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实验名称：城市热岛效应的观察与分析一、实验目的1. 观察城市热岛效应现象；2. 分析城市热岛效应产生的原因；3. 探讨减轻城市热岛效应的措施。
二、实验时间与地点实验时间：2021年10月15日实验地点：我国某城市中心区域三、实验材料与工具1. 材料与试剂：温度计、地图、相机等；2. 工具：实验记录表、数据分析软件等。
四、实验步骤1. 观察与记录（1）选取两个地点，一个位于城市中心区域，另一个位于城市郊区；（2）使用温度计分别测量两个地点的温度；（3）记录实验时间、地点、温度等数据；（4）使用相机拍摄两个地点的景象。
2. 数据分析（1）利用数据分析软件对实验数据进行处理；（2）比较城市中心区域与郊区的温度差异；（3）分析产生热岛效应的原因。
3. 措施探讨（1）根据实验结果，提出减轻城市热岛效应的措施；（2）讨论这些措施在现实生活中的可行性。
五、实验结果与分析1. 实验数据（1）城市中心区域温度：28℃；（2）城市郊区温度：20℃；（3）温度差：8℃。
2. 分析（1）根据实验数据，可以看出城市中心区域的温度明显高于郊区，证实了城市热岛效应的存在；（2）城市热岛效应产生的原因主要有以下几点：①城市建筑密集，地表水少，导致地表辐射热增加；②城市交通、工业等活动产生大量热量；③城市绿化覆盖率低，缺乏植被调节气温。
3. 措施探讨（1）增加城市绿化，提高植被覆盖率，减少地表辐射热；（2）合理规划城市布局，减少建筑密集区；（3）推广使用可再生能源，减少工业和交通活动产生的热量；（4）提高公众环保意识，倡导低碳生活。
六、实验结论1. 城市热岛效应确实存在，且城市中心区域的温度明显高于郊区；2. 城市热岛效应产生的原因是多方面的，包括地表辐射热、工业和交通活动等；3. 通过增加绿化、合理规划城市布局、推广可再生能源等措施，可以有效减轻城市热岛效应。
七、实验心得通过本次实验，我对城市热岛效应有了更深入的了解。
在实际生活中，我们应该关注城市热岛效应，采取有效措施减轻其影响，为城市居民创造一个更加舒适的生活环境。
《北京城市热岛效应对冬夏季降水的影响研究》篇一一、引言随着城市化进程的加速，城市热岛效应已成为全球城市面临的重要环境问题。
北京作为中国的首都，其城市热岛效应对当地气候产生了显著影响。
本文旨在探讨北京城市热岛效应对冬夏季降水的影响，以期为城市规划和气候预测提供科学依据。
二、研究背景与意义城市热岛效应是指城市地区的气温高于周边农村地区的现象。
北京作为一座大型城市，其热岛效应对当地气候产生了深刻的影响。
冬夏季降水是北京地区气候变化的重要指标，研究城市热岛效应对冬夏季降水的影响，有助于深入了解城市气候变化的规律，为城市规划和气候预测提供科学依据。
三、研究方法本研究采用气象观测数据、遥感数据和数值模拟等方法，对北京城市热岛效应与冬夏季降水的关系进行深入研究。
具体包括：1. 收集北京地区的气象观测数据，包括气温、湿度、风速等气象要素以及冬夏季降水量数据。
2. 利用遥感技术获取北京地区的地表温度数据，分析城市热岛效应的空间分布和时间变化。
3. 建立数值模型，模拟城市热岛效应对冬夏季降水的影响，探讨其作用机制。
四、研究结果1. 北京城市热岛效应在夏季表现尤为明显，城区气温高于周边农村地区，这种差异在夜间更为显著。
2. 冬季降水量整体较少，但受城市热岛效应影响，城区降雪量相对较多。
这可能与城市地表覆盖物的性质和温度有关。
3. 夏季降水量受城市热岛效应的影响更为显著。
一方面，城市地区的高温可能加剧局部对流活动，导致降水增多；另一方面，城市地表覆盖物的性质和温度也可能影响降水的分布和强度。
4. 通过数值模拟发现，城市热岛效应对降水的影响主要表现在局地气候环流和云系分布的变化上。
具体来说，城市地区的高温可能改变局部大气环流，进而影响云系分布和降水过程。
五、讨论与结论1. 城市热岛效应对北京冬夏季降水的影响是复杂的，涉及到多种因素和机制。
未来需要进一步深入研究城市热岛效应与降水的相互作用关系，以更准确地预测和应对气候变化。
WRF-ARW模式在北京城市热岛模拟研究中的应用刘倩;刘斌;王晓云;王锋;王畅【摘要】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 ℃C 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.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2014(014)036【总页数】7页(P146-151,164)【关键词】城市热岛;WRF模式;北京城市气象【作者】刘倩;刘斌;王晓云;王锋;王畅【作者单位】唐山市曹妃甸工业区气象局,唐山063200;南京信息工程大学遥感学院,南京210044;中国气象局气象探测中心,北京100000;唐山市曹妃甸工业区气象局,唐山063200;唐山市曹妃甸工业区气象局,唐山063200【正文语种】中文【中图分类】P463.3随着全球气候的不断变暖以及城市化进程的快速发展，城市热岛效应越来越显著。
城市热岛[1，2]这一概念的提出以来，国内外许多气象学家对城市热岛研究方法进行了探索，大致有三种研究方法，观测数据分析、遥感影像反演及数值模拟。
1 相关工作20世纪60年代开始，主要采用对观测数据分析法来研究城市热岛效应。
Katsoulits等[3]通过对希腊雅典城市221年的温度资料分析城市热岛现象和成因。
Barring[4]也通过对瑞典气象资料进行了分析，总结了城市和道路热岛对城市的综合影响。
我国于20世纪80年代开始城市热岛研究，对北京[5]、上海[6]等大城市研究的相对较多。
北京“城市热岛”效应现状及特征随着城市化进程的不息推行，城市面貌发生了巨大的改变。
然而，城市化所带来的影响也开始逐渐显现出来。
其中，城市热岛效应尤为明显，特殊是在北京这座大城市。
本文将介绍北京城市热岛效应的现状及特征，以及对人们生活环境的影响。
一、城市热岛效应的观点城市热岛效应是指城市中心相对于周边地区气温较高的现象。
它是由于城市建筑和人类活动等因素所导致的。
一般来说，城市热岛效应在夏季最为明显，尤其在高温天气下，城市中心的气温屡屡比郊区高出几摄氏度。
二、北京城市热岛效应的现状1.气温差异明显北京是中国北方最大的城市之一，城市化的进程导致了大量建筑的兴起。
特殊是高楼大厦和沥青路面的增加，造成了北京城市热岛效应的明显增强。
夏季，北京市中心的气温往往比郊区高出3-5摄氏度。
2.季节性变化北京城市热岛效应的季节性变化明显。
夏天由于空调、机动车等人为活动的增加，城市中心的气温普遍较高。
而冬天，由于供暖系统的影响，城市中心的气温较周边地区高出较多。
3.时间变化城市热岛效应在一天的不同时间段也有所变化。
在夜晚，城市中心的热岛效应最为明显，因为大量建筑和人活动所产生的热量在夜间不易散发出去。
三、北京城市热岛效应的特征1.建筑和道路热量积聚北京市中心大量的高楼大厦和宽广的道路使得太阳能热量无法迅速散发。
特殊是反射热量的存在，使得城市中心的热量积聚。
2.大气环流受阻北京城市热岛效应还表此刻大气环流受阻这一特征上。
建筑物的密集排列和高层建筑的阻挡，使得空气流通受到限制，导致热量难以散发。
3.污染物积聚北京城市热岛效应的特征之一是大量污染物的积聚。
人口浩繁和机动车尾气的排放导致空气中的污染物难以扩散，进一步加剧了热岛效应。
四、北京城市热岛效应的影响1.气温提高对人体健康的影响北京城市热岛效应使得市中心气温较高，给人们的生活带来了一定的不便。
在高温天气下，市民易受到热衰竭等高温病的恐吓，对人体健康造成了一定的危害。
2.能源消耗增加北京城市热岛效应导致市中心温度上升，居民需要更多的空调使用来保持舒适。
西安交通大学毕业设计（论文）基于遥感的城市热岛效应研究学院名称地理与规划学院专业名称地理科学学生学号12345678学生姓名学生姓名指导教师教授姓名助理指导老师老师姓名202X年X月摘要本文利用丰城市2010年landsat5 TM影像数据，运用遥感数据温度反演和监督分类等数据分析手段，综合研究丰城市地面温度分布与城市土地利用类型间的相关性。
得出城市下垫面及人工热源等因素与城市地面热力场分布息息相关，而水体及城市绿化面积对城市热效应有积极缓解作用等结论。
最后将之与北方大城市的城市热岛效应研究情况相比较，总结出南方中小城市的热岛效应的特点，即热岛效应相对较轻，市中心与郊区温差存在但相对较小，河流与植被对其的影响非常显著。
由此可见，丰城市今后的城市规划发展，应直视城市热岛问题，合理布局城市各项工程用地建设，切实践行城市可持续发展所提倡的“生态城市”建设，制定合理的城市发展战略，力求人工环境与自然环境的统一。
关键词：遥感；热岛效应；土地利用；南方中小城市；丰城市AbstractThe Fengcheng City 2010 landsat5 TM image data, using remote sensing data of temperature inversion and supervised classification data analysis method, a comprehensive study of the Fengcheng City ground temperature distribution and urban land use types of correlation. That urban underlying surface and artificial heat sources and urban ground thermal field distribution have closely relation, and water and urban greening area of urban heat effect is positive the alleviation effect conclusion. Finally compared with the big cities of the north of the urban heat island effect research, summed up the characteristics of the urban heat island effect in medium-sized and small cities in the south.The heat island effect is relatively light, downtown and suburban temperature difference exists but is relatively small, rivers and vegetation on the effect is very significant. Thus, Fengcheng City Urban Planning in the future development should be open urban heat island, reasonable layout of urban projects in the construction, cut practice for urban sustainable development advocated by the "ecological city" construction, formulate rational urban development strategy, strive for the unity of the artificial environment and the natural environment.Key words: RS;urban heat effect;land use;Medium-Small-Sized Cities in the Southern China;Fengcheng City第1章绪论1.1 研究意义及背景在全球变暖和高速城市化的大背景下，世界上许多城市都出现了高强度的城市热岛效应，特别是城市局部地区温度居高不下，给城市居住人口的生产生活带来极大影响。
北京地区气温的年代际变化和热岛效应
近些年，由于北京地区气候异常暖和，因此衍生出热岛效应的研究话题被
越发强调。
首先，聊一聊北京地区气温的年代际变化。
统计资料表明，气温在过去几十年中稳定上升。
从1960年代到今天，气温增幅从0.24℃/十年逐渐上升至
1.51℃/十年，这暴露了北京气候的持续性变暖的趋势。
其次，纵观气温在本世纪
的变化趋势，可以清晰地发现出热岛效应的特征。
在2001-2010年期间，由于北京的地面蒸发量巨大、地表辐射大，以及夏季大风暴的频发，导致北京地区气温比周边地区明显要高，使城市热岛效应得到进一步突出。
至于2020年，预测数据显示
气温还在逐渐上升，其热岛效应也随之变得尤其明显。
因此可见，北京地区气温的年代际变化和热岛效应都在显示出明显增强的趋势。
面对如此可怕的问题，政府和市民共同应提高警惕，采取行动，探寻绿色气候变化的解决方案来保护北京的环境和市民的健康和安全。
Urban Heat Island Effect in China: A Quantitative Analysis of Heat Island Intensity in 31 Cities 作者： 申嘉澍[1];李麟宛[2]
作者机构： [1]北京大学公共卫生学院;[2]北京大学城市与环境学院
出版物刊名： 建筑与文化
页码： 194-195页
年卷期： 2021年 第5期
主题词： 省会;城市热岛效应;地表热岛强度
摘要：我国的城市化进程大概始于20世纪80年代,在此阶段,我国的经济得到极大的发展,城市化建设尤为迅猛,这使得城市下垫面发生变化,城市内能量流动失衡,气候升温.城市地表热岛强度是衡量城市热环境的指标,文章运用地表热红外数据对中国31个省会(直辖市)城市地表热岛强度进行定量计算,衡量城市热岛效应.。
城市环境热岛效应的实验研究第一章研究背景随着城市化进程的不断加速，城市人口密度越来越大，城市建筑密度也逐渐增大，高密度建筑和市区内的硬质表面导致了强烈的热岛效应。
城市环境热岛效应指的是城市表面和周围农村地区的温差随着人口密度和建筑密度的增加而不断增大的现象。
由于热岛效应可能导致城市气温明显升高，进而导致空气污染、水资源短缺、能源消耗增加等问题，因此进行城市环境热岛效应的实验研究非常必要。
第二章实验设计本次实验的主要目的是探究城市化进程对城市环境热岛效应的影响，以及化解城市热岛的可能方法。
本次实验主要分为三大部分：实验准备、实验实施和数据归纳分析。
2.1 实验准备为了进行本次实验需要用到的设备和仪器，我们事先进行了详细的准备工作。
本次实验需要的设备有：气象站、光学测量仪、白色塑料窗帘、不同反射率的城市表面模型等等。
实验前对设备进行必要的检修和校准，以保证数据的准确性和可靠性。
2.2 实验实施在实验实施过程中，我们选择了多个城市进行观测，比较了人口密度、建筑密度、绿地率不同的城市的热岛效应区别。
通过搭建城市表面模型、覆盖白色塑料窗帘等方法，考察不同表面材料的反射率和传热特性对城市热岛效应的影响，并通过光学测量仪等设备记录城市的反射率、辐射温度等参数。
2.3 数据归纳分析在实验结束后，我们将实验记录的数据进行整理和分析。
对所观测到的气温、光反射等数据进行多元回归分析，以确定城市表面材料、人口密度、建筑密度等因素对城市热岛效应的影响程度。
通过对实验数据进行统计分析，我们将进一步提高对城市热岛现象的认识。
第三章实验结果根据实验记录的数据和分析结果，我们发现城市化进程对热岛效应具有显著的影响。
随着人口密度和建筑密度的增强，城市热岛效应也随之增大。
城市表面材料的不同、绿地率等因素也对热岛效应有明显的影响。
同时，我们还通过实验发现了一些可能的方法来化解城市热岛效应。
例如，合理规划城市绿地、增加城市表面材料的反射率等措施可以有效降低城市热岛效应。
北京城市热岛效应问题分析与解决概述热岛效应指城市周围的环境温度比周边地区高，是城市化过程中出现的环境问题之一。
北京作为中国最大的城市之一，长期存在着严重的城市热岛效应。
本文将从城市化对热岛效应的影响、北京热岛效应的成因和危害以及解决措施三个方面进行分析。
一、城市化对热岛效应的影响城市化是城市热岛效应产生的根本原因。
城市化导致大量建筑、人口和交通的增加，这些因素都会增加城市热岛效应的强度。
城市化还会破坏城市周围的自然环境，例如砍伐森林、填埋土地、污染空气等，这些都会加剧城市热岛效应的程度。
二、北京热岛效应的成因和危害北京热岛效应的成因主要包括气象条件、城市化、绿地覆盖率等诸多因素。
气象条件是北京热岛效应的首要因素之一，由于北京城市位于内陆，气候干燥，且四周环山，地形平原，这些因素使得北京容易受到热岛效应的影响。
此外，城市化过程中，城市绿地点数量和面积的减少也是北京热岛效应加剧的原因之一。
北京热岛效应带来的危害主要有以下几个方面：1. 对人类健康的影响：长时间处于城市热岛效应地区，人们容易感到疲劳、头晕、头痛等不适，对身体健康有害。
2. 对城市生态环境的影响：长期存在的城市热岛效应会引起城市生态环境的恶化，如空气污染、水资源短缺、土地沙漠化等。
3. 对能源消耗的影响：城市热岛效应会增加城市的冷却需求量，增加城市的能源消耗，这将导致更多的能源消耗和环境负担。
三、解决措施为了缓解北京热岛效应，需要研究和采取一系列有效的解决措施。
以下是几个参考方案：1. 增加城市绿化覆盖率：增加城市绿化覆盖率可以显著减少城市热岛效应的强度，可以种植树木或者建设绿化空间等方式增加城市绿地覆盖率。
2. 优化城市布局：合理规划和建设城市布局能有效地控制城市热岛效应的强度，以及减少交通拥堵等问题的出现。
3. 创新建筑设计：建筑物的设计、材料和技术都是城市热岛效应控制的重要手段。
采用不同的建筑材料、建筑形式都可以有效减少城市热岛效应的程度。
第11卷第5期2006年9月气候与环境研究Climatic and Enviro nmental Research Vol 111 No 15Sep 12006收稿日期 2005207218收到,2006206220收到修定稿资助项目 国家重点基础研究发展规划项目2005CB422205作者简介 王喜全,1962年出生,男,副研究员,主要从事城市空气质量数值预报和城市气候研究。
E 2mail :wxq @mail 1iap 1ac 1cn北京“城市热岛”效应现状及特征王喜全1,3 王自发1 郭 虎21 中国科学院大气物理研究所竺可桢2南森国际研究中心,北京 1000292 北京市气象台,北京 1000893 中国科学院研究生院,北京 100049摘 要 利用2002年北京自动气象站资料,对北京“城市热岛”效应现状进行了分析。
为了与20世纪70年代的结果相比较,选择城区代表站为天安门广场站,城郊代表站为朝阳气象站站。
与20世纪70年代相比,目前北京的“城市热岛”表现出一些新特点:1)利用城区与城郊日均温差表示的“城市热岛”强度的统计结果表明,现在北京的“城市热岛”效应在夏季最强,秋、冬季次之,春季最弱,2)除夏季“城市热岛”整天存在(午后的平均强度在2℃左右)以外,其他季节的午后,天安门广场地区经常出现“城市冷岛”现象。
3)北京“城市热岛”消失的极限风速没有发生系统性变化,当风速>3级时,北京“城市热岛”基本上消失。
作者还研究了北京“城市热岛”形成和消失的日变化特征,以及“城市热岛”强度对风速等气象要素变化的响应特征。
值得指出的是,对强“城市热岛”的个案分析显示,冬季夜晚“城市热岛”强度经常表现出较大的波动性,与此相伴随,城郊地面风出现风向突变和风速的阵性现象。
关键词 城市热岛效应 北京文章编号 100629585(2006)0520627210 中图分类号 X16 文献标识码 AThe Study of the U rban H eat Island in Beijing CityWAN G Xi 2Quan 1,3,WAN G Zi 2Fa 1,and GUO Hu 21 N ansen 2Zhu I nternational Research Center ,I nstitute of A tmos p heric Physics ,Chinese A cadem y of S ciences ,B ei j ing 1000292 B ei j ing Meteorological Observatory ,B ei j ing 1000893 Graduate Universit y of the Chinese A cadem y of S ciences ,B ei j ing 100049Abstract The urban heat island in Beijing ,China ,is investigated using near surface temperature and wind data measured at automatic weather stations for 12year period of 200211)Urban heat island (U HI )intensity in Beijing is strongest in summer ;moderate in autumn and winter ,and weakest in spring ,by the measure of mean temperature departure between urban and suburban stations 12)The diurnal change of urban heat island intensity indicates that the installation and disappearance of U HI is very quickly 13)The response of U HI intensity to the change of wind speed is very quickly ,and these two factors change with time in inverse phase way 1When wind speed is greater than 3Grade (Beaufort wind scale ),U HI disappears 14)In winter evening U HI intensity changes in wave ways by com 2panying with wind direction sharply change and wind gust at suburban surface wind 1K ey w ords urban heat island ,Beijing气 候 与 环 境 研 究Climatic and Environmental Research11卷Vol1111 引言早在19世纪,人们就注意到城市发展及人类活动引起的“城市热岛”效应现象。
北京地区地表温度与植被指数及热岛效应相关性研究地表温度（LST）是研究区域地表能量平衡和资源环境变化重要的参数之一，也是区域生态环境过程的主要影响因素，同时也是地球科学中很重要的组成部分。
本文选取2009年8月北京的Landsat TM影像对北京地区的地面温度进行反演。
并通过城市热场变异指数（HI）对北京地区的热岛效应进行定量化分析，结果表明HI能够明显的反应出城市热岛现象。
标签：地表温度植被指数单窗算法热岛效应0引言地表温度[1]（LST，Land Surface Temperature）是研究区域能量平衡和资源环境变化的重要参数之一，也是区域生态环境过程的主要因素。
LST作为地球科学非常重要的组成的部分，一方面决定了地表向大气的长波辐射能力，另一方面LST也取决于地表许多参数的状态，如地表湿度、植被覆盖和长势。
因此掌握LST的空间分布状态及其时间变化态势，对于准备模拟大气和地表、地表地物之间的能量交换是十分必要的。
同时，陆地卫星（Landsat）的TM遥感影像的天顶视角下的像元地面分辨率为120m×120m[1]，这一地面分辨率远远比气象卫星NOAA-A VHRR[2，3]遥感数据的地面分辨率要高。
而且TM6热波段的波长区间为10.40～12.50μm [1]，可以很好的用来分析地球表面的热辐射和温度的区域性差异。
因此，对于要求精确的区域温度分析来说，TM数据是很好的选择。
本次研究将利用Landsat-5 TM3和TM4波段进行计算NDVI，结合TM6波段数据对北京地区进行反演地表温度，研究北京地区的地表温度空间差异，并通过城市热场变异指数对北京地区的热岛效应进行分析，进一步认识北京地区的地表热力场空间差异[4]，为协调北京的资源生态环境提供参考。
1研究区概况本次研究选择的研究区域选择北京市，位于39°50’N～41°10’N，115°51’E～116°53’E之间，面积约为15000平方千米。
《1981—2020年北京城市热岛效应时空特征及其影响因素分析》篇一一、引言随着城市化进程的加速，城市热岛效应（UHI）已成为全球关注的热点问题。
北京作为我国政治、经济、文化的中心，其城市热岛效应问题尤为突出。
本文旨在分析1981年至2020年北京城市热岛效应的时空特征及其影响因素，以期为城市规划和气候调控提供科学依据。
二、研究区域与方法1. 研究区域本文以北京市为研究对象，根据行政区域划分，包括东城、西城、朝阳、丰台等区域。
2. 研究方法（1）数据来源：采用近四十年（1981-2020年）的卫星遥感数据和气象观测数据。
（2）研究方法：结合遥感影像分析和地理信息系统（GIS）技术，对热岛效应进行空间分析和时间序列分析。
三、北京城市热岛效应的时空特征1. 空间特征通过对卫星遥感数据的分析，发现北京城市热岛效应在空间上呈现出明显的中心城区高、郊区低的特征。
其中，中心城区的热岛强度较高，尤其是朝阳区、丰台区等区域。
同时，热岛效应在垂直方向上也有所体现，城市高层建筑密集的区域热岛强度更为明显。
2. 时间特征时间序列分析表明，北京城市热岛效应在近四十年间呈持续增强趋势。
其中，夏季的热岛效应最为显著，其次是春季和秋季，冬季相对较弱。
从年度变化趋势来看，近年来热岛效应有加速增强的趋势。
四、影响因素分析1. 城市下垫面变化城市下垫面（如建筑、道路等）的热学性质与自然地表相比，具有较高的热容量和较低的蒸散作用。
随着城市化进程的推进，大量建筑和道路取代了绿地和农田等自然地表，导致地表反照率降低、热容量增加，从而加剧了热岛效应。
2. 人类活动影响人类活动如工业生产、交通出行等产生的热量排放也是导致热岛效应的重要因素。
随着城市人口密度的增加和能源消耗的上升，这些热量排放也在不断增加，进一步加剧了热岛效应。
3. 气候因素气候因素如风速、湿度等也会对热岛效应产生影响。
风速的减小会导致热量难以扩散，从而加剧热岛效应；而湿度则通过影响人体感觉温度来影响热岛效应的感知程度。
北京城市热岛效应的数值试验研究林炳怀,杨大文(清华大学水利水电工程系,北京 100084)摘要:采用数值模拟方法定量分析不同下垫面条件对于北京的城市风场、温度场等的影响,探讨北京城市热岛的形成机理和可能的改善途径。
采用区域大气模拟系统M M5,模拟和分析了2000年秋季北京的城市热岛状况。
结果显示,M M5模式能较好地模拟北京城市热岛现象,成功再现了城市高温中心及城市热岛环流。
M M5模式与陆面过程模型N oah LS M 的耦合能在很大程度上改善对热岛效应的模拟。
关 键 词:城市热岛效应;下垫面条件;M M5模式;陆面过程;数值模拟;北京中图分类号:P339;P437 文献标识码:A 文章编号:100126791(2007)022*******收稿日期:2005210231;修订日期:2005212212作者简介:林炳怀(1984-),男,福建龙岩人,硕士研究生,主要从事水文气象研究。
E 2mail :lbh @mails 1tsinghua 1edu 1cn城市热岛效应是在人类活动下城市下垫面条件发生改变而在城市上空形成的城市独特气候现象[1]。
北京市近几十年的飞速发展给城市生态环境造成很大影响,热岛效应十分明显,如2000年夏季,北京市持续高温超过一周,最高气温到达42℃。
在20世纪80年代初,周明煜等[2]对北京市热岛和城市环流特征作了初步的分析;徐兆生等[3]研究发现在80年代北京市1月份的平均气温为-214℃,比东郊高214℃。
陈沈斌等[4]根据实测资料探讨了北京城市化对于年平均气温的影响,估算出北京市区由于城市化造成的气温升高约为01121℃;谢庄等[5]研究指出北京在1950-1979年的30年间气温升高达01159℃。
城市热岛的状况通常可根据气象观测来研究[6],而中尺度大气模拟模型则为研究城市热岛的机理及规律提供了有效途径。
不少学者采用数值模型研究了不同城市的热岛效应并取得了诸多有意义的成果。
McE lroy [7]采用一个稳定状态的剖面数值模式模拟了美国俄亥俄州哥伦布的城市夜间大气边界层的热力结构。
Seaman 等[8]采用M M4模式较好地再现了城市温度场和风场的特征。
Y ang [9]利用一个城市陆面过程模型USPM 与大气模型ARPS 耦合研究了日本关东地区陆面过程对大气的影响。
Fan 等[10]利用M M5模式模拟了城市的热岛变化与人工热源的关系,结果显示在冬天和夜间人工热源对城市热岛的形成有较大影响,杨玉华等[11]也做了关于北京城市热岛的类似研究。
本文在总结前人研究的基础上,尝试采用数值模拟方法定量分析北京市范围内不同下垫面条件对于风场、温度场和热通量等的影响,从而探讨热岛的形成机理和可能的改善途径。
1 北京城市热岛的数值模拟111 模型选择研究采用了美国宾州大学(Penn State University )和国家大气研究中心(National Center for Atm ospheric Resarch ,NC AR )共同开发的第五代中尺度大气模式———M M5模式。
M M5能够用于理论研究和实时预报,这些应用包括对季风、飓风及龙卷风的预报模拟和四维数据同化,M M5还适用于研究中尺度的对流系统、锋面、海陆风、山谷环流以及城市热岛效应等[12]。
早期的M M5模式对下垫面边界条件的处理通常采用简单的参数化方法,即针对不同的下垫面条件给出不同的陆面过程参数。
近年有许多关于陆面过程模型的研究,美国俄勒冈州立大学(Oreg on State University )开发的陆面过程模型(OS U LS M )就是其中之一,它被广泛应用于M M5模式中[13]。
Chen 等[14]在OS U LS M 中引入了冠层第18卷第2期2007年3月 水科学进展ADVANCES I N W ATER SCIE NCE V ol 118,N o 12 Mar.,2007 作用和地表径流过程,采用了简化的热力学循环和水文循环控制方程来描述陆面过程,提出了改进的陆面过程模型———N oah LS M 。
本研究采用了M M5模式和M M52N oah LS M 耦合模式。
112 模拟区域的选定、边界条件和初值场模拟区域为北京市区,中心为40100°N 、116150°E 。
模拟区域的离散化采用了二重双向嵌套网格,即粗网格覆盖较大范围,包括东面的渤海湾和西北面的燕山山脉,范围为38174°N ～41132°N ,114186°E ～118125°E ;细网格则只覆盖北京市区,范围为39164°N ～40164°N ,115160°E ～117133°E ;粗网格的格距为9km ,细网格的格距为3km 。
模拟区域下垫面的地形采用了全球1km 的数字高程资料,土地利用及植被采用了1990年全球1km 的土地利用资料。
模拟采用了美国国家环境预报中心(National Center for Environmental Prediction ,NCEP )提供的全球大气再分析数据(reanalysis data ),该数据的空间分辨率为1°×1°,时间分辨率为6h 。
同时,还采用了北京、天津、承德等7个地面观测站的实测气象数据来修正全球的分析资料,从而得到模拟范围内的边界场和初值场。
113 模拟期及其天气背景北京地区在晴朗、微风的天气条件下热岛强度较强,且随季节而变化,一般是冬夜和夏昼较强。
本研究模拟了北京市2000年秋季的城市热岛效应,模拟期间是2000年9月1～7日。
模拟期间北京市天气以晴朗为主,其中9月1日的云量最少,平均风速在3m/s 以下。
图1为实测气温分布,可见9月1日14∶00时北京城区有明显的高温中心。
图1 2000年9月1日北京时间14∶00模拟区域内实测的气温分布Fig 11Observed tem perature field at Beijing time 14∶002 模拟结果与分析这里选择了4个不同的典型下垫面,即“Urban ”(位于3919°N 、11614°E )、“Suburb-High ”(位于4012°N 、11519°E )、“Suburb-Low ”(位于3917°N 、11618°E )和“Water ”(位于4015°N 、11619°E ),它们分别代表城区、西北方地势较高的森林、东南方的灌溉农田,以及东北方密云水库的水体。
首先比较了不同下垫面的近地气温、感热、潜热和近地风速的日变化;接着考查了模拟区域内近地风场和温度场的日变化;然后考查了经过城市中心的东西向剖面和南北向剖面的位温场及风场的日变化。
211 两种模拟结果的比较首先对M M5模式和M M52N oah LS M 耦合模式的模拟结果进行了比较,图2(a )和图2(b )分别为采用M M5模式和M M52N oah LS M 耦合模式模拟所得不同下垫面条件的近地气温、感热、潜热及风速在9月1日的变化过程。
由此可见,两个模拟结果的总趋势是一致的,但M M5的模拟结果存在以下明显不合理之处。
如图2(a )所示,从下午至傍晚时段内出现了“Urban ”气温低于“Suburb-Low ”气温;气温与感热峰值不一致。
在M M52N oah LS M 耦合952 第2期林炳怀、杨大文:北京城市热岛效应的数值试验研究 (a )M M5模式的模拟结果 (b )M M52N oah LS M 耦合模式的模拟结果 图2 不同考查点近地气温、感热、潜热和风速的日变化(9月1日8∶00～9月2日8∶00)过程Fig 12Air tem perature ,sensible heat ,latent heat and wind speed near the sur face over typical land sur face conditions模式的模拟结果中,如图2(b )所示,以上不合理之处都得到了改善。
同时,两个模拟结果都显示,“Water ”的潜热通量比其他下垫面小很多,这可能与水面温度的初始值的设定有关。
这里还需指出,在M M52N oah LS M 耦合模式的模拟结果中,“Urban ”的潜热通量为零,这是因为在N oah 2LS M 模型中“Urban ”的地表含水量被假设为零,故没有潜热通量。
这与实际不相符,在今后的研究中需要对城市陆面过程进行改进。
062水科学进展第18卷由上可知,M M52N oah LS M 耦合模式与M M5模式都能模拟出陆面与大气的相互作用,且前者对气温及感热的日变化模拟更为合理。
以下的分析都基于M M52N oah LS M 耦合模式的模拟结果。
212 近地气温、感热、潜热和风速的日变化(a )北京时间8∶00 (b )北京时间14∶00图3 模拟区域9月1日的近地风场和温度场空间分布(M M52N oah LS M 模拟结果,背景代表温度场,流线代表风场)Fig 13Wind and tem perature fields near sur face of the simulated area on September 1(simulated by M M52N oah LS M ,the background repre 2sents air tem perature field ,the streamlines represent wind field )就图2(b )所示M M52N oah LS M 耦合模式模拟所得不同考查点(其下垫面条件不同)的近地气温、感热、潜热及风速在9月1日的变化过程进行分析。
从图中可以看出,各考查点的气温变化有共同的特点:从北京时间午前8∶00时开始气温逐渐升高而且各考查点之间的温差也逐渐变大,14∶00时左右气温都达到峰值;16∶00后逐渐减低,各考查点之间的温差减小;凌晨4∶00以后气温又逐渐增加而且各考查点之间的温差也随之变大。
不仅是近地气温,感热和潜热的日变化也呈现类似的规律。
同时,还可以看到各考查点的气温变化存在差异:“Urban ”气温最高,依次是“Suburb -Low ”、“Suburb -High ”和“Water ”。
“Urban ”和“Suburb -Low ”之间的气温差异反映了城市热岛强度的日变化。
“Suburb -High ”气温较低的原因,一方面是受海拔高程的影响,另一方面也是由于森林对气温有良好的调控作用,因此气温的日变化也较缓和。
