强,热岛强度最高可达3.01℃;(2)春季和夏季一天中均为热岛效应,且热岛效应日内变化幅度较小,分别为2.76℃和2.12℃。秋季和冬季在日出前的07—08时热岛强度最强,分别为2.89℃和4.14℃,秋季16—17时和冬季15—17时表现为冷岛效应,最大冷岛强度分别为0.34℃和0.53℃;(3)西宁城区1月第3候热岛强度最强为3.40℃,7月第2候热岛强度最弱为1.07℃。其中白天在1月第3候热岛强度最强为0.88℃,9月第1候最弱为0.13℃,热岛强度年内变幅较小仅为0.75℃,而夜晚在1月第3候最强为5.93℃,7月第2候最弱为1.62℃,热岛强度年内变化幅度达4.30℃;(4)西宁城区候平均最高气温在春季和夏季表现为热岛效应,热岛强度平均为0.58℃,而在秋冬季表现为冷岛效应,冷岛强度分别为1.84℃。候平均最低气温全年均表现为热岛效应,其中夏季相对较弱为3.22℃,冬季表现最强达到5.11℃。