WRF-ARW模式在北京城市热岛模拟研究中的应用

为了分析城市化对北京城市热岛效应的影响程度,利用NCEP 1℃×1℃逐日再分析资料、Landsat遥感产品数据以及中尺度WRF模式,对北京城市下垫面因子的变化进行模拟。分析城市化对北京城市热岛强度的影响。结果表明:白天北京的城市、近郊、远郊存在气温的逐级递减趋势,而夜间热岛分布广且城郊温差小,城市热岛强度总体维持在1℃以上。下垫面由郊区变为城市会使当地的气温升高;并且这种升温效果在夜间比较显著。城区面积的扩张,会进一步增加城市中心区的温度。从不同年份小风区面积的变化看出,城市化在夜晚不断的加剧城市热岛效应,而白天则先增强后减弱。     

城市发展对区域气象环境影响的数值模拟:以苏州为例

本文采用中尺度天气模式WRF(Weather Research Forecasting Model),以苏州地区为例,对稳定天气过程下的城市热岛效应进行了数值模拟(2007年7月31日-8月2日).利用Landsat卫星观测的1986年、1995年、2004年、2006年下垫面资料进行了敏感性试验,分析了城市化导致的城市下垫面变化对城市气象环境的影响.结果表明,在这次高温过程中,城市气温一直较郊区高,高温区随着城市扩展而扩大;城市化对郊区气温影响较小,而城市气温会有所增长,且夜间较明显;随着城市的发展,城市热岛强度也随之增长,在夜间增长显著;由于城市下垫面的特征,城市中上升气流区与下沉气流区顺着风向成条带状相间分布,这表明在城市中可能存在水平对流涡旋,并且随着城市的发展,水平对流涡旋强度有增强的趋势.     

近60年西安市极端气温事件变化特征分析

分析西安市近60年极端温度事件的变化特征以及极端温度指数与气温的关系。选取1951—2010年西安市逐日平均气温、日最高气温以及日最低气温资料,采用世界气象组织(WMO)公布的极端温度指数,利用Mann-Kendall(M-K)方法进行极端气温事件分析。认为近60年来,西安年平均气温、年平均最低气温、年平均最高气温呈上升趋势,20世纪90年代增温尤为明显;3种气温的变化趋势除夏季平均最高气温呈下降趋势外,各季节均为上升趋势;年平均气温与极端气温指数之间存在明显的相关性;暖夜日数和暖昼日数呈上升趋势,而霜冻日数、冷夜指数和冷昼日数呈下降趋势,冷夜指数减小、暖夜指数增大的幅度远大于冷昼日数减少的幅度,夜间气温的上升对增暖的贡献更大;极端气温指数的变化存在明显的年际变化特征,并伴有突变发生,西安市气温升高主要发生在20世纪90年代初期。     

果洛州大武镇气温变化特征分析

根据果洛州气象台1970～2006年定时、逐日、月、年气温资料，统计分析了该地区年内各月及年际气温变化特征。研究表明：果洛地区年内最高气温出现在7月或8月初，最低气温出现在1月或2月初。年平均气温呈明显的上升趋势，气温变化存在明显的季节性差异，冬季变暖趋势最明显，致使气温年较差逐渐减小。进入21世纪后夜间气温升温幅度大于白天气温升温幅度，气温日较差显著减小。     

基于MODIS地表温度的京津冀地区城市热岛时空差异研究

利用2000,2005和2010年土地利用数据识别城市和郊区,基于2000—2010年1,4,7,10月MODIS地温产品探究京津冀地区城市热岛效应的时空差异,讨论城区土地利用对城市热岛效应的影响。结果表明,京津冀地区城市热岛效应的昼夜、季节特征突出。白天热岛与夜间热岛差异较大,夜间92.8%以上的城镇表现为热岛,且季节差异小。夏季白天热岛最强,冬季白天85%的城市呈现冷岛效应。白天水体减弱城市热岛强度,夜间相反。春、夏季草地增加白天城市热岛强度,冬季白天为减弱作用,夜间四季均为增强作用。农田和林地在春、夏、秋季白天减弱城市热岛强度,冬季白天为增强作用,夜间四季均为减弱作用。     

1973-2015年年楚河上游流域径流变化趋势及驱动因素分析

青藏高原是对全球气候变化响应敏感且不确定性最大的地区。本文选取青藏高原雅鲁藏布江年楚河上游流域为研究区,基于流域两气象站(江孜和帕里站)1973—2015年逐日气温、降水数据,以及江孜水文站月流量数据,采用Mann Kendall检验、线性趋势法等多种趋势分析方法,分析了气温、降水、径流的年际和年内变化特征,并探讨了影响径流变化的主要因素。结果表明:1)年楚河上游流域气温呈显著上升趋势,增加速率为0.02℃·a~(-1),降水呈不显著下降趋势,减少速率为0.39mm·a~(-1);2)流域径流量年内分配极不均匀,主要集中在5—10月,年均径流量整体呈减少趋势,但在1973—2000年表现为增加趋势,2000年之后呈减少趋势;3)流域内冰川和积雪面积在2006年后呈明显减小趋势,但降水变化仍是流域径流量变化的主要驱动因素。全球变暖引起年楚河上游流域气温升高,降水减少,径流出现先增加后减少的趋势,这将进一步加剧流域水资源短缺,影响流域水资源开发利用、合理配置和区域可持续发展。     

基于多源卫星资料的太原市城市热岛效应分析

“十五”以来,太原市建成区面积不断扩大,人口数量不断增加,人为活动以及下垫面的变化会影响太原市地表温度的时空分布,城市热岛现象也随之发生变化。为了对太原市今后城市发展及生态文明建设提供科学依据,利用Aqua/MODIS、数字高程、土地利用分类、城市灯光等多源卫星资料计算太原市2003～2019年城市热岛强度和城市热岛比例指数,分析太原市城市热岛效应时空变化特征,并结合高空间分辨率的Landsat8数据分析太原市热岛区和冷岛区下垫面特征。结果表明：2003～2019年,太原市辖区各县（市、区）城市热岛效应较强的月份主要发生在7月～9月,且多在8月城市热岛效应最强,辖区各县（市、区）中小店区城市热岛效应最强;近20年来,太原市辖区各县（市、区）城市热岛强度变化趋势不同,南部的小店区、晋源区和清徐县城市热岛强度整体增加趋势明显且逐渐相连成片,在今后城市发展中应重点关注,北部、东北部和西南部郊区的强冷岛区域的面积增加显著,有效缓解了所在县（市、区）的热岛强度;在城市发展建设中,注意金属、混凝土或塑胶等建筑吸热材料对局部热岛效应的加强作用,可通过大面积水体、植被等缓解局部地区热岛效应。     

1959～2012年夏季珠三角地区高温热浪的时空 分布特征及其城市热岛效应的影响分析

本文采用珠三角地区9个观测站点1959-2012年夏季(6-8月)逐日02h、08h、14h、20h的温度资料研究珠三角地区夏季高温热浪天气日数和强度的时空分布特征,以及暖夜日数的历年变化趋势,并分析了2000-2012年夏季广州市城市热岛效应对高温热浪天气的影响。研究表明：1)珠三角地区高温热浪日数及强度的时空分布特征相似,空间分布上呈从北向南递减趋势,时间分布上20世纪60年代到80年代呈减少趋势,80年代开始呈增加趋势,21世纪之后大幅增加,并在2007年达到峰值;2)珠三角地区暖夜日数呈增加趋势,且高值区分布与高温热浪日数和强度的分布相似,均发生在90年代末以后;3)1980-2012年夏季广州站各项要素的增加速度均为最快,说明城市热岛效应对广州市区的高温热浪(暖夜)的强度和持续时间均有增强作用;4)2000-2012年夏季广州市6次高温热浪过程中,城区的暖夜日数占总日数的78.6%,郊区的暖夜日数占总日数的14.2%,说明城市热岛效应对城区高温热浪期间夜间温度的影响比白天更为突出。     

临汾市近48年气候变化规律研究

本文就临汾市近48年来(1954年—2001年)的气温、降水进行了认真、细致的诊断分析.结果表明:气温呈非连续性的增暖趋势,线性变化率:年平均气温为0.25.(10a)-1,年平均最高气温线性变化率为0.1℃.(10a)-1,年平均最低气温线性变化率为0.45℃.(10a)-1.从变化规律分析,60年代较50年代有所增暖,60年代至80年代中期变化不明显.而从1989年以后,呈连续性增暖趋势.到1999年出现了1954年以来的最暖年,年平均气温14.1℃,究其变化原因,可能与90年代频繁发生的厄尔尼诺及城市热岛效应有关.降水变化存在着明显的年代际变化规律,平均每6年—8年为一周期,降水量从50年代至90年代呈连续性的递减趋势,线性变化率为-21.9mm(10a)-1,90年代较50年代降水量减少了83.4mm.     

利用Landsat资料的南宁近年来城市热岛效应研究

城市热岛效应是一种由于城市建筑及人们活动导致的热量在城区空间范围内聚集的现象,是城市气候最明显的特征之一。遥感作为监测城市热岛效应的重要手段,具有大面积的同步观测、覆盖范围广且成本低的优势。本文收集南宁市2003年～2016年期间的6期秋季(9月和10月)Landsat5和Landsat8遥感数据,反演得到地表温度。在此基础上计算出地表热岛强度指数和热岛比例指数,得到不同时期南宁市区热岛强度和范围,并对城市热岛状况进行了评估。结果表明:①从西北—东南方向剖面线可以看出,地表温度和NDVI呈相反趋势,市区温度高,城郊温度低;NDVI则相反;②2010年以后的城市热岛效应越来越严重,表现在热岛效应的强度和范围呈现大幅度增加趋势;③2006年前,热岛效应集中在快速环道以内区域,2010年前热岛效应集中在快速环道以内及周边区域,之后城市热岛范围在整个研究区内急剧扩张,并且程度加强;④城市热岛效应的产生和发展与城市化进展密切相关,由于未开发的植被覆盖区转变为建筑物、道路等不透水面,导致NDVI植被退化,这与城市热岛现象在空间上具有很好的对应关系。⑤2016年城市热岛效应评价中"急需缓解"的面积占整个研究区域的0.6%,"需要缓解"占18.6%,"警惕状态"占16.3%,"安全状态"占64.4%。     

Seasonal Variation and Land-Use/Land-Cover Type Impacts on the Correlation of Urban Heat Island Intensity and Difference Vegetation Index with Satellite Data in Xi’an,China

Green coverage has pronounced influences on urban heat island (UHI) effect, while the impacts of seasonal variation and Land-Use/Land-Cover (LULC) types on this effect has not been implemented. This paper investigated the spatio-seasonal characteristics of urban thermal environment and the vegetation-soil mixed area, and then explored the effects of vegetation status on UHI intensity from the perspectives of seasons and regions in Xi’an using four Landsat 8 images. UHI intensity index was implemented to extract UHI intensity based on thermal infrared imagery, and difference vegetation index (DVI) was used to represent vegetation-soil mixed area. Results indicated that DVI has impacts on UHI intensity, and their relations vary with season and region. In the whole Xi’an, if UHI intensity is smaller than -0.1, DVI increases with the increase of UHI intensity; whereas for UHI intensity is greater than -0.1, DVI decreases with increases of the UHI intensity from early spring to autumn. The highest correlation level was discovered in the autumn map (R²=0.713). Results of correlation analysis further displayed that DVI positively correlated with UHI intensity at impervious surface, and that the main urban area possessed the best correlation with R²=0.564 5.     

上海市城市热岛效应的时间多尺度特征

取上海市区各站点的平均温度与近郊站点的温度之差作为衡量城市热岛强度的指标，利用上海市城区和郊区的6个Davis自动气象观测仪每小时观测的记录，对2000年的温差序列进行小波变换，分析上海市城市热岛强度时间-频率的多时间尺度的演变规律.结果表明：小波分析能在波幅的时间-尺度图上进行宏观分析，低频小波波幅的发展、加强与城市热岛的强弱相对应.上海城市热岛的周期变化在时间域上分布不均匀，冬季热岛变化以14 h和26 h尺度为主，而夏季以12 h和28 h尺度较为明显.同一尺度上冬季上海市热岛强度变化明显，变化幅度大（热岛强度最大达5.6 ℃），相对应的波的振荡频率快，振幅较大；夏季反之.     

北京市夏季城市强热岛边界层气象特征

近年来,北京市城市化发展迅速,城市气候特征也发生明显变化。应用中科院大气所325m铁塔的梯度观测资料,对发生在北京市的夏季强热岛天气的边界层气象特征进行了分析。结果表明:发生在夜间的北京市夏季强热岛,其边界层存在很强的逆温层结,并且逆温层较厚,低层风速较小,一般不超过2.0m/s;但白天,随着太阳短波辐射的加强,逆温结构很快被破坏,城市热岛强度也迅速减弱。     

建筑密度对城市热岛影响的多孔介质数值模拟

根据城市空间结构与多孔介质的相似性,在城市热岛效应的研究中引入了多孔介质理论,采用体积平均技术和雷诺时均方程法建立了适用于城市湍流流动与换热的多孔介质数学模型,并利用微尺度数值模拟计算结果的空间体积平均对模型的有效性进行了验证.采用建立的城市多孔介质数学模型,合理地考虑城市热源在城市冠层内的空间分布,研究了建筑密度对城市热岛强度的影响.结果表明:城市区域热岛强度随着地面孔隙率的增大而减弱,地面孔隙率每增加0.1,就会引起城市热岛强度减小0.36 K；在城市游的乡村地区,随着离开城市距离的增加,热岛强度逐渐消失；城市冠层底部的热岛强要显著高于上部,热岛强度随高度的增加几乎呈线性减小；城市对上空气流的影响可以延伸至5倍的城市冠层高度.     

近33 a珠海市雷暴日数的时间变化特征

基于珠海市近33a雷暴日资料,利用Morlet小波分析、累积距平和M-K突变检验等方法对珠海市雷暴日的演变趋势、周期变化和突变特征等进行全面分析,结果表明:(1)珠海市雷暴日有明显的季节变化特征,表现为夏半年偏多,冬半年偏少;(2)雷暴日的年际变化表现为下降-上升-平缓的演变特征,而且在各个时间尺度上都有明显的周期变化;(3)四季雷暴日的年际变化不同,春季、秋季和冬季均有不同程度下降趋势,而夏季为上升趋势,并通过99%的信度检验;(4)四季雷暴日在不同时间尺度上的周期变化不同,春季周期振荡在4～6a的时间尺度最为剧烈,夏季在6～8a的时间尺度上,秋季从高频到低频都有明显的周期振荡,冬季各个频率上的周期振荡都较为明显,2000年之后周期振荡有转弱的趋势;(5)M-K突变检验表明夏季雷暴日在1994-1995年有突变现象。研究结果有助于了解珠海地区雷暴的变化特征,对科学防御雷暴灾害、科学规划和设计雷电防护等有重要作用。     

2004-2011年安庆地区对流层顶的特征分析

通过对安庆地区2004-2011年逐日07:00和19:00定时观测探空资料分析,讨论了当地对流层顶的要素统计特征,结果表明:第一对流层顶于7,8,9月出现极少或没有,月平均温度极值相差大,其高度和温度有良好的对应关系,且有明显的季节变化特征;第二对流层顶每月均能观测到,月平均温度极值相差比较小,没有明显的季节变化特征。     

山地城市热环境及其聚落特征的关联分析

以重庆主城区为研究对象,利用Landsat 8传感器OLI和TIRS获取的遥感影像为数据源,进行城市聚落特征包括地形特征、土地利用等与地表温度的差异性分析。结果表明:城市的热环境空间分布差异较大,海拔高度对温度的影响强于地形起伏度;(NDVI、NDBI、MNDWI等)和地表温度的相关关系呈分段线性关系;不同土地利用类型的热强度和热变异程度差异明显,建设用地的温度最高且斑块温度间的变异性最强,虽然水体的平均温度最低,但斑块温度间的变异性却较高;从格网分析的结果可以看出,格网内部水体的"冷岛效应"明显、建设用地的"热岛效应"显著,耕地与自然植被面积的增加使得各空间格网温度更趋向于稳定。     

绿地格局对城市地表热环境调节作用的多尺度分析

城市绿化是协助城市应对气候变化、缓解城市热岛效应的有效途径，而分析影响绿地降温效应的因素及机制是合理改善城市绿化措施的理论基础。     

长春市气候分析

通过对长春市环境气候观测资料分析 ,揭示了长春市环境温度和降水的季节变化分布 ,不同性质地面环境对温度分布的影响及长春城市热岛强度的时空变化特点。结果表明 :长春城市建设规模及其特殊的地面物理性质 ,对气候环境已产生较明显的影响 ,年、季环境温度分布都以市中心温度为高 ,向郊区逐渐降低 ,存在着明显的城市“热岛”现象 ;而且长春城市热岛强度的年、季变化与我国北方城市的变化趋势比较一致。     

城市热岛效应对城市规划的影响

在综合分析城市热岛效应的基础上,论述了城市热岛效应对城市规划的影响。城市热岛效应是城市化形成的特殊城市气候,是现代都市的典型气候特征之一。城市热岛效应具有明显的时空分布特征,它的形成与城市下垫面性质和城市能耗等许多因子有关。城市热岛效应对城市空气动力学、城市森林规划、城市色彩规划、城市能源规划以及城市规模等方面都具有极大的影响。城市规划部门和有关专家应根据城市热岛效应的形成机制及其时空分布特征,制定合理的城市规划,以期最大限度地消除或缓解城市热岛效应,实现经济、社会和自然的和谐发展。