城市非均匀性对城市地表能量平衡和风温特性的影响

为了研究城市的非均匀性对城市气象特征的影响,根据南京市landsat卫星资料的建筑密度分布特征,将南京市不同区域的城市分成:商业型城市、高密度城市、低密度城市.利用天气预报模式(WRF)模式针对南京地区非均匀城市类型分布进行了1年的高分辨率模拟,研究了城市非均匀性对城市地表能量平衡和城市热岛等气象特征的影响.研究结果表明:城市地表能量平衡和城市热岛等气象特征对城市非均匀性比较敏感,城市非均匀性导致平均城市感热、净辐射、热岛强度、城市郊区风速差减弱,而潜热增加.考虑城市的非均匀性之后,地表能量平衡各项以及温度、湿度、风场在城市区域的分布更加复杂,空间分布的方差和极值明显增加.如非均匀城市使平均感热、热岛强度和城市风速衰减分别下降了9.3 W·m-2、0.18℃和0.14m·s-1,潜热增加11.2 W·m-2;但非均匀城市使热岛强度、风速衰减、净辐射的最大值增加了0.28℃、0.28m·s-1和5.7·m-2.城市对于风速的衰减,会导致低空急流带的强度变小、厚度变薄.     

现代化城市温度分布特征及绿化对策

应用Lanasat-5卫星图象资料，对成都市区夏季晴天温度分布作客观分析，拟定5个温度层次，确定相应代表性观测点，每点1．50和0．10m两个高度，同步进行气温、相对湿度观测；同时与近郊5个气象站平行观测资料进行比较．结果表明：城市热岛、干岛出现在城东、绿化水平低的工厂密集区，最高气温达35．7℃，比郊区平均高出3．0℃；而绿化较好的城西小集镇、事业单位，特别是公园，最高温度为32．7℃，与郊区接近；相应的相对湿度比郊区低14％左右．     

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.     

城市大气边界层的综合观测研究——实验介绍与近地层微气象特征分析

介绍了南京大学大气科学系依托国家自然科学基金重点项目<城市边界层三维结构研究>在南京进行的两次城市边界层综合观测实验(时间分别在2005年夏季与2006年冬季),对实验所获观测资料进行了初步分析,获得了一些城市近地层微气象学的基本特征,并对结果进行了讨论.主要结果为:市区气温明显高于郊区,体现出城市热岛效应的存在,且市区与郊区的气温差异随高度的增加而减小;2006年冬季观测期间,市区的风速比郊区约小1 m/s,反映出城市建筑物对气流的摩擦、阻尼和拖曳等作用,这些作用使得平均风速在城市上空衰减,并使一部分气流平均动能转化为湍流动能;市区白天的感热通量与郊区相当,但潜热通量远小于郊区,因此市区的鲍恩比远大于郊区.市区下垫面储热项在地表能量分配中占有较大份额,成为城市热岛效应的主要成因;夏季观测期间,市区摩擦速度均值比郊区高34%;冬季观测期间,市区摩擦速度均值比郊区高23%.这种夏季大于冬季、市区大于郊区的现象表明,由于冬/夏热力学性质和城/郊下垫面动力学性质的不同而引起湍流活动的差异;为了定量地衡量气流平均场转化为湍流场的效率,表述动量输送的强弱,我们引入了一个新的变量:归一化摩擦速度.对冬/夏两季和城/郊两地的比较发现,归一化摩擦速度具有很好的相似性和一致性,它表现为一个不随季节和时间变化的常数;通过比较水平湍流方差σ2u+σ2v与垂直湍流方差σ2w的方法,来更直观地研究湍流能量在水平和垂直两个方向上的分配特征.在2006年冬季观测期间,市区的σ2w/(σ2u+σ2v)平均值为0.16,郊区为0.14,市区湍流能量在垂直方向所占份额略高于郊区.     

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。     

基于WRF/UCM的城市气候高分辨率数值模拟研究

以沿海城市大连2015年7月3日2时至7月4日2时的晴朗高温天气为研究背景,利用WRF/UCM以1km的高分辨率进行了城市气候数值模拟.结果表明:海风、山体对城市热岛有明显的缓解作用;中心城区受山地影响,形成了管道风效应;模拟期间城市热岛中心位于大连开发区一带,热岛强度最高达6.9℃,出现在2015年7月3日19时30分.将模拟结果与两个气象站和现场观测值进行了对比,发现模拟值与观测值变化趋势基本一致,地面温度场模拟结果优于风场模拟结果.温度场误差最大-3.10℃,最小0.08℃;平均误差最大0.88℃,最小0.52℃;均方根误差最大1.23℃,最小0.63℃.对于大尺度的城市气候研究而言误差在可接受的范围之内.对相应的缓解城市热岛的城市规划策略也进行了初步探讨.     

城市混浊岛和城市热岛

作者在济南市进行了三次太阳辐射强度和气温的流动观测．结果表明：城市混浊岛效应强烈；太阳辐射强度的空间变化形式与市区功能区布局密切相关；在市区下风向，混浊岛的范围至少可延伸１７～１０ｋｍ的地方；城市混浊岛的范围大于城市热岛的范围。晴日白天，城市下风向郊区一定范围内的温度不但低于市区，而且低于上风向郊区．     

城市下垫面扩张对局地热力环流影响的模拟

采用WRF模式及其城市冠层参数化方案,选取2010年8月1日至3日晴天天气为模拟背景,两个算例分别为南京1993年土地利用类型及2010年土地利用类型分布。模式的模拟结果表明城市扩张使城区内2 m高度处气温有了一定幅度的增温,夜间24:00最大增温幅度达3 K。同时城市扩张使得城区风速明显减小,产生减速效应。对比两个算例风速的模拟结果,郊区风速均大于城区,风速低对物质的水平输送、扩散带来不利影响。由于城市热岛的影响,城区范围内产生有辐合上升的运动;随着城区面积的扩大,湍流动能强度及其影响范围也在扩大。2010年算例,正午湍流强度最大值与1993年算例相比较,由2.1 m~2·s2增至2.7 m~2·s2。城区内湍流运动较为强烈的区域,在一定程度上促进物质垂直方向上的输送与扩散。城市扩张后物质在城区上方垂直方向上湍流扩散得到加强,而在水平向下的输送受到抑制,更多地被阻隔在城市局地。     

一种城市热岛强度的计算方法——以合肥市为例

城市热岛是指城市化过程中城区高空以及近地面大气温度高于城区以外郊区的现象。城市热岛强度是城市热场分布的重要表达手段,目前,对专门研究城市热岛强度的计算方法讨论较少。本文利用Landsat5数据,基于遥感相关理论,以合肥市为例,反演出城市地表亮温,同时引入城市形态分维理论,使用改进的半径法对合肥市的城市热场状况进行研究,发现亮温的水平分布在城市建成区与非城市建成区间有突变现象,并以此分析城市热力场的空间分布,得到热岛强度计算公式,从而得出城市热岛强度的表达方式。在城市热岛强度计算过程中,着重考虑了城市热场分布特征,克服了在研究城市热岛时寻找郊区气温值的困惑,这对于城市热岛强度的表达研究具有一定的指导意义。     

北京地区不同城市热岛指标和城市效应研究方法的对比分析

城市热岛效应是城市气候的突出现象之一,由于观测手段差异和数据代表性的不同,对城市热岛存在多种定义,其中冠层城市热岛和地表城市热岛的应用最广泛,但是目前两者之间的比较工作开展相对较少.“城市效应”是指由于城市的出现对一个地区气候的影响,城市热岛本质上属于城市效应的表征之一.分离“城市效应”常用的方法有“城乡差异”和“城市化前后对比”两种,二者分别从观测资料的空间和时间差异着手计算,目前对两种方法结论的一致性分析尤为欠缺.以北京地区为研究对象,利用地面气象站和卫星遥感观测数据,对比分析了该地区气温和地表温度、冠层热岛和地表热岛的数值与变化情况,并进一步分析了分离“城市增温效应”两种方法的可比性,结果表明：（1）2009-2017年北京地区五种热岛指标均值比较为：由卫星遥感反演得到的日间地表热岛最大,其次为地面观测得到的最低气温冠层热岛和卫星遥感反演得到的夜间地表热岛,二者数值相近,地面观测得到的平均气温冠层热岛再次,而地面观测得到的最高气温冠层热岛远小于其他四类;（2）以通州站为例,1980-2017年用以分离“城市增温效应”的城市化前后差异和城乡对比两种方法的结果分别为0.65℃/（10...     

上海大气环境中的城市干岛和湿岛效应

本文根据上海城区１１个气象站和近效４个县站近７年的气象观测资料，进行大气湿环境的城、交了对比分析，阐明了上海城市干岛与城市湿岛的出现频率，强度变化，时空分布规律和形成原因。     

合肥城市热岛强度及绿化效应

通过对合肥城市热岛效应的研究 ,发现合肥全年存在热岛效应 ,热岛强度 (ΔTu-r)年变化表现为 6、7月份最强 ,1 2、1月份最弱 ;ΔTu-r日变化出现两个峰值 ,与市中心人流、车流高峰一致 ;合肥城市热岛中心位置随季节变化 ,合肥热岛强度(ΔTu-r)随人口增长而逐年增强 ,1 998年最高值达 5.9℃。根据灰色预测 ,到 2 1世纪初随着人口增长ΔTu-r可能达 9.2℃ ;绿化效应的研究为城市规划、绿化建设选择有利于减弱夏季热岛强度的绿地类型及树种提供了科学依据     

西宁市区的城市气候效应

用西宁（代表城市）、大通（代表乡村）３０多年气候资料序列，计算并分析其城乡温度、湿度等气象要素差值的长期变化，揭示了西宁市随着城市规模的发展，日益显示出热岛、干岛效应的存在．对城市发展的４个主要因子与城市气候效应的关系所作的统计分析表明，城市发展因子在城市气候形成中起着重要作用．     

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。     

长沙市高层建筑群区域环境测试与分析

为分析长沙市城区内不同区域的高层建筑群的局部环境的差异,选取了3个典型的建筑群区域进行测试。为了解住户内部的热湿环境差异,在每个区域选取一典型住户进行室内环境的实测。同时,对各个区域进行红外线测试,绘制红外线温度图来分析城区的热岛效应。测试分析表明,长沙市不同的高层建筑群区域的环境状况差别不大,但位于不同区域的住户室内热湿环境差别较大。经红外线分析可知,长沙市中心城区的热岛强度在6℃以上,相比之下,岳麓山附近热岛效应较弱。     

城市化进程中天津城市热岛景观格局变化分析

为了控制城市热岛的增长趋势并提出科学的政策方案,以天津市为研究对象,利用2001年—2009年的5景Landsat TM/ETM+遥感影像数据对地表亮温进行反演,并利用景观格局指数分析城市热岛在天津城市化进程中的演变特征.结果表明:随着天津城市化进程的发展,热岛景观在数量特征上体现为斑块个数减少,高等级热岛景观类型面积和单体面积均增大,热岛景观逐渐变得更加聚集化;在形态特征上,热岛景观形状指数增大,斑块形状越来越复杂;在结构特征上,热岛景观的聚合度、邻近指数和蔓延度逐渐增大,多样性指数和均匀度指数降低,热岛景观分布向不均匀、组团式发展;在空间分布上,研究区的高温组团大致分布在市区、塘沽区中东部、汉沽区西北部和大港西南部,其中以市区和塘沽区中东部2个组团为典型.利用景观指数分析城市热岛环境,可为制定有效防止热岛发展的措施提供科学依据.     

基于TM数据的合肥市城市热岛效应研究

城市热岛的空间分布与其下垫面环境极其相关。基于Landsat TM数据反演出合肥市市区地表温度;并分析合肥城市热岛分布、变化情况以及城市地表温度与其下垫面土地覆盖类型之间的关系。对合肥市市区2007年7月17日的地表温度分布图的分区统计显示出较大的温度差异:城镇用地具有高的平均温度(31.19℃),自然地表具有较低的平均温度(30.15℃),而水体的平均温度更低(26.88℃)。分别用%ISA(不透水面率)、NDVI值和MNDWI值来提取城市的不透水面、植被和水体信息;并对地表温度与%ISA、NDVI、MNDWI进行回归分析。结果表明,地表温度与%ISA和NDVI值有较好的相关性。     

国外城市气候特征的研究进展

国外对于城市气候特征的研究主要集中于城市风环境的变化与热岛效应2个方面,尤其对热岛效应特征以及街道风场的研究比较多。研究表明,城市风与热岛效应均表现出受城市建设影响而形成的多样化特征,同时,城市风与热岛效应的特性也是影响城市环境的重要因素。