复杂地形条件下城市热岛及局地环流特征的数值模拟

应用基于多层城市冠层方案BEP(Building Environment Parameterization)增加室内空调系统影响的建筑物能量模式BEM(Building Energy Model)方案的WRF模式,模拟研究重庆热岛的特征、成因以及局地环流对热岛形成的影响。文中共有两个算例,一为重庆真实下垫面算例,称之为URBAN算例,二为将城市下垫面替换为耕地下垫面的对比算例,称之为NOURBAN算例。结果表明:1)WRF方案模拟结果与观测2 m气温的对比吻合较好,误差主要出现在正午温度峰值和凌晨温度谷值处,由城市下垫面特性及城市内建筑分布误差引起。2)BEP+BEM方案较好地模拟出了重庆地区的热岛分布的空间和时间特征。重庆市温度的分布受地形和城市下垫面的双重影响,越靠近城区,温度的分布受城市化影响就越大,在海拔低处,温度就越高。3)城区立体三维表面对辐射的陷阱作用导致城市表面总体反射率小,向上短波辐射小于郊区约20 W/m~2。城市表面以感热排放为主,而郊区则表现为潜热的作用占主导。夜间城市地表储热以及空调废热向大气释放,是城市热岛形成的重要原因。4)模拟区域背景风场主要为东南风,局地环流呈现出越靠近山区风速越大、城市区域风速较小的特性,体现了城市密集的建筑群对低层大气流场的空气动力学效应,以及复杂山谷地形的山谷风环流特性。在市区的西侧和东南侧均有高大山脉阻挡,山脉对城市出流的阻碍作用、气流越山与绕流运动对城市热岛的形成有一定影响。     

长沙市热岛效应遥感分析及其防治措施

城市热岛作为城市气候中的一个显著特征,是一种城市气温高于郊区的现象。其成因在于人类对原有自然下垫面的人为改造,并以城区温度的明显增高为主要标志。它的出现,加强了城市夏季高温的酷热程度,同时还伴有植被覆盖空洞、城市干岛(湿度小于郊区)、城市霾岛(城区废气、尾气形成     

典型喀斯特城市的热岛时空变化及其成因分析

利用1989、2003、2018年的Landsat影像对安顺市西秀区的地表温度进行反演,分析研究区在30年发展中的热岛时空变化及其成因。使用基于影像的反演算法,结合分类回归树算法进行地表温度的反演,用气象站数据对反演结果进行精度验证,并建立缓冲区对研究区进行相关性分析等定量分析。结果表明：研究区受喀斯特地貌的影响,除主城区外,郊区也存在大量高温区;近30年研究区热效应与不透水面、绿地的面积有极显著相关;1989-2003年研究区城市热岛面积随城市扩张逐渐增大,但2018年主城区城市热岛现象几乎完全消失,排除气象因素和城市形态因子影响的可能后,发现这与安顺市城市绿化的大力进行有密切关系。     

城市局部气候分区对地表温度的影响 ——以大连市区为例

以大连市区建筑数据、SPOT 5和Landsat 8遥感数据为基础,运用局部气候带分类、地表温度反演方法,研究大连市局部气候带分区类型和特征,进而分析不同局部气候带对城市地表温度的影响。研究结果表明：①大连市建筑类型高度主要为低层建筑、多层建筑和中高层建筑,建筑密度为中密度和较高密度,甘井子区分布大量森林绿地,中山区具有丰富的公园绿地;②地表温度整体偏高,空间上呈现东高西低的趋势,其中半数以上地区地表温度达到28℃~31℃,并且有超过1%的地区地表温度大于38℃,该区域出现极端高温;③同一建筑高度上,密度越大的建筑区域,地表温度越高;同一建筑密度,多层建筑高度覆盖区地表温度较高。森林绿地地表温度最低,公园绿地和社区绿地地表温度几乎一致,附属绿地地表温度最高。     

“源-汇”景观格局的热岛效应研究——以武汉市为例

论文基于2017年Landsat 8遥感影像,通过GIS技术选取城市地表温度、源汇景观密度、源汇景观贡献度和景观效应指数,结合地理空间分析和数理统计方法,分析了武汉市局部源汇景观格局对城市地表温度的贡献及其效应。结果表明：① 武汉市城区热岛(urban heat island, UHI)季节变化明显,夏季热岛强度大、范围广,呈“大”字型分布,工业集聚区和经济开发区产生的UHI更显著;② 武汉市城区平均地表温度(land surface temperature, LST)在距市中心约8 km处达到峰值后沿城乡梯度逐渐下降,呈现“倒钩型”特征,这一现象与景观密度变化密切相关;③ LST与源(正向)、汇(负向)景观密度存在极强相关性,不透水表面是城区热岛的主要贡献因子;④ 相同密度的水体和绿地,水体更具有削弱城市热岛效应的功能;⑤ 一般当汇-源景观面积比>0.89(汇区密度>0.47)时,局部景观格局对城市热岛有缓解作用,且局部汇区越集中缓解效果越显著。     

人为热源对城市边界层结构影响的数值模拟研究

用南京大学多尺度模式系统在不同区域进行了多种人为热源引入方案的研究,结果表明：考虑时空变化的人为热源按比例分别引入到地表能量平衡方程和大气热量守恒方程是将人为热源引入模式的最优方案.人为热通量密度变化的敏感性试验结果发现：人为热源的存在对城市热岛的生成有重要作用.计算结果表明,南京现有的人为热源排放量对该地区的城市热岛贡献率约为296％,若人为热通量密度在现有量值的基础上增大1倍,则其热岛贡献率可达429％;此外,人为热的排放对清晨城市边界层逆温结构有一定程度的破坏作用,能明显升高夜间近地层气温达05～10℃,并能使白天湍流活动的影响范围增大,混合层高度抬高,使夜间城市热岛环流的影响范围扩大.     

北京城市热岛的时空变化分析

利用1987、1999、2000、2001、2002和2005年六幅陆地卫星影像研究北京市规划区地表城市热岛（SUHI）．首先用决策树分类法进行分类,得到六幅不同时相的土地利用／覆盖分类图像．根据Artis＆Carnahan算法利用热红外通道的灰度值计算地表辐射亮温,基于分类结果进行比辐射率纠正,计算地表温度．通过分析北京市规划区1987～2005年间地表城市热岛的特征,发现不同土地利用／土地覆盖类型与地表城市热岛有密切关系;2001年、2002年和2005年影像中市区的热岛分布的破碎度增加,由原来的集中分布慢慢向周围扩散,并在市区中心植被覆盖高的区域出现蓝色“凉爽”区;地表城市热岛增加的区域与城市扩展区域一致,城市化过程是城市热岛面积不断增加的主要的原因．     

1961-2004年乌鲁木齐城市化过程中的冷化效应

利用乌鲁木齐和达坂城1961-2000年月平均气温,2001-2004年月平均最低气温和月平均最高气温资料,分析了乌鲁木齐和达坂城两地平均温Tm、平均最高温Tmax、平均最低温Tmin及其对应值的差值(ΔTu-rm、ΔTu-rmax、ΔTu-rmin)随时间的变化趋势特征。结果表明,乌鲁木齐城市化过程中冷化效应和热岛效应同时存在。近40多年来,乌鲁木齐年Tmm、Tmax有微弱的下降趋势,春季、夏季Tm、Tmax、Tmin和秋季Tm、Tmax均呈下降趋势,以夏季最为显著,而冬季Tm、Tmax、Tmin呈上升趋势;乌鲁木齐和达坂城之间年、春季、夏季和秋季ΔTu-rm、ΔTu-rmax、ΔTu-rmin均呈显著的下降趋势,冬季气温差值显著上升。降水量的增加、城市绿化和城市灌溉面积的增大,可能对乌鲁木齐城市化过程中的气候冷化产生了影响。     

“人类活动与气候”一章的教学实践与思考

上海高中地理新教材专题13“人类活动与气候”一章以温室效应和城市热岛与雨岛为例，介绍了人类活动对气候的影响。本章节的内容难度不大，而且大部分学生在学习本章节内容之前，对温室效应和城市热岛的内容都有或多或少的了解。对此，笔者认为“人类活动与气候”的教学，应在引导学生关注生活中的地理现象从而激发学习兴趣的基础上，更加注重对学生地理学习方法的指导，     

广州市冬夏季热岛的空间格局及其差异分析

利用2003年夏季和冬季两景Landsat ETM图像的热红外波段反演了广州市地表温度(LST)的空间变化,并对冬季和夏季热岛空间分布特征的差异及成因进行了分析。结果表明,广州市冬季和夏季热岛的空间分布具有明显的规律性,并且空间分布、强度差异很大;夏季热岛集中区主要是建筑物和道路等非渗透表面组成地域以及人口最密集区域,冬季热岛的分布主要与工业区和运输业的分布相伴。引起这种差异的原因主要是城市能耗布局、下垫面性质、冬夏季生物学和热学特征综合作用的结果。