不同类型人口区域的气温气候特征

由于不同类型人口区域气温差异比较复杂,为了综合了解不同类型人口区域的气温气候特征,除了了解每种类型区域的不同季节气候特征外,还需要对不同类型区域所有站的平均气温进行比较,表 7 给出这种比较结果。 从不同类型人口区域气温比较(表 7)可见,大体

       由于不同类型人口区域气温差异比较复杂,为了综合了解不同类型人口区域的气温气候特征,除了了解每种类型区域的不同季节气候特征外,还需要对不同类型区域所有站的平均气温进行比较,表 7 给出这种比较结果。 从不同类型人口区域气温比较(表 7)可见,大体上,区域人口越少,气温越低,基本上可以反映区域热岛效应,其中特大型区域比特小型区域在四季和全年气温均偏高,分别高 1.9、0.4、0.2、1.3 和 1.0℃。 对人口不同类型区域与气温关系进行综合。根据表 7 的数据,用非线性回归确定气温对人口的拟合方程。从四季和全年气温(℃)随人口(万人)的变化(图 1~5 中细实线)可见,其变化可用非线性函数拟合。常用的几种关于依变量 y 与自变量 x 的非线性函数类型有线性、幂指数、自然指数、对数和双曲等 5 种类型,函数形式见表 8 所示,函数中的参数 a、b 可用线性化方法确定。拟合时选择对实际气温拟合误差最小,来确定拟合方程的非线性函数类型。结果表明对数函数是主要的函数形式。不同季节及全年气温对人口的最优拟合方程列在表 9 上。不同季节和全年的气温对人口拟合曲线绘在图 1~5 中。从图可见,大体各季气温随人口增加而增加,冬季和秋季遵从对数函数变化,春季和全年则遵从指数函数变化,夏季比较特殊,特小区域的气温与其它类型区域差异较大,随人口变化遵从双曲函数形式。
表 7 不同类型人口区域所有站在不同季节与全年气温的平均值比较(℃)
 不同类型人口区域的气温气候特征
表 8   依变量 y 与自变量 x 的非线性函数类型
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不同类型人口区域的气温气候特征
图 1区域 冬季气温                                                    图 2   同图 1,但为春季
与人口的关系(细实线)
与拟合曲线(粗曲线)
 
不同类型人口区域的气温气候特征
图 3   同图 1,但为夏季                                图 4   同图 1,但为秋季
 
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图 5   同图 1,但为全年
 表 9 气温对人口(万人)拟合方程类型与参数
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区域热岛效应的估计

       虽然从表 9 中的气温随人口变化的非线性函数中,模拟出不同类型区域之间的差异,这种差异可以反映出热岛效应。但是,区域气温的变化包含 3 个因素:气候背景变化,热岛效应和局地变化。不同人口类型的区域气温变化也具有共同的气候自然变化,其中也包含有受人口密集度影响的热岛效应,另外还有局地地理位置因素影响。所以,差异可能是由于上述 3 个因素综合影响,有必要把非热岛效应因素消除,才能过滤出区域热岛效应。 为了求出不同人口类型区域气温的气候自然变化趋势,我们对该地区不同人口类型区域气温变化作主分量分析,提取出第 1 主分量,此分量可以认为已经消除了该地区台站之间的局地地理位置等差异,保留气候自然变化和热岛效应的影响。对不同人口类型不同季节和全年气温第一主分量解释方差,数值计算表明(表略),冬季解释方差比其他季节大。不同季节和全年的平均情况,特大区域与特小区域的气温代表性都比较好,最差的也超过80%,可见上面所选取区域不同人口类型是有代表性的。 进一步求出不同人口类型区域的不同季节和全年的第一主分量的直线趋势(表 10),用来反映消除了该地区台站之间的局地地理位置等差异后,气候自然变化和热岛效应的影响。从表中可见,大、小区域的趋势均为正变化趋势,反映全球变暖的影响。而且它们并没有明显的区别。说明自然影响掩盖了局地的热岛影响,有必要把自然变化消除。
表 10  各类区域不同季节和全年气温第一主分量直线趋势(℃/年)
不同类型人口区域的气温气候特征
       我认为 1970 年代以前,北京人口没有很快增长,区域热岛效应不明显,基本上能够反映自然变化。为了确定其自然变化部分,选取 1951~1970 年以前的高空环流因子(相关系数大于 0.35)与同时期的局地气温第 1 主分量进行多元回归拟合,拟合后的序列可以看成是局地气温的环境自然变化趋势。分析局地气温的环境自然变化直线趋势。不同人口类型区域的气温变化趋势与其自然变化趋势的差异,就能够反映不同类型区域的热岛效应(表略)。不同人口类型区域气温和其自然趋势的差值(℃/年)比较列在表 11 中。 从表中可见,各类区域热岛效应均有明显表现。在季节之间的比较上,春季和夏季有较强的热岛效应,冬季特大区域热岛效应大于小区域,春季小区域热岛效应十分突出。大体来说,冬季热岛效应不如春季和夏季,可能是因为南方冬季没有取暖问题。但是在大部分季节中,小区域的热岛效应都有较强的表现,可能因为小区域人口增加速度比大区域大的缘故。区域热岛效应平均约为 0.049℃/年。
 表 11   各类区域不同季节和全年气温与自然直线趋势差值(℃/年)
 不同类型人口区域的气温气候特征

       本文利用北京地区不同类型人口区域气温 1951~2001 年资料,按人口数把区域分为6 类,分别对它们不同季节和全年的气温进行分析,得到如下结论: (1)  不同类型人口区域气温差异很大,随人口数增加有非线性变化关系,除夏季外,均可以用对数函数来反映其变化关系。 (2)  不同人口类型区域的气温变化趋势与高空自然变化趋势差异,取其趋势差值的平均作为热岛效应系数,能够反映不同类型区域的热岛效应。 (3)  冬季、春季和夏季有较强的热岛效应,小区域热岛效应也有较强的表现。 (4)  区域热岛效应平均约为 0.049℃/年。   

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