城市气象学（杭建）ppt课件 05-2城市热岛-特征

Ch5UrbanHeatIslands

（UHIs）二、UHIs特征二、UHIs特征UHI强度描述UHI周期性和非周期性变化UHI地区差异UHI垂直结构1、描述UHIs城市热岛研究可从两个方面入手：同一时间城郊气温对比，城市热岛强度：同一时刻，同一高度（通常是离地面1.5m高处），城市中心区气温和郊区气温差。如何选取代表站点，这是一个问题！同一城市不同发展阶段气温的前后对比。这是热岛吗？区域气候变化的影响如何滤除？（1）、城郊气温对比方法地名位置最大热岛强度℃Madras沿海4.0Vijayawada内陆2.0Visakhapatnan沿海0.6Pune内陆10.0Bombay沿海9.5Calcutta内陆4.0Bhopal内陆6.5NewDelhi内陆6.0印度若干城市热岛强度如何选取代表性的城郊站点没有统一的选取站点标准，常用方法如下：城市中心区选一个，郊区选一个；城市中心区选若干个，郊区选若干个；整个城区站点平均，整个郊区站点平均；整个城区面平均，整个郊区面平均；注意站点的海拔高度问题！例如站点高差超

过100m则不选。（2）、城市气温的历史前后对比采用同一城市在其发展前后气温对比的方法，为了滤去同一时期大气候因素所造成的气温历史变化，可以采用在相似区域气候条件下的郊区同期气温的变化作为参考。年份年平均气温差值Ⅰ上海台（市区）Ⅱ上海县（近郊）Ⅲ松江（远郊）Ⅰ－ⅡⅠ－ⅢⅡ－Ⅲ1960~196415.9615.8415.800.120.160.041965~196915.5415.3615.240.180.300.121970~197415.4815.2815.260.200.220.021975~197915.8815.6215.680.260.20-0.061980~198415.7215.2615.280.460.44-0.021985~198915.9615.4415.340.520.620.10上海1960~1989年气温的变化（℃）Impactofurbanizationandland-usechangeonclimateEugeniaKalnay&MingCaiUniversityofMaryland,CollegePark,Maryland20770-2425,USANATURE|VOL423|29MAY2003|/natureNature文章的一种方法介绍：Themostimportantanthropogenicinfluencesonclimatearetheemissionofgreenhousegasesandchangesinlanduse,suchasurbanizationandagriculture.Butithasbeendifficulttoseparatethesetwoinfluencesbecausebothtendtoincreasethedailymeansurfacetemperature.Theimpactofurbanizationhasbeenestimatedbycomparingobservationsincitieswiththoseinsurroundingruralareas,buttheresultsdiffersignificantlydependingonwhetherpopulationdataorsatellitemeasurementsofnightlightareusedtoclassifyurbanandruralareas.HereweusethedifferencebetweentrendsinobservedsurfacetemperaturesinthecontinentalUnitedStatesandthecorrespondingtrendsinareconstructionofsurfacetemperaturesdeterminedfromareanalysisofglobalweatheroverthepast50years,whichisinsensitivetosurfaceobservations,toestimatetheimpactofland-usechangesonsurfacewarming.Ourresultssuggestthathalfoftheobserveddecreaseindiurnaltemperaturerangeisduetourbanandotherland-usechanges.Moreover,ourestimateof0.27℃meansurfacewarmingpercenturyduetoland-usechangesisatleasttwiceashighaspreviousestimatesbasedonurbanizationalone.概况来说，方法：用实际观测资料减去再分析资料，用于分析下垫面温度的变化，从而考察城市化及土地利用类型变化所导致的温度变化！a,Station(observed)maximumtemperaturetrends.b,NNR(analysed)maximumtemperaturetrends.c,‘Observedminusanalysed’maximumtemperaturetrends.DecadaltrendoftheminimumtemperatureaveragedforeveryUSstationbelow500m.ZhouLM2004ShenzhenZhouLM2004中国东南部ThefootprintofurbanheatislandeffectinChinaDechengZhou,etal.•ScientificReports5,Articlenumber:11160(2015)•doi:10.1038/srep11160ScientificReports文章：AbstractUrbanheatisland(UHI)isonemajoranthropogenicmodificationtotheEarthsystemthattranscendsitsphysicalboundary.UsingMODISdatafrom2003to2012,weshowedthattheUHIeffectdecayedexponentiallytowardruralareasformajorityofthe32Chinesecities.Wefoundanobviousurban/ruraltemperature“cliff”,andestimatedthatthefootprintofUHIeffect(FP,includingurbanarea)was2.3and3.9timesofurbansizeforthedayandnight,respectively,withlargespatiotemporalheterogeneities.WefurtherrevealedthatignoringtheFPmayunderestimatetheUHIintensityinmostcasesandevenalterthedirectionofUHIestimatesforfewcities.OurresultsprovidenewinsightstothecharacteristicsofUHIeffectandemphasizethenecessityofconsideringcity-andtime-specificFPwhenassessingtheurbanizationeffectsonlocalclimate.LandsatTMfalsecolorimageacquiredinSep3rd2005withaspatialresolutionof30 m × 30 m(A),daytimelandsurfacetemperature(LST)(B),andnighttimeLST(C)in2005.Theblacklinestandsfortheborderofurbanarea,thelandwithintheborderwasconsideredasurbanarea,andthewhitelinesrepresenttheborderofbuffers(eachofthemcovershalfofactualurbanarea).Pixelsthatwerewaterbodyorwithelevationmorethan50 mhigherthanthehighestpointinurbanareawereexcludedfromthisanalysis.MapsweregeneratedusingArcGIS9.3

Exponentialtrendsofthe

△Twithdistance(d)awayfromurbantoruralareasforChina’s32majorcitiesaveragedover2003–2012.Thefunctiontakesformof

△T = A × e−S×d + T0,where

A

indicatesthemaximumtemperaturedifference,

S

isthedecayrate,and

T0

istheasymptoticvaluethattheexponentialtrendcanreach.2、热岛周期性和非周期性变化日、周、季节周期变化、非周期变化（1）、UHI日变化大量观测资料表明：在晴稳天气条件下，城市热岛强度大都是夜晚强，白昼午间弱。Oke曾根据中纬度大量实测记录归纳为在“理想状态”下（城、郊地形平坦，天气晴朗，风小）城郊气温日变化、气温逐时增减率和城市热岛强度日变化的模式曲线。在理想状态下城市与郊区a气温日变化，b气温逐时增减率；c城市热岛强度的日变化曲线（2）、UHI周变化世界上很多国家统一规定周末为休假日，多数工厂停工，机动车流量也比工作日要小得多。因而城市区域污染物的排放量大大减少，人为热也相应减少，从而导致工作日热岛强度大于周末。（3）、UHI季节变化热岛强度的季节变化十分复杂，主要视区域气候条件和城市人为因素而异，没有一定的模式。（1）赤道湿润气候区，全年湿热，在热带沙漠气候区全年高温干旱，其气温和降水的季节变化很小，所以热岛强度的季节变化也很小。（2）热带干、湿季气候区一年中气温的年振幅虽然不大，但降水的季节变化却十分显著。如，墨西哥城市热岛主要出现在干凉季节的夜间，在湿季和白昼并无热岛现象。（3）副热带和温带季风气候区城市热岛强度以冬季和秋季为最强，夏季和晚春为最弱。如我国的广州（南副热带）、上海（北副热带）和北京（暖温带）。（4）西欧和北美中纬度城市热岛强度却大都是夏秋强冬季弱，与季风气候区完全不同。冬季云量大，夏季云量小，是产生热岛强度夏强冬弱的主要原因。（5）寒温带气候区因冬季太阳辐射微弱，城区为了人工取暖，大量使用能源，人为热的排放量在冬季很大，因而热岛强度也以冬季为最强。（4）、UHI非周期变化城市热岛强度还因气象条件和人为因素不同而出现明显的非周期性变化。气象条件中以风速、云量、太阳直接辐射、低空气温直减率等最为重要，在人为因素中则以空调耗热量和车流量两者关系最密切。不同学者曾对热岛强度和气象因子的关系进行统计回归，得到了不同的经验公式，兹举例如下：Sundborg对瑞典乌卜萨拉城：适用于白天：适用于夜间：式中，N为总云量（十分之几）；u为风速（ms-1）；

T为温度（℃）；e为水汽压（hPa）。Park对汉城：（热岛强度和风速的统计回归）另外，当风速大于某一值时，热岛现象将消失，这一风速值称为临界风速：其中P为城市人口数。热岛强度和气温直减率Ludwig的统计结果：人口小于50万的城市：人口50～200万城市：人口大于200万城市：Γ为城区地面温度直减率，℃/hPa热岛强度和太阳辐射等因子的统计回归Nkemdirim，加拿大，卡尔加利为空调的能耗（百万立方英尺/小时；为车流量（当时车流量占全天车流量的比例）；为风速（ms－1）；为云量（占全天面积的百分数）；气温直减率（℃/100m）；为近郊机场气温（℃），代表当地区域气温。热岛强度和当时天气系统：广州城市热岛出现时地面天气系统百分率月份强热岛中等强度热岛弱热岛1变性高压脊控制100%变性高压脊、锋前暖区各占85.7%,14.3%变性高压脊、锋前暖区各占75%,25%4变性高压脊控制100%无静止锋、变性高压脊、冷锋各占46.2%,30.7%,23.1%7副高83.3%,台风外围16.7%副高80%,台风外围20%副高89.2%,冷锋、低压台风外围各36％10变性高压、副高、锋前暖区各占64.4%,28.6%,7.0%变性高压、锋前暖区、副高各占50%,30%,20%副高、锋前暖区、变性高压各38.5%,23%强热岛：秋冬季春夏季弱热岛：无热岛：℃综上所述，热岛强度非周期变化虽有不同，但基本上都是与风速、云量、气温直减率和区域气温成负相关，与人为热成正相关。夜晚热岛强度与当天白昼太阳直接辐射日总量成正相关，强热岛大多出现在高压型天气下。3、UHI地区差异（1） 最大热岛强度和城市人口数量的相关Oke根据北美18个城市和欧洲11个城市的资料，得到：北美：欧洲：（2） 热岛强度和土地利用类型的相关Park对汉城的研究：1，商业用地和工业用地；2，住宅用地；3，农业用地；4，绿地；5，水域。分别用代表每块用地中各类用地占的百分比，由此求出每小块面积上的气温距平值（相当于热岛强度）：（3）热岛强度和城市不透水面积的相关Park对日本和韩国城市的研究：适用于韩国：适用于日本：另外，热岛强度和城市建筑物密度、城市下垫面几何形状、街道的走向、街道两侧建筑物高度以及城市的布局形状等因素也有密切相关4、UHI垂直结构不同城市热岛的垂直结构不尽相同，但在某些方面存在一定共性，Oke曾对中纬度大城市在夏季、晴天、微风天气条件下城市边界层的热力结构进行了