南京市四种下垫面气温日变化规律及城市热岛效应

为了监测城市热岛特征、热场空间分布及综合评价城市环境质量,探讨消减城市热岛效应对策,2005年7—9月期间,通过对南京市的中心城区夫子庙、城市湖泊玄武湖、城市森林紫金山、城市郊区浦口四个观测点选取水泥地、草地、林地和水体四种下垫面进行温度、湿度、风速等气象因子的24 h同步观测,结果表明,(1)四个观测点的四种下垫面白天气温呈林地<水体<草地<水泥地的变化趋势,夜晚则是相反,但草地的温度最低;与水泥地比较,其他3种下垫面白昼期有明显的降温效应,均幅度为0.2~2.9℃,而夜晚林地与水体有轻微的保暖效应,晴好无风天气时这种效应更明显。(2)南京市的热岛强度平均为0.5~3.5℃,凌晨3:00左右热岛强度较大且平稳,当日出后热岛强度减小,但在中午12:00左右有一个明显回升,然后下降,至傍晚18:00~21:00,热岛强度有个强烈提升的高峰。(3)利用各观测点温度的时间标准差、空间标准差及时空数据正规化的标准差定量与定性的揭示了城市景观与城市下垫面对城市热岛效应变化的影响机理。(4)不同观测点舒适度指数表明观测期间人们对温度、湿度和风速日变化的综合生理感觉是暑热到较舒适间的变化过程,紫金山和浦口有时给人舒适的感觉。基于实验观测数据,对南京市不同下垫面的温度日变化规律、热岛强度特征、舒适度指数以及相关成因机理进行了全面分析与探讨,为城市生态建设、城市规则、城市环境治理及城市绿化建设提供重要的理论参考。     

海滨、森林环境中空气负离子分布特征及其与环境因子的关系

利用连续7年北戴河空气负离子观测实验数据,分别以气象站、金山嘴和联峰山测点代表城市绿化区、海滨、森林等生态环境。绘制空气负离子浓度变化曲线,分析空气负离子浓度与气候要素和大气污染物的相关性,并进行显著性检验。本研究旨在了解北戴河空气负离子分布特征及其与环境因子的关系,为当地的环境保护、为劳模疗养和旅游资源开发提供科学数据。研究结果,(1)空气负离子浓度年际变化起伏不大,7年的平均值为1 730 ind?cm~(-3),最高年份与最低年份相差535ind?cm~(-3)。(2)空气负离子浓度月变化中,8月份平均离子浓度为7 785 ind?cm~(-3),为全年最高,1月份为365 ind?cm~(-3),为全年最低。在空气负离子空间分布上,海边和森林空气负离子浓度明显偏高,海滨的年平均值为3 902 ind?cm~(-3),森林年平均值为5 403 ind?cm~(-3)。(3)按季节统计空气负离子浓度日变化,其特点是白天浓度明显小于夜间,最高值出现在夜间或早晨,最低值出现在中午到下午之间。(4)年际空气负离子浓度与年雨日数、年总降雨量、年雷暴日数、年平均相对湿度呈正相关;与年平均气温、年日照时数呈负相关,但空气负离子浓度年均值与气象要素年均值的相关性检验不显著。(5)空气负离子浓度与细颗粒物PM_(2.5)浓度呈负相关;与细颗粒物中的二氧化氮、二氧化硫、一氧化碳浓度呈负相关,而与臭氧浓度呈正相关,并通过显著性检验。(6)大气放电(雷雨)可以产生数量巨大的空气负离子。     

广州市大气能见度的特征及其影响因子分析

广州市大气能见度逐年下降,灰霾现象严重,收集广州市2001—2003年大气能见度及同期地面气象要素(风速、温度、气压和相对湿度)观测资料和空气污染物(PM10、SO2、NO2和CO)监测数据,探讨广州市大气能见度的特征及大气能见度与气象要素和空气污染之间的关系。统计分析结果表明,广州市大气能见度的年、季、日变化特征明显,呈明显的逐年下降趋势。一年之中,春季能见度最低,夏季能见度最高。一日之中,早晨08时能见度最差,午后14时最好。能见度与气象要素及空气污染物的相关和偏相关分析结果表明能见度与平均风速呈显著正相关,与相对湿度呈显著负相关;能见度与4种污染物在简单相关分析中均呈显著的较强负相关关系,而在偏相关分析中的相关性极弱,说明空气污染物对能见度的影响是综合作用的。最后用多元线性回归法建立了大气能见度与相对湿度和PM10、SO2、NO2、CO等污染物浓度间的回归方程。     

广州城市湿地的景观特点及小气候效应

研究了广州城市湿地景观特点,对广州市5个不同类型湿地周边的气温、相对湿度及风速进行了一年的测定,分析了城市湿地周边的小气候效应.广州市湿地总面积为74 373 hm2,占国土面积的10%,其中老城区的湿地面积为18 400hm2,占老城区国土面积的15.8%.广州市老城区湿地斑块平均密度(以每10 000 hm2面积内拥有的湿地斑块数计)为2.8块,平均距离为3 270 m.气温随着与湿地距离的增大逐渐升高,200 m观测点的年平均气温比水边高0.8℃.相对湿度的变化与温度的变化相反,随着与湿地距离的增大而降低,200 m观测点的年平均相对湿度比水边低2.4%.湿地周围的平均风速(在100 m范围内)随与湿地距离的增大而降低.市郊湿地与市区内最高温的湿地比,年平均气温低2.7℃,夏季平均气温低1.1 ℃,冬季平均气温低4.1℃.气温的日变化呈单峰型,夏季13:00达到最高,冬季15:00达到最高.相对湿度的日变化和气温的日变化相反,早晨最高,13:00-15:00最低.市郊湿地的日平均相对湿度较市区内湿地高,夏季最大差值达7.5%;冬季最大差值达17.4%.风速的日变化冬季基本呈单峰型,1 d中以11:00的风速较大.夏季13:00风速有所下降,1 d中以15:00-17:00的风速较大.市郊湿地的日平均风速较市区内湿地夏季高30%,冬季高60%.气温和空气相对湿度的季节变化呈单峰型.     

陕西关中城市群热岛效应指标初探

选取陕西关中地区12个大、小城市,1970—2009年逐月平均最高、最低和平均气温资料进行不同季节的城市热岛效应分析,对描述热岛效应的热岛强度指标进行研究,并提出以华县站为对比站的改进型温度差直线趋势作为关中城市群热岛强度衡量指标。该指标既消除了局地气候变化影响又剔除了个别小城市增温速率过快的影响。计算结果发现：无论城市规模大小,关中城市群一年四季都存在热岛效应。热岛强度冬春季强,夏秋季弱。大城市的热岛强度无论季节或年增加幅度均比小城市大。     

2007年夏季北京大气CO检测分析

采用经过改进的装配有氧火焰离子化检测器(FID)的气相色谱仪(GC),配合自动进样、分析和标定系统,以10min一次的采样频率,于2007年7月-9月,在中国科学院大气物理研究所铁塔分部连续采样,监测北京大气CO浓度变化.结果表明,北京城市大气CO浓度日变化呈双峰型,两峰值出现的时间分别为7:00-8:00和23:00-24:00,浓度分别达3.66×10-6V/V和4.92×10-6V/V.北京大气CO的浓度变化受源排放强度和气象要素共同影响.机动车限行,对降低大气CO的浓度效果明显,但天气过程对CO的清除作用也不可忽视.     

天津城市热岛效应演变特征研究

城市热岛效应对城市生态环境影响极大,城市热岛及其环境效应的研究有利于城市合理规划和可持续发展。本文利用天津市1964—2003年城郊气温,1993年6月15日和2001年5月12日不同时间陆地卫星遥感资料分析了天津市热岛演变特征,结果显示天津城市发展对热岛效应影响明显,随年代以0.11℃/10a速率加强;2002年最强为1.2℃,是60年代末的2倍。7月份的热岛强度增强趋势明显;用平均气温分析热岛强度变化趋势表明:热岛强度在秋季最强春季最小,分别为0.16℃/10a和0.06℃/10a。平均最高气温差在四季中均有微弱上升趋势,平均为0.06℃/10a;平均最低气温差在秋季和冬季上升幅度最大,分别为0.16℃/10a和0.12℃/10a。不同年代遥感亮温场也表明天津城市化对热岛空间分布的影响。热岛分布基本与建成区一致,热岛中还包括许多大小不同、形状各异、强度有别的小热岛群;而且随着城市的发展,热场范围呈扩大趋势。最后对热岛变化规律的成因进行了初步分析。     

湖北省主要观测站PM_(2.5)污染特征及气象要素的影响分析

有关湖北省PM2.5污染的时空分布、影响因素及成因的研究较少,分析PM2.5污染特征及气象因素的影响,对科学治理湖北省PM2.5污染具有重要意义。利用2017年和2018年1—3月湖北省7个大气成分观测站逐小时PM2.5质量浓度及平均气温、降水量、相对湿度、10 min平均风速和风向等地面气象观测资料,运用多元逐步线性回归法,探讨PM2.5的变化特征及其与气象因素的关系。结果表明,(1)湖北大气成分监测站PM2.5具有明显的时间变化规律,从日变化上看,除金沙站全天变化平缓外,其他6站PM2.5日变化呈双峰双谷型分布,双峰出现在10:00—11:00和20:00—22:00,双谷出现在06:00—08:00和15:00—17:00。各站PM2.5日均质量浓度变化范围为2.7～269.1μg?m-3,其变化幅度最大值通常出现在1月份。从月份上看,1—3月PM2.5月均质量浓度呈下降趋势;各站PM2.5平均质量浓度介于42.3～90.9μg?m-3,金沙最低而荆州最高;PM2.5质量浓度日均值平均超标率42.3%,其中3月平均超标率22.2%,明显低于1月56.7%和2月50.7%。(2)平均气温、降水量、风速和相对湿度4个近地面气象因素对黄石、金沙和武汉PM2.5质量浓度的影响大而对荆州影响最小,其中平均气温和风速为主要影响因素;具体而言,荆门、宜昌和武汉颗粒物质量浓度主要受气温引起的垂直输送及风速引起的水平扩散影响,襄阳、金沙和黄石则主要受大气中水分变化导致的粒子生成及沉降清除作用影响。(3)各站PM2.5质量浓度水平和变化特征差异在于监测点地理位置和周边环境、城市经济水平和气候气象条件的不同。     

基于RS和GIS的长沙城市热岛效应与TSP污染耦合关系

城市热岛效应反映了城市化发展对城市环境的影响,是影响城市生态环境的一个重要因素。文章以长沙市为例,利用3S技术与传统技术相结合对大气中总悬浮颗粒物(TSP)在城市热岛中的作用与贡献进行了研究。结果表明,长沙城市热岛效应与TSP污染在空间与时间分布上都具有耦合关系。采用RS和GIS技术可以从空间上对TSP在城市热岛中的贡献进行研究。长沙市TSP污染的分布特征和热岛强度分布状况基本一致,都是由市中心往外逐渐减轻。TSP高值区,城区呈高温区;TSP低值区,城区呈低温区。采用长沙市TSP高值区、TSP低值区的两个监测点2002年逐月TSP监测数据及相应气象统计数据,从时间上对TSP污染与城市热岛效应进行了相关性研究,长沙市TSP污染与热岛强度在年度分布上存在正相关关系。随着长沙城市建设和城市化速度的加快,城市热岛强度有逐年增强的趋势。3S技术与传统技术相结合,使科学研究更客观、准确。3S技术用于中尺度的区域环境质量调查,可实现空间区域的定量表达,而传统技术获取的环境背景数据,则从微观上对空间数据的准确性进行验证。     

香格里拉本底站大气CO2浓度及变化特征初步研究

利用基于光腔衰荡光谱(Cavity Ring Down Spectroscopy,CRDS)技术自组装的大气CO2在线观测系统,于2010年9月—2011年8月在云南香格里拉大气本底站对大气CO2进行了初步观测.该站春、夏、秋、冬季CO2平均本底浓度分别为394.78×10-6(物质的量之比,下同)、386.82×10-6、386.46×10-6和390.74×10-6.全年浓度在4—5月最高,7月份最低,全年月均值振幅约12.22×10-6.四季浓度日平均高值出现在上午7∶00左右,最低值出现在14∶00—17∶00.日变化振幅在冬季最小,夏季最大,分别为1.51×10-6和21.82×10-6.四季西南来向的地面风对CO2浓度均有明显的降低作用.通过四季每日整点后向轨迹聚类计算,结合浓度资料分析发现,该站春、夏、秋季来自于西南方向的气团降低了观测的CO2浓度,而在冬季未起到明显的降低作用,主要因该站局地植被生态系统排放减少所致.     

城市大气总悬浮颗粒物与城市热岛

城市大气总悬浮颗粒物是造成全球大部分城市空气污染严重的原因之一,世界各国对之已进行过很多的研究。大量的研究显示,总悬浮颗粒物的污染非常严重,是影响城市空气质量的首要污染物。总悬浮颗粒物的源以人为来源为主,其汇则以湿沉降为主。总悬浮颗粒物对城市气候的影响主要通过2种方式:一种是通过散射或吸收太阳辐射直接影响气候;另一种是以云凝结核的形式改变云的光学特性和云的分布而间接影响气候。但是总悬浮颗粒物与城市热岛相互关系的研究目前还未受到应有的关注,总悬浮颗粒物与城市热岛的相互作用尚未有定论,总悬浮颗粒物既有促进城市热岛形成,也有促进城市冷岛形成的研究报道。文章认为可从如下3个方面探讨总悬浮颗粒物与城市热岛的相互关系:(1)总悬浮颗粒物在城市热岛中的贡献;(2)总悬浮颗粒物影响城市热岛的作用机理;(3)总悬浮颗粒物与城市植被和城市热岛的相互关系及植被对总悬浮颗粒物的净化、对城市热岛的缓解。研究总悬浮颗粒物与城市热岛的相互关系为制定科学合理的城市大气总悬浮颗粒物污染防治措施,有效缓解现代城市热岛难题提供理论依据。     

基于TM影像的兰州市热岛效应及预测分析

近些年来随着城市建设的高速发展,热岛效应越来越被人们所重视。采用2007年的TM遥感影像,分析了兰州市热岛效应热场强度的分布规律,并应用灰色模型对其未来发展趋势进行了预测。研究发现：兰州市热岛效应明显且稳定存在,热岛中心主要分布在城关区、七里河区人口密度大以及西固区工业聚集的地方;植被和水体有减弱热岛效应的作用。灰色关联度分析表明：人为因素对兰州城市热岛强度效应的影响相对突出;其次,在气象因子中,风速对城市热岛效应的形成和加重也起到重要的作用。灰色预测结果表明：兰州市热岛强度将会持续波动上升,2012年将达到3.826℃。     

城市公园对城市热岛的影响及三维分析--以广州市主城区为例

随着城市的快速发展,城市热岛（UHI）问题越来越突出,如何缓解城市发展所带来的热岛效应加剧,提高居民健康生活质量,改善人居环境,已成为全民关注的重点生态环境问题。在高度发达的城市区域,绿地对城市热岛具有明显的降温效应,因此对其进行定量研究具有重要意义。文章基于遥感和 GIS 的方法,通过热环境反演和空间统计分析,以广州市主城区30块主要城市公园为研究对象,分别从城市绿地形态、城市绿地缓冲区和热环境三维分析3个方面研究了城市绿地对城市热岛的影响。结果显示：城市绿地形态（面积,周长,形状指数）与公园的温度具有较强的对数相关性,并且随着三者的增大,绿地内部均温和最低温度均降低,并且呈现“饱和”趋势;通过对城市公园斑块建立3个缓冲区（120、240、360 m）,并进行缓冲区内的均温统计发现,30个城市公园的温度变化呈现出3种情形,即自内向外变高、变低和不变;最后,为了更好的解释上述3种情形,引入三维热环境分析,对3种情形分别选取代表性公园进行分析,总结其空间分布规律,结合相关数据对产生的这种结果进行了简要分析。本文的主要创新点,在对城市公园与热环境关系传统分析的基础上,引入三维的分析方法,能够更加清晰的展示二者的关系,为未来的相关研究提供一定的借鉴。     

土壤和沉积物中的聚合有机质对多环芳烃分布和提取的影响

为了研究土壤和沉积物中凝聚型有机碳(碳黑、干酪根)的含量及其对多环芳烃(PAHs)分布和提取的影响,分别用三氟醋酸(TFA)和在375℃下通氧燃烧的方法从珠江三角洲2个污染土壤和5个河口沉积物样品中提取酸非水解有机碳(NHC)和碳黑(BC);用索氏抽提法和不同溶剂的加速溶剂萃取法(包括连续加速萃取法ASESum和标准溶剂萃取法ASESTD)抽提土壤和沉积物中的多环芳烃,并在不同温度梯度(25℃到150℃)下用水为溶剂加速溶剂萃取其水溶态.结果表明,1)NHC是珠江三角洲土壤和沉积物中总有机碳的重要组成部分,NHC碳明显高于BC碳,NHC和BC分别占土壤和沉积物中有机碳的25.6%￣73.8%和4.64%￣17.3%.2)3种有机溶剂(丙酮、甲苯1、甲苯2)连续抽提的PAHs含量是索氏抽提的2.11倍;5种ASE方法(丙酮、甲苯1、甲苯2、ASESum、ASESTD)提取的PAHs含量与NHC含量存在明显的相关性,而且比PAHs含量与BC或无定型有机碳(AOC)含量的相关性更明显.3)在不同温度梯度下水溶态PAHs浓度符合Van’tHoff方程.研究说明除了BC外,非水解有机碳对土壤和沉积物中PAHs的分布和提取具有重要影响.     

北京城市热岛的定量监测及规划模拟研究

为定量地评估北京城市热岛现状并预测未来北京城市热岛发展趋势,分别采用气温资料、遥感资料和城市规划资料进行了研究分析。对北京20个气象台站按照台站距离城市中心的距离划分为远郊、近郊和城市三类,分别计算三种类型站点经过海拔订正后的年平均气温,利用1971-2012年城市站和远郊站的年平均气温差值估算北京气温热岛的时间变化;利用1987-2012年的NOAA/AVHRR和Landsat-TM两种不同分辨率的卫星资料,采用定量化的指标--地表热岛强度和热岛比例指数分别估算了不同时期北京地区和城六区热岛强度和范围,并对北京平原地区的城市热岛状况进行了评估;利用2020年的北京城市规划土地利用资料,结合2008年的城市热岛现状监测结果对2020年的北京热岛状况进行了模拟分析。研究结果表明,北京城市的气温热岛与遥感监测地表热岛在时间变化趋势上具有一致性,不同分辨率卫星资料监测地表热岛在时空分布上也具有一致性。其中1971-2012年,以年平均气温计算的北京城市热岛强度增温率为0.33℃·（10 a）-1,近5年（2008-2012）平均热岛为1.12℃。遥感监测结果显示1987-2001年北京地区的热岛持续增强,2001年之后由于北京申奥的成功进行了大面积的旧城改造和绿化,使得城市热岛强度和范围在2004年和2008年有所降低,2008年之后城市热岛继续向东、南和北方向扩展,并出现了中心城区热岛与通州、顺义、大兴、昌平热岛连成片的趋势,到2012年城六区热岛面积百分比已从1990年的31%增加到77%。由热岛比例指数确定的北京各区县热岛强度排名前三分别是城区、海淀和丰台,延庆县最低。对2020年城市规划图热岛模拟结果显示北京热岛已由“摊大饼”演变为“中心＋周边分散”模式,中心城区热岛强度和范围明显减弱,周边广大远郊区将出现分散?     

山西省城市发展对昼夜环境温度影响

利用1970-2004年山西省71个气象观测站02:00时、14:00时平均温度资料,分析全省昼、夜温度气候倾向率,选取具有代表性的7个城市站和7个乡村站,研究热岛效应对城市昼夜温度的影响.结果表明:(1)近35年来,山西省各站气温倾向率多为正,即呈增温的趋势,但空间分布不均.(2)夜间气温倾向率城市站大于乡村站,白天气温倾向率城市站小于乡村站.(3)城市效应对城市昼、夜增温贡献率分别为-16.15%、33.01%.山西省城市发展对昼夜环境温度影响是不对称的.     

初秋季节毛竹林小气候及其人体舒适度的日变化

以无锡市惠山森林公园毛竹林和青山公园毛竹林为研究对象,对其林内和林缘的小气候日变化情况进行了定量化研究。结果表明：1）惠山森林公园与青山公园的相对湿度日变化皆呈先减后增趋势,均在13：00达到极值。林内相对湿度分别为67．6％、65．6％,林缘相对湿度分别为61．8％、63．4％;温度和综合舒适指数日变化皆呈先增后减趋势,也均在13：00达到极值,林内温度分别为28．2℃、27．5℃,林缘分别为29．8℃、28．9℃;林内综合舒适指数分别3．5、3．2,林缘综合舒适指数分别4．8、4．1。2）08：00～17：00林内人体舒适度高于林缘,其他时刻人体舒适度低于林缘。3）与密度较大的惠山森林公园竹林相比,青山公园竹林综合舒适指数降低了0．1～0．7,平均值为0．3,即密度较小的青山公园竹林调节城市小气候的功能最佳,为秋初时节人们户外活动提供了一个良好的选择。     

城市化对北京夏季极端高温影响的数值研究

利用一个耦合了城市冠层模式（UCM）的区域数值模拟系统（WRF／NCAR）,引入由LandsatTM提取的京津冀区域30m分辨率下垫面GIS数据集代替美国USGS地表分类数据,对2009年6月24—25日出现在北京地区的一次超过40℃极端高温天气过程进行了高分辨率数值模拟,用以考察WRF／UCM系统对北京“城市热岛”及城市高温天气的模拟效果,并分析了城市化对北京地区城市高温和地表能量平衡的影响及其日变化特征。结果表明：采用精细化下垫面分类数据集后能更好地模拟出主要高温区的分布特征,并能较好再现夜间的“城市热岛”效应。城市化发展对近地层气温的影响主要表现在会促使城区及其下风向近郊区气温的升高,增幅可达0．5～2℃,这与城市热岛及其下游效应有关。城市下垫面的高粗糙度对近地层风速表现出明显的阻挡效应,表现在模拟的10m风场减弱明显。考虑了城市下垫面属性的敏感性试验更好地再现了城区温度的日变化,其模拟的日间最高温度与实际观测值更为接近,也较好地模拟出了城区具有较高最低温度的特征。通过城区与郊区能量平衡过程差异的分析表明,城市化可以显著改变能量平衡中各项所占的比重。地表对近地层大气热量输送过程的变化表明随着城市下垫面的日愈扩大,会显著增强白天地表对大气的向上感热输送,增大城区日间出现高温的可能。夜间,模式反映出地表能量收入来自土壤热通量的向上输送,同样由于城区的潜热通量小,收入的能量仍主要以感热形式加热大气,夜间城区具有较高的最低温度并表现出较强的热岛特征,主要与夜间感热加热的持续相关。