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1、西安市气候变暖与城市热岛效应问题研究田武文 黄祖英 胡春娟?陕西省气象台?西安?摘 要选取? ) ?年西安站和周围?站月平均气温资料?利用西安站与周围?站气温距平滑动平均变化趋势的差异?发现该站平均气温有两个明显的上升期?热岛效应使西安站平均升温? ? ? ?并建立了西安市城市热岛效应模型在此基础上分离了气候变暖过程中由于城市热岛效应引起的增温作用关键词?气候变化?热岛效应?增温作用?全球变暖引 言近年来?在气候变化的研究中?全球及我国气候变暖的趋势及增温幅度?2?!城市热岛效应?2?及气候变暖原因的研究?2?较多?但对如何消除城市热岛效应的影响?客观反映气候变暖的过程及增暖程度方面的分析较少
2、?文献?在气候变化分析中?将热岛效应最显著的城市?人口?万?的测站去掉?以消除气候资料中热岛效应的影响自工业革命以来?由于人口居住地区的城市化?引起气象站周围地表覆盖的突然变化所形成的城市热岛效应?在全球范围内都存在但由于各地区城市化时期的不同?城市热岛效应使气温显著增高的时期也不同本文从西安站与周围气象站温度变化的趋势对比中?研究了西安市的城市热岛效应问题全球气候变暖问题的研究认为? ? ? ? ?我国北方的气候变暖程度尤为显著?最近一次明显的温度上升期始于?世纪?年代?这期间正是我国经济高速发展?人口城市化步伐加快?城市范围扩展迅速的时期这期间气象站由被农田包围逐步变为被楼房和水泥地面包围
3、对气候资料的研究显示?西安站处于?年以来气候最暖的时期?所谓的/气候变暖0问题是单纯的气候变暖?单纯城市热岛效应?还是城市热岛效应与气候变暖的综合结果?如果是两种因素的综合结果?它们各自对增暖程度的贡献各有多大?本文利用西安站的观测资料?结合周围气象站的观测结果?分析气候变化和城市热岛效应各自的可能贡献? 资料及其处理为了分析西安市的城市热岛效应?选取周围离 西安站最近的气象站这样的县级站共有?个?由于高陵站于?年?月建站? ?年?月又迁站?所以未选取该站本文选取?个气象站?站点情况及其分布见表?和图? 使用各气象站? ) ?年逐月平均气温?按月顺序排列?序号为? ?个月文中使用的气温距平其平
4、均值是? ) ?年?年气候平均值另外?泾阳站?年? ) ?月缺测?使用气候平均值代替表1 站点分布情况表站名经度纬度海拔高度?是否迁站西安? ? ?否长安? ? ?否户县? ? ?否蓝田? ? ?否泾阳? ? ?否临潼? ? ?是3注?3表示?年?月迁移?处理情况?合并有人曾利用城市站与远郊站平均气温差研究城市气候变化与热岛效应问题?本文所选的是距西安站最近的?个县级站?考虑到地级站城市扩展规第?卷?期 ?年?月应 用 气 象 学 报 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?国家/ ?0预研究项目/干旱半干旱地区的环境动力机制重大理论基础研究0和陕西省气象局课题/
5、区域气候模式在陕西省的应用研究及开发0共同资助?2?2?收到? ?2?2?收到再改稿模比县级市大?未选地级站? ?与西安站相距经度最大的是蓝田?相距? ?纬度最大的是泾阳?相距? 对陕西省气象要素进行聚类分析表明?这 几个站一年四季都位于同一气候区图? 西安站及周围站点分布图? 气候变暖和城市热岛效应分析西安站月平均气温距平曲线及对应的?年?个月?滑动平均曲线!蓝田站月平均气温距平曲 线及对应的?年滑动平均曲线图?图? 为了图形清晰?图中略去了月平均气温距平随时间的变化?仅保留了?年滑动平均曲线从图中可以得出?两站的气温都有上升趋势? ? ) ?年前后西安站气温距平比蓝田站小? ? ) ?年前
6、后两者距平基本接近?而? ) ?年西安站气温距平比蓝田站大这说明在温度上升的过程中?西安站气温上升的趋势比蓝田站上升的趋势快?斜率大? 选取?年滑动平均?即剔除了日地活动周期?且当样本长 度? ?时?平均值相对稳定分析西安站与其他站的情况?除户县差别较小外?均能得出相同的结论?相应图略? 该结论和文献?分析西安!榆林!汉 中站的升温情况类似?但由于本文所分析的气象站都处于同一气候区?气候变化在小区域的变化应当是同步的?所以西安站气温上升的趋势大于周围其图? ? ) ?年西安站和蓝田站月平均 气温?年滑动平均曲线他气象站?可能是由于西安站城市范围的扩展?促使 其周围环境发生变化?形成的城市热岛效
7、应的结果假设西安周围的气象站没有受到城市热岛效应 的影响?西安站与周围站由于气温上升趋势的不同 所造成的气温差异?就反映了西安站的城市热岛效 应情况对图?进行仔细分析还可以看出? ? ) ? 年?西安站与蓝田站的气温距平均处于负距平区?但 西安站距平平均趋势线一直在蓝田站的下方?且滑 动平均的差值相对稳定? ? ) ?年两站距平差 逐步缩小到基本相同? ? ) ?年两站距平基本 维持相同的趋势? ? ) ?年?西安站与蓝田站 的气温距平均处于正距平区?但西安站距平平均趋 势线一直位于蓝田站的上方?两站距平差又逐步扩 大? ? ) ?年?两站气温距平差又基本维持相 同的趋势分析长安!临潼!泾阳?
8、站?均具有相同 的特征也就是说?在分析的资料中?西安站城市热 岛效应的发展有?个加强期? ?个稳定维持期在 对西安站周边环境变化的调查后发现?与第一个热 岛效应加强时段相对应?是城市范围逐步向观测站 扩展的时期?与第二个加强段相对应?城市范围包围 了观测站周边地区?且在观测站? ? ?范围内 建造了?座楼房?大量耕地变成了水泥地面? 西安市城市热岛效应模型为了避免订正热岛效应时出现偶然因素?采取?个气象站的平均气温?户县站与西安站升温幅度 较接近?通过调查发现?该观测站已经被城市建筑物 所包围?认为该站城市热岛效应亦比较明显?予以剔 除?变化趋势作为该区的气温变化趋势 使用同一气候区内的?个气
9、象站?长安!蓝田!泾阳和临潼?的资料?辅助建立西安站的城市热岛效 应模型?目的是既能避免某一气象站因仪器等问题 使订正结果出现系统性偏差?也能避免因所使用的 观测记录异常产生的偶然性误差?从而既保证了城 市热岛效应模型的稳定性?也保证了利用城市热岛 效应模型订正后的气候变化趋势的稳定性 从? ) ?年西安站与周围?站月平均气温距平滑动平均曲线?图略?可以看出?西安站月气 温距平前期?年以前?主要位于周围?站月距 平平均的下方?而后期?年以后?主要位于周围?站月距平平均的上方?期 田武文等?西安市气候变暖与城市热岛效应问题研究 从图?可以看出?在?年以前?西安站的滑动曲线稳定位于周围?站的滑动曲
10、线的下方?在? )?年之间?两条滑动曲线逐步靠拢?最终达到重 合?在? ) ?年之间?两条滑动曲线几乎完全重合?在? ) ?年之间?两条滑动曲线又逐步图? ? ) ?年西安站!周围?站平均月气温距平?年滑动平均曲线分开?这时西安站的曲线位于周围?站的曲线之上? ) ?年的区间内?两条滑动曲线之间的距离又 稳定维持上述分析中?两条滑动曲线重合或距离稳定维持阶段是热岛效应稳定维持的时期?两条滑动曲线的相对位置发生变化的阶段则是热岛效应加强的时期即自?年?月) ?年?月?西安站的城市热岛效应当有?个加强阶段? ?个稳定维持阶段这个结论是建立在假设只有西安站有城市热岛 效应?周围气象站没有城市热岛效应
11、的基础上得出的因此?周围?站气温的变化趋势?仅有气候趋势变化影响一个因素?而西安站的气温变化是由气候变化趋势和城市热岛效应的综合影响造成的利用图?气温距平滑动平均曲线?划分出西安站与周围?站气温距平变化的各阶段?分别计算出西安站与周围四站在各变化阶段的距平平均结果?见表? 表2 西安站!周围4站气温变化各阶段距平平均? ) ?年 第一维持段? ) ?年 第一加强段? ) ?年 第二维持段? ) ?年 第二加强段? ) ?年 第三维持段西安站? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?周围?站? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?由表?可知?西安站? ) ?年月平均气温
12、 距平均值比? ) ?年的均值上升了? ? ? ?而在同一时段?周围?站的均值仅上升了? ? ? ?可见在西安站气温的上升?热岛效应所占的比重远比气候变化大结合图?和表? ?并以? ) ?年西安站与周围?站气温距平相对稳定的时期为基准段?以第一维持时段与第二维持时段温度距平之差作为第一加强段西安站及周围?站各自的气温距平相对加强的幅度?以第二维持时段与第三维持时段温度距平之差值为各自第二加强段相对加强的幅度而在三个维持段?两条气温滑动距平曲线的相对距离基本稳定不变?可以认为?该时期内热岛效应的强度不随时间改变?这时?西安站和周围?站增温及热岛效应加强的数值均为? 两个加强时段气温距平相对变化?
13、加强?的幅度?即为因城市热岛效应的贡献使该阶段的平均气温的上升值?表? 表3 各阶段西安!周围4站气温变化及上升幅度第一维持段 ? ?月第一加强段 ? ?月第二维持段 ? ?月第二加强段 ? ?月第三维持段 ? ?月西安站增温加强? ? ? ? ?周围?站增温加强? ? ? ? ? ? ?热岛效应加强? ? ? ? ?假设在热岛效应增强期间?其增强过程随时间 的变化是线性的?就可以通过以上计算?构造出西安市热岛效应的分段函数模型?=? = ? , , ,?( ? ?) ( ?)/ ? = ? , , ,? ? ? = ? , , ,?( ? ?) + ( ? ?) ( ?)/ ? = ? ,
14、, ,?( ? ?) + ( ? ?) = ? , , ,?(?)式?中?代表城市热岛效应? ?为西安站第一维持段与第二维持段气温距平的上升值? ?为周?应 用 气 象 学 报 ?卷 围?站第一维持段与第二维持段气温距平的上升值 ?为西安站第二维持段与第三维持段气温距平的上升值? ?为周围?站第二维持段与第三维持段气温距平的上升值 为月气温距平的时间序列号?自?年?月) ?年?月?共有?个月式?中?月序号自? ?之间和月序号自? ?之间的的值随时间?月序号?发生变化?有斜率? ?其他?个阶段的值不随时间变化?热岛效应产生的增温为常数? 利用式?计算的 热岛效应数据模型见表? 表4 西安市城市热岛效应数据模
