城市热岛效应研究进展

随着城市规模的高速发展和城市人口的急剧膨胀,因城市下垫面结构的急剧变化和城市人为热排放的迅速增加所引起的城市热岛效应已逐渐成为严重影响城市人居环境和居民健康的重要因素。城市热岛效应研究已成为城市气候和区域气候研究中的热点问题。为更好地研究城市热岛效应,及时追踪国内外最新进展,综述了城市热岛的概念和形成机制,重点介绍了地面气象资料观测法、遥感监测法和边界层数值模式模拟法等3种城市热岛效应研究方法,总结了城市热岛效应国内外最新研究进展。最后基于现有城市热岛效应研究不够完善和深入,研究过于简单化和表面化,尺度局限于宏观大尺度以及各种方法自身的局限性等不足,指出在未来的城市热岛效应研究中,应突破现有的大中尺度,注意结合高分辨率卫星遥感影像进行多尺度多平台监测以及综合考虑气溶胶粒子对辐射强迫的影响等。     

21世纪中国的城市化特点及其生态环境挑战

城市化是世界范围的历史进程。中国的城市化虽然起步较晚,但是由于速度快、规模大、资源能源消耗高,从而带来一系列水环境和热环境问题。系统梳理了在全球气候变化和城市化的双重压力下,中国城市面临的水资源短缺与水污染、日益严重的城市热岛和生态水文灾害等生态环境挑战,提出要以城市生态水文学的理论和手段,解决城市生态环境问题,提升中国的城市化质量,实现宜居城市。     

旧城改造与城市热岛效应关系的遥感研究——以福州市苍霞片区为例

随着城市建设的快速发展,老城区改造已成为城市发展的重点工程之一。福州市近十几年来对原有旧城区中的棚屋区进行了大规模的改造,改善原有的居住条件。利用遥感技术重点研究和评价了福州市苍霞片区棚屋区改造前后的热环境变化,利用系列Landsat TM影像反演了该区1986年、1996年和2006年的地表温度、不透水面和植被等信息,计算了城市热岛比例指数(URI),并对该区改造前后热岛效应的时空变化进行了全面分析,探讨了其产生的主要原因。研究表明,不透水面与地表温度呈指数相关关系,高不透水面比例地区温度上升比低不透水面比例地区更快。总的看来,福州市苍霞片区通过棚屋区改造,热岛效应有了明显的缓解,在这20 a间,城市热岛比例指数从0.648下降到0.245。福州市苍霞棚屋区的重新规划和改造对缓解该片区的城市热岛效应起到了积极的作用。     

基于MODIS数据的长株潭地区NDBI和NDVI与地表温度的关系研究

基于4个季节的MODIS影像,计算长株潭地区的地表温度、NDBI和NDVI,比较NDBI和NDVI与地表温度之间关系,对地表城市热岛效应研究的指标NDBI和NDVI进行对比分析.结果表明,NDBI与4个季节的地表温度间都存在明显的线性关系,而NDVI与地表温度间关系并不明显且随季节发生变化,说明NDBI是地表城市热岛效应研究的有效指标,在地表城市热岛效应的季节变化研究中NDBI可作为NDVI的一个附加指标.     

武汉市地表亮温与植被覆盖关系定量分析

利用2002年7月9日的ETM影像,提取武汉市的下垫面类型、地表亮温和植被覆盖度,探讨不同下垫面类型对地表亮温的影响;并采用分形维度计算方法, 研究代表样带的地表亮温和植被覆盖的分维值之间的相关性。结果表明:植被覆盖度越高,地表亮温越低。除水域外的下垫面类型中植被覆盖度与地表亮温存在显著的负相关,这种相关性高于地表亮温与NDVI之间的相关关系。对于样带的地表亮温和植被的分维值研究表明,亮温和植被覆盖度的分维值之间的相关系数高于亮温和NDVI的分维值之间的相关系数。     

京津冀地区大气局地环流耦合效应的数值模拟

应用中尺度非静力模式MM5.V3, 采用三层双向嵌套技术, 模拟了京津冀地区不同季节温度场和风速场等边界层特征量及其变化特征. 模拟结果表明: (1) 在弱天气系统控制下, 该地区大气边界层中可同时存在海陆风、山谷风和“城市热岛”环流, 同时三者还存在明显的耦合效应; (2) 海陆风环流极盛时可深入陆地200 km左右, 山谷风环流的影响最大可覆盖北京区域内的平原地区, 而“城市热岛”环流则发生在城市中心几十公里范围内, 并对前两个环流起明显的削弱作用; (3) 三者的演化均存在日变化特征, 且前两者的相位相差约6 h左右; (4) 上述三种环流的耦合结果使一年内京津冀地区边界层环流形势大致可分成春夏型与秋冬型, 在一天内又可分为凌晨至上午的平原风和下午至深夜的山地风; (5) 上述三种环流的耦合在该地区西北部山地与平原的交接地带形成一条大致沿地形等高线走向的风场辐合带, 即所谓的污染物汇聚带. 这条水平风辐合带几乎常年存在, 其下端一直向西南方向延伸直到和另一条平行于太行山走向的水平风辐合带汇合, 从而对北京地区大气污染物的积聚与输运可能产生重要影响.     

北京城市及周边热岛日变化及季节特征的卫星遥感研究与影响因子分析

以EOS-MODIS遥感信息反演的地表温度、土地覆盖类型、植被覆盖、地表蒸散,结合常规气象资料,并采用GIS空间分析技术和多元统计相关,对北京城市及周边2001年城市热岛(UHI)空间分布的季节规律和日变化及影响因子进行研究.分析北京地区的土地覆盖、地形高程、植被绿地状况、城市和郊区地表蒸散与热岛时空分布状况的关系.揭示出北京UHI主要特征为:(ⅰ)北京城市下垫面的高热容和密集建筑物的多次发射,加之北京特殊的三面环山地形特征,使得北京城区一年四季均存在明显的热岛分布,并以夏季最为明显,UHI与城市结构的轮廓相一致;北京城区与地势相对平坦的近郊区的地表温度差异在4~6℃左右,与地势较高的西北远郊区的地表温度差异在8~10℃左右;(ⅱ)北京地区日间和夜晚的UHI的季节分布和程度不同,以夜间UHI明显;夏季白天郊区地表比城区蒸散量大,潜热交换明显,反映出城市与郊区的温度差异显著;(ⅲ)地表覆盖类型对UHI的效应明显,北京地区植被绿地状况与UHI呈现明显反相关分布;夏季地表NDVI与下垫面的温度散点图的回归方程的负相关系数的平方R2达到0.6481,即植被覆盖好,则UHI不明显;揭示出植被绿地对降低UHI具有重要的作用.大范围的绿地建设能有效降低UHI.     

利用遥感影像探索土地利用与城市热岛的关系

以1996年、2002年和2014年武汉市TM/ETM和OIL影像以及不同时期土地利用现状为基础,对土地利用现状进行了分类;采用城市空间格网研究了城市增长的时序动态变化情况;探索了在不同土地利用分类标准下,城市局部特征对城市热岛效应的影响以及土地利用变化与城市热岛的驱动关系,证明了城镇用地变化与城市热岛有显著的正相关性。     

苏州-无锡-常州城市带热岛效应个例研究

应用WRF（weather research and forecasting）及其耦合的多层城市冠层模式BEP（building energy parameterization）,对2013年8月13日长江三角洲地区一次高温天气过程进行了模拟.此次过程盛行东南风,风向与苏州-无锡-常州城市带走向一致.模拟结果表明：苏州-无锡-常州城市带热岛效应明显,热岛强度向下游城市逐渐增加;在东南风作用下,三座城市的热岛连成一片,形成了一个更强大的热岛环流.夜晚,边界层逐渐趋于稳定,热岛环流减弱,有利于热岛温度向下游地区输送.热岛效应导致城市边界层高度明显上升.白天太湖产生强盛的湖风对其周边城市影响显著,来自太湖的冷气团导致无锡和常州边界层内热岛强度明显下降,抑制城市热岛向上发展,削弱了无锡与常州两城市热岛间的联系.白天太湖使得无锡和常州边界层高度明显下降.     

2022年8月四川盆地持续性极端高温特征及不同模式预报误差分析

本文基于2022年8月四川盆地104站逐时温度、降水数据和1971—2021年历史同期数据,及EC、CMA GFS、CMA MESO模式的2 m气温预报等数据,运用统计学相关方法分析了此次极端高温过程的特征及预报误差。结果表明：①2022年8月四川盆地极端高温过程范围大、强度强、持续时间长,有87.5%站最高气温超过该站历史同期极值,且高温最强盛时段较历史同期明显推后。②2022年8月最高气温分布为东高西低,最高气温与历史同期极值差分布则相反,其中最高气温随站点海拔增大而减小,而极值差则随站点海拔先增大再减小。另外,受热岛效应影响,极值差大值站点主要集中在龙泉山脉附近。③高温期间,最高、最低气温平均值高、距平大,且累计降水量和雨日数也明显低于历史同期。④相较而言,EC模式的预报优势主要在盆地低海拔地区。而CMA MESO模式在盆地周边陡峭地形区域的平均绝对误差则更小。另外,EC模式预报的最高气温峰值出现时间更接近于实况,而CMA MESO模式预报高温持续日数更接近实况。