南京市四种下垫面气温日变化规律及城市热岛效应

生态环境 2007, 16(5): 1411-1420 https://www.360docs.net/doc/763911095.html, Ecology and Environment E-mail: editor@https://www.360docs.net/doc/763911095.html,

基金项目：国家自然科学基金项目（30070432）；广西林科院青年科技基金项目（2005-f-02）

作者简介：黄良美（1977－），男，博士，从事城市生态方面的研究。E-mail: huangliangmei@https://www.360docs.net/doc/763911095.html, *通讯作者，E-mail: xianggfri@https://www.360docs.net/doc/763911095.html, 收稿日期：2007-01-05

南京市四种下垫面气温日变化规律及城市热岛效应

黄良美

1, 2

，黄海霞2

，项东云1

*，朱积余1

，李建龙2

1. 广西林业科学研究院，广西 南宁 530001；

2. 南京大学生命科学院，江苏 南京 210093

摘要：为了监测城市热岛特征、热场空间分布及综合评价城市环境质量，探讨消减城市热岛效应对策，2005年7—9月期间，通过对南京市的中心城区夫子庙、城市湖泊玄武湖、城市森林紫金山、城市郊区浦口四个观测点选取水泥地、草地、林地和水体四种下垫面进行温度、湿度、风速等气象因子的24 h 同步观测，结果表明，（1）四个观测点的四种下垫面白天气温呈林地＜水体＜草地＜水泥地的变化趋势，夜晚则是相反，但草地的温度最低；与水泥地比较，其他3种下垫面白昼期有明显的降温效应，均幅度为0.2 ~ 2.9 ,℃而夜晚林地与水体有轻微的保暖效应,晴好无风天气时这种效应更明显。（2）南京市的热岛强度平均为0.5 ~ 3.5 ℃，凌晨3:00左右热岛强度较大且平稳，当日出后热岛强度减小,但在中午12:00左右有一个明显回升，然后下降，至傍晚18:00 ~ 21:00，热岛强度有个强烈提升的高峰。（3）利用各观测点温度的时间标准差、空间标准差及时空数据正规化的标准差定量与定性的揭示了城市景观与城市下垫面对城市热岛效应变化的影响机理。（4）不同观测点舒适度指数表明观测期间人们对温度、湿度和风速日变化的综合生理感觉是暑热到较舒适间的变化过程，紫金山和浦口有时给人舒适的感觉。基于实验观测数据，对南京市不同下垫面的温度日变化规律、热岛强度特征、舒适度指数以及相关成因机理进行了全面分析与探讨，为城市生态建设、城市规则、城市环境治理及城市绿化建设提供重要的理论参考。 关键词：城市下垫面；热岛强度日变化；成因与机理分析；舒适度指数

中图分类号：X16 文献标识码：A 文章编号：1672-2175（2007）05-1411-10

城市热岛是指城市地区整体或局部温度高于周围地区的一种异常温度分布现象，除了当地天气条件、城市地理位置的影响外，城市的街道走向，建筑群密度，工厂生产，植被覆盖率降低，大量人为热排放等，都是导致城市热岛效应产生的因素。城市热岛以其独特的气候变化对城市生态环境和人类生产活动产生着重大的影响，因此城市热岛现象的研究受到普遍关注和重视。早在19世纪初，英国科学家Howard 就指出伦敦城市中心的气温比周围的乡村高[1]；此后各国学者对不同纬度、不同类型的城市陆续做了大量的城、郊气温对比观测,都发现城区气温高于郊区的热岛现象，并对其时空分布、成因机理、数值模型及其环境生态影响作了深入的研究。Manley 将这种城区气温高于郊区的现象命名为“城市热岛”[2]，而Oke 则定义从地表面到建筑物屋顶面附近为城市覆盖层, 从屋顶面附近到上空积云层为城市边界层，并将城市中心区的温度“高峰”值与郊区温度的差值定义为“热岛强度”[3]。

国内外学者对北京、上海、天津等城市的热岛效应已作了大量的研究报道[4-6]，而作为“长江上的三大火炉”城市之一的南京城市热岛效应研究还少见报道[7, 8]。随着南京市城市化的迅猛发展，出现了较多的工、商、贸、居住等混杂的区域，城市的

环境因子非常复杂。而城内绿化在各功能区不均匀，较多地方出现较大斑块的绿化空缺及薄弱区，城市生物多样性下降，绿地种质资源锐减，城内绿地面积下降，城效生态环境不断恶化等问题，城市生境较以往更为复杂。为了监测城市热岛特征、热场空间分布及综合评价城市环境质量，探讨消减城市热岛效应对策，为城市规则、城市环境治理及城市绿化建设提供科学依据，我们通过观测实验，对比分析了2005年7、8、9月间南京市夫子庙、玄武湖、浦口、紫金山四种景观用地的日温变化规律及南京市城市热岛强度特征，综合评价了风、湿、热温因子的环境舒适度。

1 实验地与研究方法

南京是江苏省的省会城市，地处长江下游平原，居长江三角洲顶点，北纬31o14’~32o37’，东经118o22’~119o14’，距上游的武汉722 km ，距下游的上海380 km ，长江穿越境域；现辖11区4县，面积6597 km 2。南京属暖温带向北亚热带过渡地带，四季分明，全市年平均气温16 ℃，年度最佳气节为秋季9~11月。南京三面环山，西北方向滨临长江，形成向西北开口的“簸箕”地形。由于热季东南群山阻挡了海洋季风，热空气不易扩散，所以炎热高温，热岛效应明显。

1412 生态环境 第16卷第5期（2007年9月）

南京市2005年以6、7、8、9月的气温为最高, 平均温度在24.8 ~ 28.6 ,℃ 湿度在56 ~ 77 %, 风速在2.2 ~ 2.8 m/s 。7、8、9月期间，我们进行了6次野外观测，观测日有晴、阴、多云等天气情况，但都为不下雨的天气，风速也都＜4.5 m/s （表1）。观测点设在紫金山、玄武湖、夫子庙及郊外的浦口，这四个观测点地理位置和景观基质各不相同（图1），其中夫子庙位于城市中心东南部，高楼林立，人流车辆往来频繁，人为热和水汽排放量大。玄武湖公园是一个由人工桥连接成的三个湖泊小岛，公园面积3.7 km 2。紫金山位于南京市东面，是城市的绿肺，海拔高度448 m ，林地面积达29.7 km 2，植被群落多以壳斗科的青冈(Cyclobalanopsis glauca )、小叶青冈(C .myrsinaefolia )、石栎（Lithocarpus glaber ）和苦槠(L. s glaber )，樟科的浙江桂(Cinnamomum chekiangensis )、樟树(C. comphora )和

红楠(Machilus thunbergii )等树种为建群种或优势种，呈常绿与落叶阔叶混交林相，观测点位置在一名为流微榭的山谷处。城市郊区浦口为长江所分隔于南京市主城区，为郊区农田用地，但已成城市郊区开发区状态，我们选择南京大学浦口校区为观测点。由于景观用地的差异，我们将四个观测点分别作为城市商业中心、城市湖泊、城市森林、城市郊区的景观用地代表。

观测是用阿斯曼通风干湿表，最低温度计，最高温度计，三杯风速风向仪在四个观测点进行全天每小时的同步观测，但是1:00、3:00、5:00、11:00、17:00、23:00部分观测点存在缺测情况，因此数据处理时删除了这6个时间段；观测高度为1.5 m 。观测过程中，在每个观测点选择水体、草地、林地、柏油路面或水泥地面等四种下垫面进行温度、湿度和风速观测，其中林地都选择观测点处高大悬铃木

表1 观测日的天气状况

Table 1 The weather condition of the observation days in the period of July—September, 2005

气温/℃ 相对湿度/% 云量/decas 风速/(m·s -1) 观测日

均值

最大值 最小值 均值 均值 均值 7月17日 30.1 34.1 26.2 68 5.1 2.8 7月18日 29.1 33.5 26.5 70 4.4 3.0 8月13日 29.7 33.1 27.2 70 7.4 2.8 8月14日 30.5 33.8 27.2 68 3.1 4.3 8月26日 23.2 28.4 18.5 77 3.1 1.3 8月27日 25.3 29.8 22.5 76 8.3 1.5 9月9日 24.7 30.5 20.0 70 1.3 1.0 9月10日 24.9 30.4 19.8 73 1.3 1.3 9月17日 28.2 30.9 25.8 78 3.3 2.0 9月18日 26.1 30.2 23.7 82 9.4 2.5 9月24日 21.3 24.9 19.6 69 9.1 2.3 9

月25日 21.0 24.3 19.6 73 9.5 3.0

图1 南京市主要景观及研究观测点

Fig. 1 The location of the observation sites and the major landscape form of Nanjing

黄良美等：南京市四种下垫面气温日变化规律及城市热岛效应 1413

(Platanus acerifolia )的树荫下取样(夫子庙为街道树，其他都是林地)，林地绿化树种主要有悬铃木(Platanus sp )，雪松(Cedrus deodara )，枫香(Liquidambar formosan )，银杏(Ginkgo biloba )，栾 树(Koelruteria paniculata )，杨(Populus sp )，柳(Salix sp )，石楠(Photinia serrulata )，海桐(Pittosporum tobira )，小叶女贞(Ligustrum quihoui )，火棘(Pyracantha founeana )，迎春(Jasminum nudiflorum )，桂花 (Osmanthus fragrans )等。草地是选择观测点近旁的宽阔草坪，在南京大学浦口校区的草坪，其草种为高羊茅（Festuca arundinacea S ）.、翦股颖（Agrostis stolonifera L ）、草狗牙根（Cynodon Dacty;on (L.) Pers.），结缕草（Zoysia jaonica S.）等品种。水泥地面则是十字路口、泊车广场或操场。水体在夫子庙是其旁边的秦淮河段观测，玄武湖则是在一伸向湖中的狭长堤道上观测取样，紫金山是在流微榭的湖面上观测取样，浦口由于实际情况没有水体的取样。本实验由于是实地观测，各观测下垫面面积无法一致，我们以取样观测位置中心点辐射的同质面积至少超过500 m 2设为小气候观测尺度，这一尺度也可作为景观分辨率尺度。

数据处理：（1）分析四种下垫面温度日变化特征时，以各观测点水泥地面为参照进行对比；（2）分析城市热岛效应变化特征时以城市中心夫子庙为参照点进行对比，对比前将水体、草地、林地、水泥地面的温度和湿度进行平均作为该观测点的温度和湿度，风速则是空旷草地上每小时测量的5组连续读数平均值；（3）分析城市热岛时空变化的生境影响时，采用时间、空间及时空数据正规化等

3种方差进行比较分析；

（4）用北京市气象局1997年发布的人体舒适度指数与陆鼎煌基于环境卫生学的人体舒适度指数[9-11]综合评估了各景观用地的生态气象因子，数据处理（3）与（4）的计算式如下：

ij ij i X X X =?)

(i = 1, 2, 3,…, P = 24) (1) ?ij ij j

X X X =? (j = 1, 2, 3,…, N = 4)

(2) ij X X X ?=

(

(i =1, 2, 3,…, P , j =1, 2, 3,…, N )

(3)

1.80.0055(100)32di Ta RH =+?? (4)

式（1）中ij X 是 j 类生境 i 时的观测温度，i

X 是水泥、林地、水体和草地四种生境的 i 时平均温

度，ij X )

是用i X 中心化后的第一类矩阵，式（2）

中j X 则是 j 类生境的24小时平均温度，?ij X 则用

j X 中心化后的第二类矩阵，式（3）中ij X (是用i X 中心化后再进行其标准差转换后的第三类矩阵；用ij X )、?ij X 和ij X (

三种4×24矩阵进行标准差计算，就

可求出各观测点温度在时间系列、空间系列及时空综合系列的日变异特征。

式（4）di 和式（5）u 分别是北京市气象局发布的舒适度指数与陆鼎煌基于环境卫生学的舒适度指数，Ta 、RH 和V 两计算式一样，分别是指气温()℃、相对湿度(%) 和风速(m/s)。（4）式的舒适度划分等级在热季期间是：59~70为舒适，71~75为较舒适，76~79为微热，80~85为炎热，86~89为暑热，＞90为酷热；而（5）式的舒适度划分等级是：＜0.6为不舒适，0.6~0.75为较舒适，0.75~0.85为舒适，≥0.85为很舒适。由于这两种舒适度指数表征方向不同，即前者舒适度指数越大，而表征的舒适度越差，后者则是舒适度指数越大，其所表征的舒适度越好，因此，将两个指数综合比较运用，可以较好的对南京市不同景观用地的气象环境质量作出评估与预报。

2 结果

2.1 南京市不同下垫面温度的日变化特征 2.1.1 城市中心

城市中心夫子庙观测结果表明水泥地、水体、林地和草地四种下垫面气温日变化差异明显，白昼期间(6:00~18:00)，气温呈林地＜草地＜水体＜裸地的变化趋势，各下垫面与裸地比较(图2a ），温差林地为0.2 ~ 2.9 ℃，草地为0.4 ~ 1.7 ℃，水体为0.2 ~ 1.0 ℃，温差普遍中午时最大，日出前日落后较小。夜晚至次日凌晨期间（18:00~次日6:00），草地和裸地的温度下降较大，四种下垫面温度是林地＞水体＞裸地＞草地；与裸地比较，林地与水体温度高0.2 ~ 0.8 ℃，而草地则低0.2 ~ 0.8 ℃，最低为1.0 ℃,

尤其是深夜期间。 2.1.2 城市湖泊 玄武湖公园白昼期间，四种下垫面的气温变化趋势如夫子庙，但与裸地比较（见图2b ），其他三

种下垫面的降温幅度（0.4 ~ 1.9 ℃）较夫子庙小，

如林地最大降温幅度为1.9 ℃，而草地最大降温也为1.9 ℃，但时间段上有些不同，林地多为正午前后（10:00 ~14:00），而草地则多是日落期间（

18:00

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左右）。水体的降温要小，仅为0.5 ℃左右。这可能是大面积的玄武湖水面在太阳高度角小时对光反射强,而太阳高度角大时对短波光吸收强所致，白昼间有时还观测到湖泊较裸地温度高0.8 ℃。夜晚至次日凌晨期间，四种下垫面的温度变化呈现出水体处的温度较其他生境高0.2 ~ 0.6 ℃，其次是林地，尔后是裸地，草地仍是温度最低的下垫面。

2.1.3 城市森林

紫金山白昼期间，温度总体变化也是呈现出林地＜水体＜草地＜裸地的趋势，与裸地比较（见图2c），林地的降温幅度较大，中午前后，均降温达到2.5 ℃，最大达到2.9 ℃，而水体降温幅度在0.8~1.8 ℃，也是多出现在正午前后；草地降温幅度较小，并且常出现较裸地温度高的情况，因为在紫金山，裸地只是选择十字公路口，或小型的临时泊车场地，宽阔度较小，公路两旁是山林，泊车处旁也是林地，而草地面积较大，近旁是水体湖泊，因此天空开穹度较大，这样白天观测到的温度往往出现较裸地温度还高的情况。夜晚期间，四种下垫面温度呈现出水体＞林地＞裸地＞草地的情况，其中水体较其他三种下垫面有时温度高0.9 ℃。

2.1.4 城市郊区

城市郊区浦口白昼期间，林地温度仍是最小的，其次是草地，裸地仍是温度最高的下垫面。林地与裸地的温差在1.2~2.5 ℃，草地与裸地的温差在0.8~1.5 ℃，但由于裸地有时为教学楼和林地所遮挡，温度会较草地低。夜晚期间，林地会较裸地、草地温度高0.5~1.0 ℃，草地仍是温度最低的下垫面（见图2 d）。

a: 夫子庙

b: 玄武湖

图2 观测期间南京市不同生境与水泥地温差日变化特征（a: 夫子庙；b: 玄武湖；c: 紫金山；d: 浦口）

Fig. 2 The diurnal changes of air temperature ranges at the four observation sites during observation period from July-September, 2005

(a Fuzi Temple site, b Xuanwu Lake site, c Purple Mountain site, d Pukou rural site)

黄良美等：南京市四种下垫面气温日变化规律及城市热岛效应 1415

2.2 南京市热岛效应变化规律

据Oke及有关学者等[3, 4, 6, 12]把城市中心与近郊同时相及同高度(距地面1. 5 m )的气温差定义为城市热岛强度，该差值越大表示热岛效应越强的原理出发, 我们以南京市市区的夫子庙与郊区浦口、城市森林紫金山和城市水体玄武湖的平均气温日变化进行比较，分析了南京市热岛效应的日变化规律（图3）。

2.2.1 南京市城市中心与郊区气温日变化比较

南京市区夫子庙、郊区浦口的平均气温对比表明，热岛强度从12:00至18:00有明显的增大，之后的热岛强度变化有所起伏，在20:00左右出现热岛强度的较大值；从次日凌晨0:00到5:00，热岛强度稳定且较强，在次日凌晨2:00左右也有较大值；从次日5:00起到12:00，热岛强度呈减小趋势，但有起伏。如7:00左右热岛强度呈现负值，这有可能是因为郊区总体地势开阔，观测时因太阳照射逐渐增强，升温较快，而城市内观测地高楼林立，在一定程度上因遮荫导致升温慢。总体上夜间热岛强度的变化趋势较白天平缓，但强度较大，如从6:00到18:00期间平均热岛强度为0.8 ℃，而18:00到次日5:00，平均热岛强度为1.2 ℃，总体日平均热岛强度为1.0℃，观测期间最大的热岛强度个例为8月26日20:00的5.3 ℃。

2.2.2 南京市城市中心与城市森林日温变化比较

城市森林紫金山气温与城市中心夫子庙气温比较明显低，二者形成的热岛强度随时间上的变化亦如上例之郊区比较，但有一个明显的双峰变化，即18:00~20:00有个较大的热岛强度，次日凌晨2:00左右又有个较大的热岛强度。热岛强度全日平均为2.1 ℃，而白昼期间（6:00至18:00）为1.7 ℃，夜间为2.7 ℃，观测期间最大的热岛强度个例为8月

c紫金山

d浦口

续图2 观测期间南京市不同生境与水泥地温差日变化特征（a: 夫子庙；b: 玄武湖；c: 紫金山；d: 浦口）

Fig. 2 The diurnal changes of air temperature ranges at the four observation sites during observation period from July-September, 2005

(a Fuzi Temple site, b Xuanwu Lake site, c Purple Mountain site, d Pukou rural site)

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26日20:00时的5.3 ℃。显然，城市森林较郊区浦口与城市中心形成的热岛强度大。

2.2.3 南京市城市中心与城市湖泊气温日变化比较

城市湖泊玄武湖与城市中心夫子庙的气温比较，有一定的降温，特别是在上下斑高峰期间，热岛强度有较明显的体现，其后热岛强度变小，甚至于出现城市湖泊较市中心温度高0.5~1.3 ℃的情况，尤其是早晨6:00和中午13:00，这可能是观测期间

图3 观测期间南京市各观测点的温度日变化特征

Fig. 3 The diurnal changes of the air temperature in different observation sites in Nanjing during observation period from July-September, 2005

图4 南京市不同观测点四种生境气温的时间、空间及时空标准差

Fig. 4 The three types of standard deviation of air temperature in the four types of land cover in Nanjing during observation period from July-September, 2005

黄良美等：南京市四种下垫面气温日变化规律及城市热岛效应 1417

玄武湖地势宽阔平坦，没出现如市中心因高楼遮挡温度上升较慢的情况，加上中午时水体对阳光短波的强烈吸收，玄武湖较各观测点温度上升而言是最快的。玄武湖与夫子庙形成的日均热岛强度为0.8 ℃，白昼为0.7 ℃，夜间为0.9 ℃，观测期间最大的热岛强度个例为8月26日16:00时的3.5 ℃。玄武湖夜晚热岛强度较郊区浦口、城市森林紫金山形成的热岛强度小，这是因为玄武湖本身就是在城市的主城区内，靠火车站及北面的工业区及新的城市中心湖南路段。因此，受城市内部气候影响较明显，即与城市中心气候环境有趋同性。

2.3 南京市热岛效应的生境影响

各观测点不同下垫面气温的时间标准差总体上是水体＜林荫＜草地＜裸地；而空间标准差是林地＞裸地＞草地＞水体（图4）。时间序列上标准差小表明该下垫面稳定，全天温度变化较小，如林地由于树冠遮荫，温度受天气不稳定变化影响较小，而裸地、草地下垫面受天气人为影响因素较多，一天温度变化较大。空间序列上标准差小表明该下垫面与总体景观环境温度接近，由于温度变化受光照强度影响较大，林地与裸地作为光照强度变化的两个极端，一个是受光照最小，另一个则最大，因此二者的标准差较大，也即偏离出总体景观温度较大[13-15]。对温度时空数据正规化后，最小标准差下垫面在城市中心夫子庙是裸地，城市森林紫金山是水体，城市湖泊则是草地，郊区则是水泥地，因此，在统计意义上，水泥地是城市中心热环境的代表下垫面，即最代表该地气温的时空日变化特征，同理，水体是城市森林热环境的代表下垫面，草地是城市湖泊热环境的代表下垫面，水泥地是郊区热环境的代表下垫面。2.4 南京市不同观测点生物舒适度指数

表2是实验采用的两种舒适度指数计算结果,陆鼎煌的舒适度指数表明，在一日之内，从8:00~10:00期间，夫子庙、玄武湖、浦口和紫金山都为较舒适，从12:00~16:00期间四个观测点都为不舒适；从 18:00~20:00期间，夫子庙仍为不舒适，玄武湖则在18:00-19:0仍为不舒适，浦口与紫金山在此期间则为较舒适；从21:00至次日7:00时四个观测点皆为较舒适与舒适，其中紫金山在21:00时至23:00时还达到很舒适，而浦口是在次日凌晨2:00时达到很舒适。

而北京气象局舒适度指数表明，在 8:00~10:00期间，四个观测点主要为微热，但紫金山在8:00为较舒适，夫子庙则在10:00为炎热。在12:00~16:00期间，四个观测点为炎热级，但夫子庙在13:00~16:00间为暑热度级，浦口则是在14:00时出现暑热度级。在18:00~24:00时，四个观测点主要为微热度级，但夫子庙至21:00前为炎热度级，此后才是微热度级，浦口在20:00前也仍为炎热度级，此后为微热度级，玄武湖在19:00前也仍为炎热；紫金山从21:00时开始为较舒适度级。从次日凌晨1:00 ~ 7:00时夫子庙仍为微热度级，其他皆为较舒适度级。

3 结论与讨论

城市各观测点的林地、水体、草地和裸地等微尺度生境气温日变化在白昼时都呈现出林地＜水体＜草地＜裸地的趋势，夜间则呈现相反的趋势，以草地温度最低；而城市各观测点气温日变化则呈现城市森林＜城市郊区＜城市水体＜城市中心的景观热环境特点；城市中心区和与城市郊区在中午的时候增温剧烈，夜里却降温急剧，气温日振幅较

表2 南京市不同观测点两种舒适度指数的日变化特征

Table 2 The diurnal changes of two types of comfortable indices at the four observation sites

舒适度指数1 舒适度指数2

时间

夫子庙浦口玄武湖紫金山夫子庙浦口玄武湖紫金山

08:00 0.72 0.68 0.70 0.78 76.8 77.0 77.0 74.6 09:00 0.66 0.66 0.67 0.75 78.8 77.8 77.6 76.2 10:00 0.60 0.60 0.62 0.68 80.4 79.4 78.5 78.1 12:00 0.44 0.52 0.49 0.56 85.3 84.0 84.2 81.5 13:00 0.42 0.48 0.50 0.51 85.7 85.1 83.9 83.2 14:00 0.40 0.45 0.46 0.51 86.3 85.8 84.9 83.0 15:00 0.42 0.49 0.49 0.53 85.8 84.2 83.9 82.5 16:00 0.43 0.50 0.54 0.54 85.2 84.0 82.6 82.2 18:00 0.53 0.59 0.62 0.69 82.4 80.8 79.9 78.1 19:00 0.57 0.64 0.65 0.75 81.4 79.1 78.7 76.8 20:00 0.61 0.66 0.68 0.78 80.3 78.0 78.2 75.5 21:00 0.64 0.65 0.69 0.81 79.6 77.9 77.8 74.9 22:00 0.71 0.73 0.74 0.82 77.9 76.2 76.0 74.3 00:00 0.73 0.76 0.76 0.79 76.8 75.1 75.2 73.1 02:00 0.74 0.80 0.76 0.76 76.2 73.0 74.5 72.1 04:00 0.75 0.80 0.75 0.75 75.3 71.9 74.1 71.6 06:00 0.75 0.79 0.75 0.78 75.3 73.5 74.5 72.9 07:00 0.70 0.76 0.72 0.74 77.0 74.4 75.4 75.2

1418 生态环境第16卷第5期（2007年9月）

大，城市森林与城市水体白昼较凉爽，增温缓和，气温的日振幅较市区和郊区小。Chudnovsky等[16]在晴朗、无风、炎热的天气下对Tel-Aviv城内宽阔的广场，狭窄的小街道和林荫道等不同的生境做连续24小时观测分析时指出，宽阔的街道和广场，中午时分剧烈增温，夜里急剧冷却，气温日振幅最大；林荫道和有绿化的广场白昼较凉爽，气温日振幅较小。Saaroni等[17]的研究也表明城市水体在冬季和夜间起保温作用，热季和白天起减温作用。湖泊水温和气温的变化幅度较四周路面小，最高和最低温出现时间也相应落后。

南京市热季有明显的热岛效应，夜间热岛效应的频率明显高于白天热岛效应出现的频率，热岛强度夜间也强于昼间。城市地理位置、城市地形、城市附近自然景观、城市大气总悬浮颗粒物[18, 19]对城市局地内部生境的气温日变化有一定的影响。玄武湖、夫子庙、紫金山、浦口这四个测点的景观环境明显不同，比较它们内部生境的气温日变化，可以看出不同景观环境对城市区域的气温日变化影响。如夫子庙地处城市中心，人为排放热多，而其生境多为水泥、柏油及高楼建筑，植被覆盖率少、水体少，使得夫子庙地区气温变化剧烈，因此，夫子庙的气温日振幅最大，是以水泥地为代表生境；浦口远离市中心加上农林地的降温作用，降低了城市热岛效应对其温度的影响，因此，浦口虽也是以水泥地为代表生境，但气温日振幅比夫子庙小；城市湖泊与城市森林在白天起减温作用，同时增加蒸发量，而夜晚起保温作用；城市森林紫金山能有效地阻挡、吸收太阳辐射, 增加蒸腾量，减轻热岛强度，因此，总体比较而言，玄武湖、紫金山白昼较凉爽，增温缓和，气温的日振幅较夫子庙和浦口都小，最高、最低温度出现时间也相应落后和降低。南京市城市热岛效应夜间强于白昼一是因为夜间城市中有大量的云层而郊区、城市森林天空少云。城市云层多可以大大减小城市的有效辐射，使得城市地面冷却小而慢，而郊区和城市森林云层少则使地面气温下降快。另一方面是城市晚上下斑高峰车流人员密集，大量排放热量，使得白天城市中生境储存的过多热量没能像郊区、城市森林样得到及时有效辐射传导，加上大面积的硬质铺装地导热率又比郊区与城市森林大，因此使地面空气温度仍然平稳甚至一定程度的上升，而夜晚的郊区与城市森林地面有效辐射强地面温度冷却就快，地面气温迅速降低，尤其是城市森林，其大面积的林地以光合作用、蒸腾作用有效的吸收利用阳光，遮挡阳光，使得地面热容量小，林地温度白昼出现逆温现象。

时间序列、空间序列及数据正规化的时空序列三种气温标准差能简明的揭示出城市生境，城市景观用地与城市热岛强度间的时空变化与成因机理。根据城市景观基质定义分类城市景观用地，城市中心是以水泥地、柏油路，硬质铺装地为主的景观基质，可粗略的分类为水泥地面；同理城市森林是以山林湖泊地为主的景观基质，粗略的视为林地；城市湖泊是以水体为主的景观基质，郊区是以农田山林为主的景观基质，但由于开发建设，大面积已呈开发区景观特点。当我们用城市景观热环境的代表生境与景观用地粗分类相比较可发现，对城市中心、城市森林、城市湖泊而言，两者具有合理性的重叠性，尤其是城市中心，而城市森林热环境结果虽以水体为代表生境而非林地，但从水体与林地气温日振幅较小，夜间多具保温现象言，水体可以替代林地为代表性生境；城市湖泊热环境结果以草地为代表性生境非水体，这可能是因为城市湖泊处于城市环境内，受城市气候变化影响较大，加上玄武湖水体具一定的富营养化，水面处的温度变化较不稳定，因此没能形成以本身水体为代表生境，而趋向于草地。总得来说，用城市热环境代表生境指示城市景观用地，在城市中心可得到较好的结果，其他三者存在一定差异。

用经验的舒适度指数能评判出南京市不同景观用地的生态气象因子影响程度，可为人们日常生活及气象预报提供参考。从时间上看夫子庙和玄武湖不舒适期较浦口与紫金山都长，而夫子庙较玄武湖又要略长。在地理位置上夫子庙与玄武湖是同处于城市主城区内，但夫子庙更处于城市热岛的中心，因此，玄武湖一方面会受城市热岛中心辐射的强烈影响，出现不舒适期延长，但另一方面由于其本身景观用地是水体，具有一定的降温效应，则会接近城市郊区与城市森林较城市中心早出现舒适情况。这似乎表明地理位置较生境性质对舒适度的影响大，然而，紫金山与浦口郊区都出现很舒适，且紫金山出现时间上较浦口郊区早，持续时间也长，这说明紫金山舒适度较浦口良好，可是在地理位置上，紫金山却更近城市中心，因此，这种情况又表明生境性质较地理位置对舒适度影响大。这种矛盾性的存在，内在原因很可能是尺度效应的问题。对两种经验舒适度指数比较可看出,二者指示趋势相似,但北京气象局发布的舒适度指数在热度级上较好的凸现出城市中心与城市郊区在中午时段出现暑热的情况,对18:00 ~ 24:00的热度级评判也较好。总体而言，用这两个经验舒适度算例，基本可以作出南京市城市中心、城市湖泊、城市森林和城市郊区的风、湿和热温等生态气象因子的环境评判，陆鼎煌基于环境卫生学的舒适度指数在评优上

黄良美等：南京市四种下垫面气温日变化规律及城市热岛效应 1419

分析判断较强，而北京气象局舒适度指数在评热上分析判断较好。

城市热岛效应在热季对人们生活及生产有着重大影响，加强绿化，提高城市绿化的总体水平，在生态环境脆弱的重点地区合理增加城市水体面积与容量，科学建立城市生态廊道系统，及提高城市生态型建筑可以有效的缓解城市热季高温时的热岛强度。

致谢：作者感谢南京市玄武湖公园管理处对本实验研究给予的协助，感谢南京农业大学樊多奇老师对实验提供观测仪器及建议。

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1420 生态环境第16卷第5期（2007年9月）

The diurnal change of air temperature in four types of land cover

and urban heat island effect in Nanjing, China

HUANG Liangmei1, 2, HUANG Haixia 2, XIANG Dongyun1*, ZHU Jiyu1,LI Jianlong2

1. Guangxi Forestry Research Institute, Nanning 530001, China;

2. School of Life Science, Nanjing University, Nanjing 210093, China

Abstract: Rapid changes in temperature generated by the urban landscape influence the comfort and health of inhabitants as well as energy consumption and air quality, therefore, it is important to understand the causes of air temperature variation in different land use areas. In this paper, four types of land cover, namely urban bare concrete cover, urban woods or the shade of trees, urban water areas and urban lawn were selected to study their microclimate characteristics, and the urban heat island (UHI) was also analyzed using air temperature and relative humidity data measured at four fixed observational spots in Nanjing, China, from July to September, 2005. Dry and wet bulb temperature data were obtained by whirling psychrometers, and wind speed data by cup anemometers. The results showed that: (1) The microclimate of the four types of land cover had significant differences among different observation sites. In general, the air temperature of these land covers complied with the order during daytime: urban bare terra > urban lawn > urban water areas > urban woods or the shade of trees, with reversed order during night when the temperatures of the lawn became the lowest. Compared with the bare terra or cement cover, the other three types showed the effect of dropping air

℃ e were some instantaneously dynamic characteristics in detailed temporal series temperature ranging between about 0.2 ~ 2.9 . Ther

among these four covers in different observational sites. Therefore, a marked heterogeneity in a smaller ground cover scale could be detected from the microclimatic spatial pattern. (2) The UHI effect could be detected obviously by the air temperature difference

℃

between urban and surrounding areas. The average UHI intensity during the monitoring period was between 0.5 ~ 3.5 ; however, there was also significant day-to-day variability. A strong UHI effect usually occurred around midnight; while about 2-3 h after sunrise, the UHI began to decrease till midday time; and during 13:00 ~ 15:00, the UHI had a sudden increase then decreased again; however after sunset, a peak UHT was frequently observed during 18:00~21:00. Clearly, our results manifested that the nocturnal horizontal temperature gradient was somewhat different from that reported in other large cities. (3) By means of the standard deviation (SD), this paper provides a concise and comprehensive understanding for the temporal and spatial microclimatic dynamic of these four kinds of urban cover in four observational sites, and revealed the cause and effect of the urban heat island. (4) Finally, the environmental quality of the four urban observational sites was assessed with the meteorological comfortable index. There is no doubt our study presents the insight to possible countermeasures to decrease the high temperature in hot summers, and is relevant to the urban planning redevelopment.

Key word: urban ground cover types; diurnal changes of urban heat island intensity; cause and effect analysis; comfortable index