热岛季节分析和强热岛日污染物浓度分布分析

文章利用常规气象站资料总结出2001-2010年城市热岛季变化,可以得出结论春季,2006年热岛强度最高,2003年和2005年较低;夏季,2001到2010年有逐年上升的趋势;沈阳秋季,热岛强度平均值2005年以后比2005年以前低;冬季,平均热岛强度2005年出现了冷岛现象,这是四季里相差热岛强度平均值最多的季节;最后利用aermod模式模拟了非热岛日和强热岛日污染物SO2浓度分布情况得出污染物SO2在强热岛日浓度明显大于非热岛日。     

利用气象卫星诊断沈阳地区的城市热岛

本文应用美国TIROS——N/NOAA极轨气象卫星资料,诊断沈阳地区的下垫面温度场,诊断结果表明晴空条件下城市的地表温度均高于郊区,存在着明显的城市热岛现象;热岛的强度与城市内部土地使用状况有关,河流水域在夏、秋季对城市热岛有较强的缓解作用;热岛的强度和范围随季节变化.     

沈阳2001-2010年热岛变化研究

文章采用2001-2010年常规气象站资料,主要来自沈阳城区与郊区(法库、新民、康平、辽中)一日4次温度记录,分别为02、08、14、20时。分析结果:热岛强度10年间呈V字型变化,但是2005年后的几年还是比前几年高一些;1、2月份热岛有下降趋势,3月份有上升;4月份热岛强度变化不大,5月份热岛有上升趋势,6月份热岛后5年比前5年高;7月份热岛有升高趋势,2001年最低,2010年最高,8月份后5年比前5年有增加趋势,除了2005年和2004年,8月份在10年中热岛强度比较强,9月份前5年热岛强度较后5年高,热岛强度有下降趋势;10月份热岛强度月平均值最高和最低两年相差很大,前5年热岛强度平均值和后5年平均值差不多;11月份后5年热岛强度比前5年热岛强度高,热到强度成逐渐增加趋势,12月份后5年比前5年热岛强度高,有增加的趋势。然后用MM5模式模拟10年中强热岛日—2007年12月25日的风场、温度场,结果显示温度场模拟结果和观测结果基本一致;风场越稳定,热岛强度越强;越不稳定,热岛强度越弱。     

中国84个主要城市大气热岛效应的时空变化特征及影响因子

日益加剧的城市化致使我国城市热岛效应日趋严重,进而严重影响区域环境和人类健康.目前有关我国城市热岛效应的研究多基于卫星遥感获取的辐射温度,有关大气热岛效应时空变化格局的认识相对薄弱.本文选取84个代表性城市,基于1960~2017年逐日气温观测数据,分析了我国大气城市热岛的地理分布特征及其昼夜、年内和年际变化趋势.结果表明,所有城市平均热岛强度为（0.9±1.1）℃,不同地区热岛强度差异明显,北部地区明显高于南部地区,华北地区最大,年均强度达（1.4±1.4）℃;不同时间和季节热岛强度差异大,尤其东北和西北地区,整体表现为夜晚[（1.2±1.1）℃]明显高于白天[（0.5±1.2）℃],白天夏季高于冬季,夜晚冬季高于夏季;从年际变化来看,大部分城市年平均热岛强度呈明显增加态势,平均增长速率达到0.040℃·（10 a）^-1,但在2009年后出现明显减弱趋势;通过分析热岛强度与局地气候和不透水面的关系,结果发现大气热岛强度空间分布受气候背景和气象站点位置影响较大,而长期变化受不透水面比例影响较大.本研究将深化对我国大气热岛效应变化规律的认识,为制定缓解高温热浪的城市土地利用策略提供参考.     

基于人居尺度的中国城市热岛强度时空变化及其驱动因子解析

全球变暖的大背景下城市地表热环境的日趋恶化是全球现代城市共同面临的生态环境问题之一,对城市地区居民的身心健康、空气质量改善以及植被生长发育等诸多方面造成不利影响.本文利用2001~2018年时间序列MODIS地表温度数据产品,基于一致性方法对我国1232个主要城镇人居斑块（面积>10 km²）的热岛强度及其时空变化模式进行了定量测度,并应用随机森林回归模型（RF）试图揭示人类活动、城市形态、地形、植被以及气象因素对我国城市热岛强度的非线性驱动机制.结果表明,在人居尺度上,我国超过90%的城镇存在显著的昼夜热岛现象;昼夜城市热岛强度分别达到（0.75±0.6）℃和（0.81±0.53）℃,且夏季日间热岛强度显著高于冬季,冬夏季节夜间热岛强度差异不大.2001~2018年间我国白天热岛强度呈现逐年轻微下降趋势,而冬季夜间热岛显著增加,在夏季和年均尺度上则无显著变化.在空间分布上,我国东部沿海省份的白天热岛强度显著高于西北和高原省份,而夜间热岛分布模式正好与之相反.RF回归结果表明,城镇的气候背景（年均降雨量）和地理位置（纬度）是我国昼夜城市热岛的最为重要的两个主控因子.此外,缩小城乡绿色植被覆被差异对白天热岛的减缓将起到一定作用,而优化调控中小型城镇建成区规模与人口密度对缓解我国夜间热岛的持续升高也将起到积极作用.     

成都平原城市热岛效应的遥感分析

将AVHRR第4通道数据经过辐射校正,再计算得到等效辐射亮温。用城市与郊区的亮温之差代表热岛温度,并以摄氏温标表示。采用统计、平面等值线和三维立体等方法,统计分析了成都平原12个城市的热岛最大强度!Tmax;分析了成都市白天和夜间城市热岛的动态变化规律,从宏观上形象地展示了成都平原的城市热岛现象及其特点。研究证明:利用NOAA/热红外遥感数据进行城市热岛效应的快速监测和宏观动态分析是可行的。     

基于植被指数和地表反照率影响的北京城市热岛变化

利用TERRA/MODIS遥感反演的地表温度资料,对2000—2006年北京城市热岛季节变化特征进行了研究,结合同期降水量、植被指数和地表反照率变化,分析了该地夏季城市热岛的年际变化成因. 结果表明:北京多年四季热岛分布主要以城区为中心向周边郊区延伸,其中夏季城市热岛最强,春、秋和冬季较弱,这种热岛强度的季节性差异主要与太阳辐射强度、地表植被覆盖状况和城市人为热释放等的季节性变化密切相关. 北京夏季城市热岛的年际变化特征为:2005和2006年最显著,热岛中心强度分别为10.54和9.61 ℃;2002和2004年城市热岛最弱,热岛中心强度分别为6.54和7.39 ℃. 2000—2006年北京市夏季城市热岛具有明显增强趋势,热岛强度增温率为0.326 ℃/a. 北京夏季降水对城区地表温度影响大于郊区,降水主要通过影响城区地表温度来影响城市热岛变化;夏季地表植被和地表反照率变化对地表温度和城市热岛也均有较大影响. 2000年以来,北京郊区夏季地表植被指数增加率远高于城区,受地表植被和地表反照率变化的影响,郊区降温率明显大于城区,致使城郊温差增大,热岛效应加强.      

1993—2012年西安城区城市热岛效应强度变化趋势及影响因素分析

基于西安市及其郊区(县)7 个气象观测站1993—2012 年的气温资料,采用回归分析、Mann-Kendall 等方法分析了西安市过去20 a 城市气温、热岛强度的变化规律,从城市经济发展、城市人口增长、城市能源消费等几方面揭示其与城市热岛效应的密切联系;同时运用灰色理论分析了诸影响因素对热岛强度的相对贡献度,并对西安未来热岛强度变化趋势进行了模拟.结果表明:①西安城区和郊区(县)气温均呈现波动上升的变化趋势,城市热岛强度变化具有明显的阶段性特征,且在2000 年以后发生增强突变;②城市化的发展与城市热岛强度的变化具有密切关系,各要素相互之间呈现高度相关性,说明它们之间存在很强的传递作用;各要素与热岛强度呈现出极显著的相关关系,尤其是人口因素与热岛强度的关系最为密切,是影响热岛强度增强变化非常重要的一个综合性指标;从强度、密度和规模效应上来看,人口密度效应大于人口规模效应,经济密度效应稍大于经济规模效应,能耗强度效应大于能源规模效应;③各影响因素对热岛强度变化的贡献度存在明显差异,贡献程度最大的是常住人口数、常住人口密度和建成区面积,它们是影响热岛强度变化最为直接的因素;其余因素对热岛强度变化的贡献度相对较小,是间接的影响因素;④灰色建模显示,西安城市热岛强度在未来几年将继续呈现增强趋势.     

上海下垫面温度与城市热岛——气象卫星在城市气候研究中的应用之一

应用美国Tiros-N卫星资料对上海地区下垫面温度分析的结果表明,在晴天城市下垫面温度均高于郊区。城市内部下垫面温度差异则与人口密度,建筑物密度、工厂密集区以及黄浦江、苏州河水域温度特征有关。 通过对接近同步的卫星下垫面温度资料与实测气温资料的对比分析,发现白天城市下垫面增温速率比郊区快,而气温的增温率相差不大。因此白天当下垫面温度热岛十分显著时,气温热岛并不一定显著,甚至完全不存在。但与此同时,白天城市下垫面的增温引起的能量下传和储存却为夜间城市热岛的形成奠定了能量基础。这部分能量在日落以后,以长波辐射湍流热交换等形式提供给城市大气,部分地补偿了由于大气长波辐射而损失的能量,使城市气温下降缓慢,相对于降温较快的郊区来说,便形成了城市热岛。     

近20年来重庆市主城区地表热岛的时空变化

为了揭示快速城市化地区热岛的时空变化特点,以重庆市主城区为例,利用1988─2009年共5个时期的TM/ETM+影像反演地表温度,分析了地表热岛和相对热岛强度的空间格局及其变化趋势. 结果表明:近20年来地表热岛的空间格局经历了集聚→较集聚→集聚的演变过程,热岛逐渐由重庆市老城区向外围城市组团转移;最大的相对热岛强度总体呈先增大后减小的变化趋势;老城区的相对热岛强度明显减弱,外围新兴城市组团相对热岛强度显著增加,沿长江和嘉陵江的开发建设导致滨江带相对热岛强度明显增强;相对热岛强度增强幅度与减弱幅度基本相当,大部分地区的相对热岛强度变化较平缓.相对热岛强度及其时空变化与重庆市扩张十分吻合,具有显著的城市组团式特点.      

山谷地带城市冷热岛及其影响初探

本文利用华北某城市现场实测资料,对实测到的谷地上空“冷岛"的形成机制进行了研究,借助于二维数值模拟,分析了城市冷热岛对山谷地带坡风环流和污染物浓度分布的影响。结果表明:城市热岛在晚间出现则可以加速坡风环流,加之逆温层存在,不利于污染物输送;白天冷岛的出现,加强坡风环流,有利于污染物的扩散和输送。      

西北中等城市热岛效应变化特征——以天水市为例

为探索西北部中等城市的城市热岛效应规律,利用2004—2010年天水市城、郊自动气象站资料,对天水市城、郊温度差异进行了系统分析。结果表明:天水市城区热岛效应比较显著;冬季是热岛现象最强的季节,夏季是热岛现象最弱的季节;城区热岛现象持续时间为18:00—10:00,占全天的2/3,最大强度达1.5℃;城区凉岛持续时间为11:00—17:00,占全天的1/3,最大强度为0.3℃;地面温度城、郊差比气温更大,40cm以下城区地温全年大于郊区;降雪日及连阴雨天气的中后期,城区基本上维持凉岛;强降温天气下,城、郊气温变化基本一致,差别不大。     

沈阳城市热岛变化趋势及其与TSP相关关系的初步分析

利用 1970～ 1999年 30a的沈阳市和其周边的几个观测站的年均地面温度资料、1987～ 1996年沈阳市TSP浓度的观测资料、2 0 0 2年 11月的沈阳市地面逐时温度观测资料以及 2 0 0 2年 11月的TSP浓度的观测资料 ,对沈阳市的城市热岛年际、日变化情况统计分析研究 ,找出了城市热岛的一些变化规律 ,并对这些规律与TSP浓度关系进行分析研究。结果表明 ,沈阳的热岛强度有逐年增强的趋势 ,冬季夜间增强尤为明显。TSP的浓度与热岛的增强呈正相关。     

人为热对广州高温天气影响的数值模拟个例分析

基于广州市2009,2000和1990年工业、交通、生活能源统计数据,通过能源清单法估算出广州市对应年份的人为热排放量,再通过在WRF模式中引入2009,2000和1990年的下垫面数据和人为热排放方案,对2005,2012和2017年广州市的3次持续高温过程进行模拟,从而评估不同年代人为热排放水平对广州市极端高温天气的影响.结果表明,模拟的2m气温较为准确,能合理模拟出城市地区的热岛效应,但对极端高温的模拟略有偏低,而引入人为热有助于改善模拟结果.在case2012中,2009,2000和1990年3种人为热排放水平使广州城市下垫面的平均气温分别上升0.53,0.44和0.13℃,热岛强度增强0.43,0.38和0.13℃.3个模拟个例的结果均表明,日间的人为热排放比夜间大,但夜间气温及热岛强度的变化比日间要明显.     

中国地表城市热岛驱动因素及其空间异质性

基于MODIS卫星遥感数据,计算了中国284个地级市2018年的年平均地表城市热岛强度,分析了中国地表城市热岛的空间分布规律和空间集聚模式.结合多元遥感数据、气象数据和社会经济统计数据,利用地理加权回归模型分析了日间和夜间地表城市热岛强度主要驱动因素的空间异质性.结果表明,中国地表城市热岛强度的空间分布存在明显的空间自相关性;地理加权模型相比传统的普通最小二乘模型,极大地提高了驱动因素的解释程度,日间和夜间的决定系数分别由最小二乘模型的0.659和0.189提高到了0.876和0.651并且具有更低的残差平方和以及赤池信息准则值,从驱动因素来看,除日间的植被因素对地表城市热岛强度的影响显著为负外,其余因素的影响方向均会随着地理位置的改变存在结构性的差异.总体来讲,日间的地表城市热岛强度受城乡植被差异的影响最大,而在夜间则更容易受社会经济因素的影响.     

内陆城市热岛与湖风环流耦合特性研究

为探究湖泊等大型水体对内陆城市大气环境的影响,本文运用数值模拟的方法,引入KRB坐标变换,建立内陆城市热岛与湖风环流的模型,对比水箱实验验证数值模型的精确性,探究不同内陆城市湖泊面积和城-湖中心距大小对城市热岛影响,模拟结果表明：湖泊面积越大,近地面城市热岛羽流的偏移量越大,而当城-湖中心距增大的时候,近地面城市热岛羽流的偏移量则减小.在湖泊靠近城市时,湖风与城市气流协同作用产生较强的环流,对城市热岛羽流产生偏转作用;在湖泊远离城市时,湖风与城市上空气流发生对抗作用,并绕过城市热岛羽流顶部,与城市上空的分散流协同,在背风面产生增益效果.     

关中平原城市群夏季城市热岛特征及驱动力

以2001~2017年夏季长时间序列的MODIS地温产品及相关数据为基础,使用Mann-Kendall非参数检验与Sen’s斜率分析法揭示了关中平原城市群地表热环境的时空变化趋势,利用主成分分析法构建城市热环境指数（UTEI）来表征地区热环境的优劣,借助地理探测器对影响地表温度（LST）的主要因子进行驱动力分析.结果表明,关中平原城市群2001~2017年间夏季白天平均LST为29.3℃,夜晚为18.3℃,白天和夜晚LST的变化率分别为-0.053和0.026℃/a,白天的降温幅度略高于夜间的增温幅度.地表热岛强度（SUHII）在17a间呈上升趋势,白天的增长速率大于夜间,老城区的SUHII大于新建城区.UTEI与LST之间存在显著的负相关,白天（P<0.05,R²=0.850）和夜晚（P<0.05,R²=0.624）都表现为二次曲线关系.因子探测分析表明,地表干度指数（NDBSI）、高程（DEM）与增强植被指数（EVI）是白天LST空间分异的主控因子（q>0.6）,夜晚LST受夜间灯光、DEM与气溶胶光学厚度（AOD）的影响更大（q>0.4）.交互探测结果显示,DEM与NDBSI之间的交互效果在白天最好,DEM与夜间灯光之间的交互作用在夜间最大,任意双因子之间的交互作用优于单一因子的作用效果.本研究对于加强关中平原城市群地表热环境的监测与评价具有重要指导意义.     

中国城市热岛时空特征及其影响因子的分析

全球气候变暖背景下,城市热岛效应会加重城市地区的热胁迫,对人类健康和生存发展提出严峻挑战.近年来我国雾-霾污染情况严重,但雾-霾对城市热岛影响的认识仍较匮乏.本研究基于MODIS遥感卫星地表温度数据,明确了我国2003~2013年白天、夜间以及四季城市热岛的空间变化,并从生物物理学和生物化学角度定量分析其控制机制.结果表明,影响我国白天城市热岛强度的主要因素为人口、农田灌溉和植被活动.纬度、降水量、反照率以及气溶胶浓度是夜间城市热岛强度的主控因子.从对比城乡粗糙度、反照率等生物物理学属性的角度,揭示了乡村背景环境对城市热岛分析的重要影响.结果表明,雾-霾治理可以缓解我国夜间城市热岛现象和热胁迫,有利于缓解区域甚至全球气候变化.     

城市化对青岛夏季海陆风环流影响的个例分析

基于分辨率为500 m的青岛地区下垫面土地利用资料,利用中尺度大气数值模式Weather Research& Forecast(WRF),模拟分析了不同城市下垫面情形下,2007年8月4-5日青岛地区的一次海陆风过程.控制试验和干农田下垫面及城市下垫面两个敏感性试验都模拟出了海陆风的转换过程及城市小风区和城市热岛现象.模拟分析结果表明,城市化进程下城市区域气温明显升高,增温幅度为1～2℃,高密度城市下垫面造成的城市热岛效应增大了海陆温差,加强了海风,青岛城市热岛环流受海陆风影响显著;干农田地貌与灌溉农田、林地下垫面相比,不利于局地降温,但与城市下垫面相比,有效地加强了近地面风速.