北京市30年热岛效应与人口增长的关系研究

随着区域的人口迅速增加,区域的热岛效应对气温观测资料的影响问题受到国内外气象学者很大的关注。例如,Karl考察美国区域-乡村气温差异,把区域分为 4 类,认为区域热岛效应约为 0.06℃/10 年。Jones 等用区域站与网格点的平均值序列,比较它们的线性趋势,

       随着区域的人口迅速增加,区域的热岛效应对气温观测资料的影响问题受到国内外气象学者很大的关注。例如,Karl考察美国区域-乡村气温差异,把区域分为 4 类,认为区域热岛效应约为 0.06℃/10 年。Jones 等用区域站与网格点的平均值序列,比较它们的线性趋势,  得到区域热岛效应在 0.05~0.10℃之间。Epperson 等使用高空和卫星气象观测资料,对全美国的温度作区域热岛订正,得到的订正量,月最低气温约为 0.40℃,月平均气温约为 0.25℃,月最高气温约为 0.10℃。葛向东等研究区域化对北京的增温效应,利用主成份分析法从北京及其从近到远的4个郊县的 29 年月平均温度资料中,提炼出影响北京气温变暖的 2 个主要因子,区域化影响和区域气候变化,并从而推算了 29 年来区域化使北京年平均温度增加了 0.2℃。焦敦基等对北京的区域热岛效应进行研究,发现冬半年城乡温差显著,  热岛在市中心月平均气温城乡差为 0.7~1.6℃,冬半年大于夏半年年均最高气温区域比乡村高 0.4℃,  最低气温城乡差为 1.4℃;  月均最高气温城乡差以 7~9 月为最大,  达 1.0~1.3  ℃, 12~3 月基本无差异。赵宗慈研究近 39 年中国气温变化与区域化影响,按人口数把区域分为 5 类:>100 万,50 万,10 万,<1 万。利用温度变化的直线趋势进行研究,发现大与次大区域直线趋势比小区域强,认为这是由于区域的热岛效应的结果。张一平等研究热带地区的区域化对室内外气温影响,通过比较分析,得出由于区域面积扩大导致室内外气温均有升高趋势,其增温强度干季大于雨季。这种现象在中国深圳市的发展中也得到证实。邓莲堂等对北京市区域热岛的变化特征进行分析,发现区域月平均热岛强度值大于 0.8  ℃,  平均热岛强度秋冬季节较强,  夏季较弱。

一、热岛效应的概括

       热岛效应,是指一个地区的气温高于周围地区的现象。用两个代表性测点的气温差值(即热岛强度)表示。主要有两种:区域热岛效应和青藏高原热岛效应。
       热岛效应,指由于人为原因,改变了区域地表的局部温度、湿度、空气对流等因素,进而引起的区域小气候变化现象。该现象,属于区域气候最明显的特征之一。由于区域建筑群密集、柏油路和水泥路面比郊区的土壤、植被具有更大的吸热率和更小的比热容,使得区域地区升温较快,并向四周和大气中大量辐射,造成了同一时间城区气温普遍高于周围的郊区气温,高温的城区处于低温的郊区包围之中,如同汪洋大海中的岛屿,人们把这种现象称之热岛效应。
 

北京市30年热岛效应与人口增长的关系研究     北京市30年热岛效应与人口增长的关系研究  

区域热岛效应   热岛效应                                                                               

二、区域热岛效应

       区域气候最显著的特征之一就是热岛效应,人类很早以前就发现区域的大气环境与乡村及山区具有不同的特点。英国人Lake Howard于1833年第一次对伦敦区域中心的温度比郊区高的现象进行文字记载, Manley于1958年首次提出区域热岛(Urban Heat Island,UHI)的概念。 现在普遍认为,区域热岛效应是指当区域发展到一定规模,由于区域下垫面性质的改变、大气污染以及人工废热的排放等使区域温度明显高于郊区,形成类似高温孤岛的现象。
区域人口密集、工厂及车辆排热、居民生活用能的释放、区域建筑结构及下垫面特性的综合影响等是其产生的主要原因。热岛强度有明显的日变化和季节变化。日变化表现为夜晚强、白天弱,最大值出现在晴朗无风的夜晚,北京观测到的最大热岛强度达6℃以上。季节分布还与区域特点和气候条件有关,北京是冬季最强,夏季最弱,春秋居中,北京和广州热岛效应以10月最强。年均气温的城乡差值约1℃左右,如北京为0.7~1.0℃,北京为0.5~1.4℃,洛杉矶为0.5~1.5℃。区域热岛可影响近地层温度层结,并达到一定高度。区域全天以不稳定层结为主,而乡村夜晚多逆温。水平温差的存在使区域暖空气上升,到一定高度向四周辐散,而附近乡村气流下沉,并沿地面向区域辐合,形成热岛环流,称为“乡村风”,这种流场在夜间尤为明显。
       区域热岛还在一定程度上影响区域空气湿度、云量和降水。对植物的影响则表现为提早发芽和开花、推迟落叶和休眠。区域热岛效应是区域气候中典型的特征之一。它是区域气温比郊区气温高的现象。区域热岛的形成一方面是在现代化大区域中,人们的日常生活所发出的热量;另一方面,区域中建筑群密集,沥青和水泥路面比郊区的土壤、植被具有更小的函授比热容(可吸收更多的热量),并且反射率小,吸收率大,使得区域白天吸收储存太阳能比郊区多,夜晚区域降温缓慢仍比郊区气温高。区域热岛是以市中心为热岛中心,有一股较强的暖气流在此上升,而郊外上空为相对冷的空气下沉,这样便形成了城郊环流,空气中的各种污染物在这种局地环流的作用下,聚集在区域上空,如果没有很强的冷空气,区域空气污染将加重,人类生存的环境被破坏,导致人类发生各种疾病,甚至造成死亡。

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