北京城市热岛“尺度”变化与城市发展
城市热岛效应的成因与影响因素
城市热岛效应的成因与影响因素随着城市化的不断发展，城市热岛效应成为了一个受到广泛关注的问题。
城市热岛效应指的是城市内部相对于周围地区温度的明显增加现象。
它对城市环境、人类健康以及生态系统都产生了深远的影响。
那么，城市热岛效应究竟是如何引发的？有哪些影响因素呢？城市热岛效应的成因与城市化进程存在密切联系。
首先，城市地表的改变是城市热岛效应的根本原因之一。
城市中的建筑物、道路、广场等硬质表面能够吸收太阳辐射并将其转化为热量，这导致了城市地表温度的升高。
此外，大量的水泥、钢铁等材料的使用也导致了城市的热容量增加，使城市表面的温度在夜晚难以迅速降低。
其次，城市热岛效应的成因还与城市热力平衡的破坏有关。
城市中大量的能源消耗以及机动车辆的排放，都释放出大量的废热。
同时，城市中高层建筑、封闭的街道以及缺乏绿化的空地也导致了较差的风场条件，使得大气中的热量在城市中滞留，不易散发。
城市热岛效应的影响因素众多且复杂。
首先，城市的建设布局和城市规划对城市热岛效应的形成和发展起到了重要作用。
集中布局的高密度建筑群，在限制了建筑物之间的自然通风和散热条件的同时，也使得城市中热量的积聚更为明显。
此外，城市绿化也是影响城市热岛效应的重要因素。
绿化可以通过蒸腾作用降低周围地表的温度，并在城市区域形成自然的热产生与散发平衡。
其次，城市的人口密度和活动水平也会加剧城市热岛效应。
大量人口集中居住和办公的城市区域，由于人员活动产生的热量以及用电和用水的增加，使得城市热岛效应更加明显。
特别是在夜间，全天候的照明以及红外感应设备的使用，进一步提高了城市区域的温度。
而城市热岛效应造成的影响也不容忽视。
首先，城市热岛效应使得城市内部温度升高，给城市居民带来体感温度的不适。
在夏季，城市内部的高温环境容易引发中暑、热射病等健康问题。
其次，城市热岛效应对城市气候和降水分布也产生了显著的影响。
高温环境的持续存在使得城市降雨过程的发展不均匀，进而引发城市内涝和排水问题。
地表热环境变化与城市热岛效应
地表热环境变化与城市热岛效应近年来，随着全球气候变暖的日益严重，地表热环境变化成为一个备受关注的话题。
而在城市化进程中，热岛效应更是在城市居民中广为人知。
地表热环境变化与城市热岛效应之间存在着密切的联系，本文将探讨这两者之间的关系以及对人类生活的影响。
首先，我们来了解一下什么是地表热环境变化。
地表热环境是指大气和陆地之间的热交换过程，包括辐射、传导、对流和蒸发等。
气候变化和人类活动的影响导致了地表热环境变化的加剧，如城市化、森林砍伐、工业排放等。
气候变暖使得地表温度上升，而人类活动则进一步加速了这一过程，导致了地表热环境的剧烈变化。
接下来，我们来看看城市热岛效应是什么。
城市热岛效应是指城市地区温度较周边乡村和自然环境高出很多的现象。
由于城市中建筑物密集、道路宽广、水体面积减少，这些因素导致城市暗面效应的形成。
这样的暗面效应有利有弊，而城市热岛效应则属于其中的重要一环。
城市热岛效应对城市的温度、气候和空气质量产生明显的影响，给城市居民的生活带来很多不便。
热岛效应对城市居民生活的影响不容忽视。
首先，高温天气会给人们的健康带来威胁。
城市热岛效应会导致城市中的温度升高，尤其在夏季时更为明显。
高温天气会引发中暑、脱水等健康问题，给城市居民的身体健康带来很大压力。
其次，城市热岛效应还会影响城市的生态环境。
气候变暖和人类活动导致的城市热岛效应加剧，会对城市植被、水体和动物群落造成破坏，对城市生态环境产生不良影响。
此外，城市热岛效应还会加重空气污染问题。
在高温天气下，空气中的污染物排放增加并难以扩散，使得空气质量恶化，给居民的呼吸健康带来风险。
为了应对地表热环境变化和城市热岛效应的问题，应采取一系列的措施。
首先，改善城市热环境。
通过增加绿化覆盖率和水体面积，可以降低城市的温度，并改善空气质量。
其次，加强城市规划和建设中的热环境设计。
通过合理选择建筑材料、增加通风和遮阳设施，减少城市的热岛效应。
另外，应注重科学研究和技术创新，提高城市的环境管理水平。
城市热岛效应如何加剧气候变化
城市热岛效应如何加剧气候变化在当今的城市化进程中，城市热岛效应已成为一个备受关注的环境问题。
它不仅影响着城市居民的生活质量，还在不知不觉中加剧着全球的气候变化。
那么，城市热岛效应究竟是如何给气候变化“火上浇油”的呢？首先，我们来了解一下什么是城市热岛效应。
简单来说，城市热岛效应就是指城市地区的温度明显高于周边郊区和农村地区的现象。
这是由于城市中大量的建筑物、道路、人口密集以及工业活动等因素共同作用的结果。
城市中的建筑物通常由混凝土、砖块和钢材等材料建成，这些材料具有较高的热容量和热导率，能够吸收和储存大量的热量。
在白天，太阳辐射使这些建筑物迅速升温，而到了夜晚，它们又缓慢地释放出热量，使得城市的温度在夜间也难以降低。
道路也是城市热岛效应的一个重要因素。
城市中的道路面积广阔，尤其是柏油马路，其吸热能力很强。
在阳光的照射下，道路表面的温度会急剧升高，进一步增加了城市的热量。
人口密集也是导致城市热岛效应的原因之一。
城市中的人口众多，人们的日常生活和工作会产生大量的热量。
比如，家庭中的电器设备、办公室的电脑和照明设备等都会消耗能源并释放热量。
此外，人们的呼吸、身体代谢等也会产生一定的热量。
工业活动更是城市热量的重要来源。
工厂中的机器运转、生产过程中的化学反应等都会释放出大量的热能和废气。
这些热能和废气进入大气中，不仅增加了城市的温度，还可能对空气质量造成负面影响。
城市热岛效应加剧气候变化的一个重要途径是通过改变局部的大气环流。
由于城市地区的温度较高，空气受热上升，形成低压区。
周边郊区和农村的相对较冷空气则会向城市流动，形成所谓的“城市风”。
这种局部的大气环流变化会影响降水模式，可能导致城市地区的降水增多，而周边地区的降水减少。
降水分布的不均会对生态系统和农业生产产生不利影响，进一步影响全球的气候平衡。
城市热岛效应还会增加能源消耗，从而间接加剧气候变化。
在炎热的夏季，为了降低室内温度，人们会大量使用空调等制冷设备。
城市热岛效应的研究进展与展望
城市热岛效应的研究进展与展望城市热岛效应的研究进展与展望城市热岛效应是指城市相对于周边农村地区而言，温度更高的现象。
随着全球城市化进程的加快，城市热岛效应越来越引起人们的关注。
这种现象不仅对城市居民的生活质量造成了巨大的影响，而且对城市的能耗、环境、健康和经济等方面都产生了重要的影响。
因此，研究城市热岛效应已经成为当前环境科学和城市规划领域的热点问题之一。
过去几十年来，许多研究人员对城市热岛效应进行了广泛而深入的研究，取得了很多有意义的进展。
首先，研究人员对城市热岛效应的形成机理进行了探索。
城市热岛效应主要是由于城市建设导致了大量的非生物表面（如建筑物、道路等），这些表面能够吸收和储存太阳辐射，然后释放出大量的热能。
与此同时，城市中的许多人类活动也产生了大量的热能，进一步增加了城市的热量。
其次，研究人员还对城市热岛效应的空间分布和季节变化进行了调查。
他们发现城市中心通常比城市边缘更热，而夏季比冬季更明显。
这些研究为城市热岛效应的预测和评估提供了依据。
除了对城市热岛效应本身的研究外，研究人员还探索了减缓和适应城市热岛效应的方法。
例如，通过改善城市的绿化覆盖率和水体分布，可以降低城市的热岛效应。
绿化可以增加城市中的植被覆盖，减少热辐射和蒸发散失，从而降低城市的气温。
同时，水体的存在可以通过蒸发冷却效应来调节城市的温度。
这些方法不仅可以改善城市的热环境，还能提供其他生态和美学的好处。
未来，城市热岛效应的研究仍然面临许多挑战，并有着广阔的发展前景。
首先，我们需要加强对城市热岛效应的监测和预测能力。
目前，很多城市缺乏完整的气象观测网络，无法准确地监测城市内部的温度变化。
因此，我们需要建立更多的观测站点，并利用遥感和地理信息系统等技术手段来提高数据的获取效率和质量。
其次，我们需要进一步研究城市热岛效应对人体健康的影响。
城市热岛效应不仅会导致城市热害，还可能加剧空气污染和疾病传播。
因此，我们需要深入了解其机理和影响，以制定更有效的政策和措施来保护居民的健康。
城市热岛效应和城郊环流
城市热岛效应和城郊环流的时间分布特点
一个地区（主要指城市）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。
城市人口密集、工厂及车辆排热、居民生活用能的释放、城市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，上海观测到的最大热岛强度达6℃以上。
季节分布还与城市特点和气候条件有关，北京是冬季最强，夏季最弱，春秋居中，上海和广州以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℃，上海为0.5～1.4℃，洛杉矶为0.5～1.5℃。
城市热岛可影响近地层温度层结，并达到一定高度。
城市全天以不稳定层结为主，而乡村夜晚多逆温。
水平温差的存在使城市暖空气上升，到一定高度向四周辐散，而附近乡村气流下沉，并沿地面向城市辐合，形成热岛环流，称为“乡村风”，这种流场在夜间尤为明显。
城市热岛还在一定程度上影响城市空气湿度、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。
城市热岛效应与气候变化关系
城市热岛效应与气候变化关系随着城市化进程的加速和全球气候变化的威胁，城市热岛效应日益成为一个备受关注的问题。
城市热岛效应指的是城市内部相对于其周围地区温度较高的现象。
虽然城市热岛效应是一个局部现象，但它对城市的生态环境以及气候变化具有深远影响。
首先，城市热岛效应与气候变化之间存在着相互作用。
城市热岛效应的形成主要由于城市的建筑密度较高、大量的人口和车辆排放的热量，以及建筑物和道路等人为热源的存在。
这些因素导致城市内部温度升高，进而改变了城市的气候特征。
然而，随着气候变化导致的更加频繁和剧烈的热浪事件以及全球气温的升高，城市热岛效应又会反过来加剧气候变化的影响。
城市热岛效应使得城市内部温度升高，进而增加了城市的能源消耗和空调使用，从而进一步释放出更多温室气体，加剧了气候变化。
其次，城市热岛效应对城市生态环境产生了重大影响。
城市热岛效应不仅使得城市内部温度升高，还带来了一系列不良环境问题，如能见度下降、空气质量变差以及城市污染物的积聚等。
这些问题不仅给人们的健康带来了威胁，也对城市生态系统的平衡和可持续发展造成了影响。
此外，城市热岛效应还会引发暴雨集中、洪涝等气候灾害，给城市的基础设施、农作物种植等带来不利影响。
因此，减缓和缓解城市热岛效应对于城市的生态环境保护至关重要。
最后，解决城市热岛效应需要综合全面的措施。
针对城市热岛效应，可以从城市设计与规划、建筑材料与技术、绿化与生态系统的建设等多个方面入手进行缓解。
首先，需要在城市规划和建设中加强绿地和水体的保护，提高城市的湿地率和植被覆盖率。
其次，选用适当的建筑材料和技术，如采用反射性材料和绿色屋顶等，减少建筑物和道路等人为热源的释放。
此外，还可以借鉴传统文化中城市水系与园林相结合的经验，提高城市的热量散射能力。
通过采取这些措施，可以有效减缓城市内部的温度升高，减缓城市热岛效应的发生。
总之，城市热岛效应与气候变化之间存在着密切的关系。
城市热岛效应不仅加剧了气候变化的影响，也对城市的生态环境造成了严重威胁。
城市热岛效应的利与弊
城市热岛效应的利与弊
城市热岛效应在影响着我们的生活，之所以出现热岛效应其实也是人为的因素，城市人口集中，工业发达，交通拥塞，大气污染严重，且城市中的建筑大多为石头和混凝土建成，它的热容量低，热传导率高，加上建筑物本身对风的阻挡或减弱作用，可使城市年平均气温比郊区可高2℃，甚至更多,在温度的空间分布上,城市犹如一个温暖的岛屿，从而形成城市热岛效应。
城市热岛效应带来的增温可使局地气候发生变化，主要表现在使城市冬季的霜冻日数减少，无霜期延长，春季的开始时间提前，秋季结束时间滞后，一些花草的花期也会提前。
城区的相对湿度会减少，凝露量和结霜量也会小于郊区。
当热岛明显时会产生热岛环流，影响城市风场。
另外，热岛有利于增加城市的降水。
城市热岛效应引起的城市增温，也会对人民生活产生一系列影响。
这种影响既有其有利的一面，也有不利的一面。
就其有利的一面来说，譬如在中高纬度城市的冬季，城市热岛效应一是可减少热量需求，缩短供暖时间，节约能源;二是能减少积雪次数、积雪时间和积雪深度，从而减轻对城市交通的影响或缩短影响的时间。
而其不利的影响也有许多，例如，夏季城市热岛效应可使炎热地区的高温灾害频率增加，程度加重，使居民生活不适，工作效率下降，中暑病人和心血管功能失调的人数增加，死亡率上升;为降温大量使用空调等电器设备，导致电能消耗量上升，并常引起电力供应紧张。
而在城市热岛区低空存在的逆温层，不利于大气污染物的扩散，会加重城市的空气污染。
总的来看，城市热岛效应的影响是弊大于利。
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城市热岛效应及其影响分析
城市热岛效应及其影响分析近年来，城市化进程不断加速，城市面貌发生了巨大的变化。
然而，城市的发展也带来了一系列的环境问题，其中之一就是城市热岛效应。
城市热岛效应指的是城市中心地区温度高于周边乡村和郊区的现象。
这种气候现象对城市环境、人类健康和生态系统都产生了重要影响。
城市热岛效应的形成是由于城市的建设和活动引发了一系列的热源和热排放。
高楼大厦、沥青路面、水泥建筑等都会吸收并存储太阳辐射能量，然后以热量的形式释放出来。
与此同时，机动车辆的运行、工厂的生产等活动都会产生大量的热量排放到城市大气中。
加上人口密集、空气对流受限等因素，这些热源无法有效散发，导致城市温度升高。
城市热岛效应的影响非常广泛。
首先，它对城市环境产生了重要影响。
比如，高温天气下，城市中心地区温度高，空气质量下降，人们容易出现中暑、呼吸系统疾病等健康问题。
另外，城市热岛效应还加剧了城市排水问题。
在暴雨天气中，城市热岛效应会导致雨水无法迅速排出，导致城市内涝，进而给城市的交通和居民的生活带来严重困扰。
其次，城市热岛效应对农作物生长和生态系统也产生了负面影响。
由于城市热岛效应，农田周围的城市会受到高温和较低的湿度影响，导致农作物的产量和质量下降。
此外，城市热岛效应还破坏了城市周边的生态系统平衡。
高温和干燥的环境对于许多生物而言是不利的，导致生物多样性减少，影响生态系统的健康稳定。
最后，城市热岛效应对能源消耗也会造成影响。
高温天气下，人们通常需要使用空调和其他冷却设备来降低室内温度。
这会导致城市能源需求增加，进一步加大了能源消耗和温室气体的排放，加剧了全球变暖问题。
为了减轻城市热岛效应带来的影响，人们可以采取一系列措施。
首先，加强城市绿化，增加植被覆盖面积。
树木和植被可以吸收太阳辐射，减少热源产生，并通过蒸腾作用释放更多的水蒸气，降低城市温度。
其次，改善城市建筑设计。
选择反射太阳光的建筑材料，改善建筑隔热性能，减少室内外温差，降低能耗。
此外，鼓励绿色出行，减少机动车的使用，降低热源排放。
城市热岛效应与城市规划策略
城市热岛效应与城市规划策略近年来，随着城市化进程的加快，城市热岛效应成为城市规划中的一个重要问题。
城市热岛效应是指城市中心地带温度相对较高，周边地区温度相对较低的现象。
城市热岛效应对城市生态环境、居民生活和城市发展产生了一系列的影响。
因此，采取有效的城市规划策略来缓解城市热岛效应已经成为城市规划中的重要课题。
首先，城市规划应该注重绿地的建设。
绿地具有良好的降温效果，可以吸收太阳辐射，减少热能的积聚。
因此，在城市规划中应该合理布局绿地，增加城市绿化覆盖率。
同时，还可以通过在建筑物屋顶设置绿化系统来取得进一步的降温效果。
这不仅可以减少城市热岛效应，还可以改善城市空气质量，提高居民的生活质量。
其次，城市规划还应注重建筑物的热岛效应控制。
建筑物是城市热岛效应的重要原因之一。
传统的建筑材料如混凝土和玻璃具有高热容量和高热传导性，容易吸收和积累太阳辐射，导致建筑物内部温度过高。
因此，在城市规划中应该推广使用低热容量和低热传导性的建筑材料，如木材和隔热材料，减少建筑物对太阳辐射的吸收。
同时，还可以通过合理的建筑设计，如建筑阴阳阳台和遮阳窗等来控制建筑物内部温度。
另外，城市规划应注重人行道和道路的布局。
城市中心地带常常是城市热岛效应的高温区域。
人行道和道路的铺装材料容易吸热，加剧热岛效应。
因此，在城市规划中，应该选择低吸热材料作为人行道和道路的铺装材料，减少太阳辐射的吸收。
同时，还应注重增加人行道和道路的树冠覆盖率，提供更多的阴凉空间，减少热能的积聚。
此外，城市规划还应注重城市的空气流通。
城市中心地带常常因为高密度建筑和狭窄的街道而导致空气流通不畅，加剧了热岛效应。
因此，在城市规划中应该采取合理的布局和设计，增加城市的通风空间，提高城市的通风效果。
例如，可以通过增加建筑物之间的间隙和开放区域，引导空气流通，减少热能的积聚。
最后，城市规划还应注重城市的水体利用。
水体具有良好的降温效果，可以吸收和扩散热能。
因此，在城市规划中应该充分利用城市的水体资源，增加水体的面积和数量。
气候变化对城市热岛效应的影响与调整
气候变化对城市热岛效应的影响与调整气候变化是当前全球面临的重大挑战之一，城市热岛效应作为其中一个重要的气候变化影响因素，受到了广泛的关注。
城市热岛效应指的是城市区域相对于周围乡村地区温度更高的现象，这种现象主要是由于城市化过程中人为活动所导致的大量热量排放以及城市地表覆盖、建筑结构等因素导致的能量吸收和辐射增加所致。
城市热岛效应不仅影响城市居民的生活质量和健康，还对城市生态环境和能源消耗造成重大影响。
因此，研究和探讨气候变化对城市热岛效应的影响及可能的调整策略，对于城市可持续发展具有重要意义。
一、气候变化对城市热岛效应的影响气候变化对城市热岛效应的影响主要体现在以下几个方面：1.气温升高：随着全球气候变暖，城市热岛效应使得城市地区的气温升高更为显著。
特别是在夏季高温天气时，城市的温度往往比郊区高出几度，形成了明显的热岛现象。
炎热的气温不仅影响了城市居民的生活舒适度，还加剧了城市地区的热害风险。
2.降雨量减少：城市热岛效应还会对城市地区的降雨量产生一定影响。
由于城市地表的密集建筑和水泥道路等减少了土地的透水性，降雨水无法迅速渗入土壤，容易导致城市地区的内涝和洪涝现象。
另外，热岛效应还会影响城市地区的气候水汽输送，降低降雨量。
3.空气质量恶化：城市热岛效应还会加剧城市地区的空气污染问题。
热岛效应导致城市地区的温度升高，气象条件不利于大气垂直稳定，容易形成雾霾天气。
此外，城市地区的排放源增加、气溶胶浓度增加等因素也会导致城市空气质量的恶化。
4.生态环境破坏：城市热岛效应对城市生态环境造成了一定的破坏。
高温、干旱的气候条件容易导致城市植被退化、生态系统遭受破坏。
而且城市热岛效应还对城市野生动植物的生存和繁殖产生不利影响，加剧了城市生物多样性流失的风险。
二、城市热岛效应调整策略为了减轻气候变化对城市热岛效应的影响，需要采取一系列有效的调整策略。
以下是一些可行的策略：1.加强城市绿化建设：增加城市绿地、树木覆盖可以有效降低城市热岛效应，提高城市地区的透水性和蒸发作用，减少城市地表的热量吸收。
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中国科学 D辑 地球科学 2005, 35 (增刊I): 97~106 97 北京城市热岛“尺度”变化与城市发展*
于淑秋①** 卞林根① 林学椿②(①中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室, 北京 100081; ②中国气象局国家气候中心, 北京 100081) 摘要 用北京地区20个气象观测站、1960~2000年的温度资料研究了北京城市热岛的季节变化, 年际变化, 进而用北京的城市化指数, 讨论了它与热岛强度与尺度范围变化之间的关系, 得到如下几点结论: (i) 北京城市热岛存在明显的季节变化, 其中以冬季为最强, 春、秋季次之, 夏季为最小, 城市热岛的季节变化主要发生在市区, 冬季市中心的温度在0.8℃以上, 夏季只有0.5℃. (ii) 北京城市热岛强度具有清楚年际增温, 年平均热岛强度的增温率为0.3088℃/10a, 其中冬季的增温率最大, 春、秋季次之, 夏季为最小, 热岛强度的增加主要由市区的温度上升引起的. (iii) 改革开放以来, 城市化指数成几十倍乃至百倍的增长, 热岛强度也出现了跃变式的增加, 且随城市建筑群扩大, 热岛“尺度”范围亦显著扩大. (iv) 城市化指数的年际变化与城市热岛强度的年际变化非常相似, 具有良好的线性关系, 它们与热岛强度之间的相关系数都已超过了0.1%信度.
关键词 北京地区 温度变化 热岛效应 热岛“尺度” 人类活动
2005-02-05收修改稿, 2005-07-22收修改稿 * 国家重点基础研究发展规划项目(编号: G1999045700)和国家科学技术部国际科技合作重点项目(编号: 2004DFA06100)及灾害天气国家实验 室(HWL)共同资助 ** E-mail: Cep99@cams.cma.gov.cn
近百年来全球气候正经历一次以增暖为主要特征的显著变化, 它对世界各国的生态系统、社会经济以及政治外交等领域产生了并将继续产生重大的影响. 目前全球变暖问题已成为各国政府、社会公众以及科学界共同关心的重大问题. 引起气候变化的原因包括自然因素与人类活动两大类. 前者主要是指太阳辐射的变化(包括太阳本身的物理过程如太阳黑子、耀斑等引起太阳辐射强度的变化和因地球轨道参数的变化引起太阳辐射强度的相对变化)、火山爆发等自然因素, 后者主要指温室气体和硫化物气溶胶
的排放、土地利用的变化以及城市化进程加快等人为因素. 在研究人类活动对气候变化影响中, 科学家面临的一个重要问题是如何区分气候变化中的自然变化和人类活动的作用. 利用气候模式可以模拟人类活动如大气中CO2浓度增加对气候的影响, 大量简单
和复杂的气候模式模拟表明, 大气中CO2浓度增加使
全球气候明显变暖. 但是由于气候模式中存在着诸多的不确定因素, 其模拟结果还不足以确定人类活动对气候的影响. 与此同时, 科学家也对实际资料进
SCIENCE IN CHINA Ser. D Earth Sciences 98 中国科学 D辑 地球科学 第35卷 行了许多观测研究, 例如Peterson 等[1]研究了全球农村温度变化趋势, 以区别城市热岛效应对全球增温的影响; Hughes等[2]研究了城区对南非温度变化趋势
的影响. Jones等[3]评估了城市化对大陆温度序列的影
响; 周淑贞[4]研究过上海城市发展对气温的影响等等.
城市热岛是城市人类活动对气温影响的最突出的特征, 对它的研究已成为区分气候变化中的自然变化和人类活动的一个新热点. 本文是在“北京地区气温的年代际变化和热岛效应”[5]研究基础上, 继续讨论北京城市热岛尺度的变
化特征, 进一步用北京统计局编的《北京50年—统计资料》[6]中的有代表性的城市发展指数, 讨论了它
们与热岛强度变化之间的关系. 研究表明热岛强度的变化和城市发展指数, 如基本建设投资、基础设施投资、房屋竣工面积、住宅竣工面积都有很高的相关性. 说明城市人类活动的结果能改变城市气温的变化.
1 北京城市面积与热岛“尺度”特征 北京地区有20个气象站近41 a(1960~2000年)气温资料. 该地区的气温变化至少包含了两种尺度的气候变化, 即大尺度的年际变化(或年代际振荡)和小尺度的热岛效应. 温度资料的处理方法与文献[5]完全相同, 首先将各站不同海拔高度上的温度, 用干绝热递减率(即每上升100m气温下降0.6℃)订正到海平面气温, 再用20个站的平均气温代表北京地区气温的大尺度变化, 各站与它的偏差则表示小尺度气温的城乡差异. 结果指出: 北京地区(20个站平均)气温的年际变化具有大尺度的特点, 能代表华北, 乃至全国气温的变化. 1981年是显著的跃变点, 跃变后比跃变前北京地区气温增加了0.55℃, 近40a的增温率为0.25℃/10a, 它和华北地区气温的变化非常一致[7].
各站气温与北京地区(20个站平均)气温的偏差, 称作各站的局地气温, 它反映了各站气温滤去了大尺度气候背景变化后的小尺度城乡差异. 各站局地气温的多年平均如图1. 由图1可见, 以北京站、海淀站、石景山等站为代表的市区和近郊区的高温中心非常清楚, 平均达0.5℃以上, 并快速地向远郊区递减, 到远郊区如霞云岭、佛爷顶、上甸子等站平均局
地年气温己达到−0.5℃以下, 平均年气温的热岛强度接近1.0℃. 根据国内外热岛研究结果指出, 百万人 口以上的大城市平均气温一般约高于郊区0.5~1.0℃, 与北京市的结果一致[8]. 图1中的零线大致反映北京
市区和远郊区的分界线, 需要指出的零线并不通过东南部, 说明该地区气温比西、北部都要高, 这是因为北京地形成马蹄型分布, 它的西、北部都为山区, 而东南部为平原, 与它连接的是河北廊坊市、三河市和天津市, 是京津唐开发区, 都有了一定程度的城市化. 北京地区的这种马蹄型地形对大气污染扩散都有明显的影响[9]. 这个热岛图己扩展到了远郊区、并
且用了近40a的长资料所得的结果. 它与过去的研究结果有所不同, 过去北京地区的热岛效应研究所用资料往往是短时期的对比观测结果, 即使用较长的资料, 其范围也只限于城区和近郊区[10]. 由图可见,
如丰台站、海淀站、石景山站和门头沟站等近郊区站都己城市化, 不能反映郊区特征.
图1 北京市热岛(1960∼2000年各站年平均局地气温) 每隔0.1℃画一条等值线, 粗实线为零线, 实线为正值线, 虚线为负值线
北京城市热岛效应具有典型性, 由北京地区西南部的霞云岭站, 经丰台站、北京站、顺义站至北京地区的西北部上甸子站一线的剖面图(图略)[5]上可见,
从霞云岭站到房山站气温急剧升高, 这是由于郊区农村到城市边缘的近郊区下垫面发生巨大变化, 所引起的气温陡然升高, 被称作“陡崖”(cliff). 由房山
SCIENCE IN CHINA Ser. D Earth Sciences 增刊I 于淑秋等: 北京城市热岛“尺度”变化与城市发展 99 站至北京站气温在高水平上起伏, 气温梯度比较平缓, 这是因城市下垫面性质基本相同下的地区差异而引起的气温波动, 被称作“高原”(plateau). 到了城市中心区是人口密度和建筑密度及人为热释放量最大的地点, 气温也最高(北京站), 被称作“高峰”(peak). 这和Oke[11]根据北美加拿大多次观测实例, 概括成典
型的城市热岛剖面图非常相似, 说明北京城市热岛具有典型性. “高峰”过后再向东北, 其基本特征如“高原”、“陡崖”等都存在, 但不对称, 气温要比西南低, 这反映北京城市布局西南部和东北部的差别. 一般把“高峰”与郊区个别站的气温差定义为热岛强度. 这个定义, 特别是郊区个别站的选择, 有些任意性. 由于资料和观测条件的限制, 不同站的选择, 其结果也不同, 可比性差.例如, 北京站与远郊区站西斋堂的温度差为2.3℃, 而北京站与远郊区站汤河口站温度之差为1.2℃, 可见用“高峰”和郊区个别站的温度差定义的热岛强度, 其差别是非常大的. 为了避免单一性, 增加代表性和可比性, 我们选用城市化速度较快的北京站、朝阳站、丰台站、海淀站、石景山站和门头沟站等6个站气温的平均代表市区气温. 用上甸子站、汤河口站、佛爷顶站、延庆站、西斋堂、平谷和霞云岭站等7个远郊区站温度的平均代表郊区乡村温度变化, 热岛强度则定义为市区平均气温与郊区之差. 城郊乡村地区人口较少, 远离城市, 人类活动对这些地区的影响也较少. 以环保清洁对照站定陵站(在延庆站附近)观测结果为例[12]. 清洁对照站定陵的
SO2, CO, NO2, O3和PM10 (可吸入颗粒物)出现1, 2级
的概率, 分别为97%, 99%, 98%, 95%和77%, 可见除了PM10 出现3级(含3级, 对人身或环境会产生危害)以上概率为23%, 其它4个污染物出现3级以上的概率很小, 只在1%∼4%之间, 几乎不发生.而市区SO2, CO, NO2, O3和PM10 出现3级以上的概率分别为18%, 5%, 11%, 1%和50%, 要比清洁对照站定陵站高得多, 特别是PM10, 说明郊区乡村受人类活动的影响很少或未受人类活动的影响, 主要是自然变化.用上甸子站、汤河口站、佛爷顶站、延庆站、西斋堂、平谷和霞云岭站等7个远郊区站局地温度的平均所代表的郊区乡村温度变化, 可以认为它受人类活动影响较少(或未受人类活动影响), 突出地反映了自然变化. 所以, 用市区与郊区温度差定义的热岛强度, 实际上它给出了城市人类活动所引起的温度增加的一种量度. 图2为年平均、冬季(12~2月)和夏季(6~8月)的热岛强度的年际变化. 由图可见, 这3条曲线有个共同特点, 即在20世纪60~70年代热岛强度有较大的起伏波动, 此后都以波动方式上升, 20世纪80年代后上升速度加快. 年平均热岛强度(图2中年平均实线)从1960年开始上升, 到1962年达到极大, 此后下降, 1969年达到最低点, 此后强度开始波动式的上升, 20世纪80年代后上升速度加快, 1960~2000年热岛强度的增温率为0.3088℃/10a.冬季热岛强度的年际变化(图2中冬季虚线)与年平均类似, 但它的增温率最大, 为0.3647℃/10a.夏季热岛强度的年际变化(图2中夏季虚线)也与年平均类似, 但它的增温率最小, 为0.2582℃/10a. 表1给出了北京各个季节市区、郊区和热岛强度的增温率.由表可见, 市区的增温率比郊区高出近一个量级, 例如市区年温度的增温率为0.3552℃/10a, 郊区年温度的增温率为0.0464℃/10a, 市区是郊区的7.7倍; 市区冬季温度的增温率为0.4615℃/10a, 郊区冬季温度的增温率为0.0636℃/10a, 市区是郊区的7.3倍; 市区夏季温度的增温率为0.1689℃/10a, 郊区夏季温度的增温率为-0.0893℃/10a, 说明夏季郊区温度不但没有增加, 反而下降.可见城市热岛强度的增温率, 主要取决于市区的增温率.热岛强度增温率也存在明显的季节变化, 冬季最大, 达0.3647℃/10a, 夏季最小, 只有0.2582℃/10a, 冬季是夏季的1.4倍. 城市热岛是在城市化的人为因素和局地天气气候条件的共同作用下形成的. 人为因素以下垫面性质的改变、人为热和过量温室气体排放以及大气污染等为最重要. 而局地天气气候条件中则以天气形势、风、云量等关系最大. 城市因人口密度大而成为所在地区的政治、经济、文化和消费中心, 使得交通运输、工业生产和商品流通都较为发达, 特别是现代化大城市更是生产资料、生活资料和能源消耗高度集中的地区. 城市影响气温主要表现在两个方面, 一是城市因生活、取暖以及工业化和交通运输等燃烧大量的石