长江中上游城市气候分析.doc

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1、长江中上游城市气候分析 -以武汉市为例 史超，国土资源与旅游学院 摘 要：长江流域是我国人口、城市比较密集的地区，研究长江流域城市 气候的特征、问题，具有很现实的意义。近几十年来我国城市化进程的加快，人类活动对城市气候的影响成为了一个非常重要的研究课题，城市是人类活动与气候关系的实验室。我国许多大城市的气温增温趋势已经高于同时期全国气温增加的平均值。运用城郊对比法研究了近10年来武汉市的城市气候特征，对比武汉市区与郊区在气温、相对湿度、降水等方面的差异研究了武汉市的热岛效应、干岛效应的都有了很明显的特征并分析了这些效应形成的机制。城市气候的变化对区域气候的影响是比较大的。结合武汉市城市气候环境

2、的变化趋势，并提出了改善气候环境的一些建议。 关键词：武汉；城市气候；热岛；干岛；雾岛; 武汉 Urban climate analysis of upper and middle r1 引言 城市气候是在区域气候的背景上，经过城市化后，在人类活动和全球气候变化的共同作用下形成的一种特殊局地气候1。城市是人口集中，高大建筑物密集分布的特殊区域。我国许多大城市的气温增温趋势已经高于同时期全国气温增加的平均值。研究长江中上游城市气候特别是武汉市城市气候的变化有利于了解长江流域大城市城市气候的变化幅度，并有利于针对当前的问题提出一些针对性的措施。本文通过城郊对比法对武汉市及其郊区的气候资料进行分析，

3、进而分析长江中上游地区城市的城市气候。 2 武汉市城市热岛效应 武汉市（东经11341-11505，北纬2958-3122）地处亚热带湿润季风气候区，地处江汉平原处在长江和汉水的交叉处，为河谷地形。处在长江中游地区，为华中地区最大的城市，也是华中地区的区域核心城市。改革开放以来，特别是近些年来城市面积逐步增大，人口数量增长迅速，城市气候特征发生了明显的变化，城市气候效应非常显著。表现在气温升高、降水增多、风速减弱。 蔡甸气象站位于汉水与长江汇流的三角地带。地跨11413E， 3041E。北临汉水，东临长江，南抵东荆河。距离武汉市城区直线距离30km,由于地处郊区外受城市气候的影响较小，蔡甸气象

4、站与武汉均处在江汉平原的东部，海拔近似，故本文选取武汉市区和蔡甸气象站的1997-2006年的气象资料，进行气候对比分析，进而研究武汉市的城市气候的特征及其对生态环境的影响。本文以武汉市气象站气候资料为其城市气候研究资料。文中用城郊温差来表示热岛强度，温差越大热岛强度越强，反之则越弱2。本文通过城郊对比法莱研究城市气候特征，分析城市气候。 2222.1.1.1.1武汉市城市热岛强度的年际变化武汉市城市热岛强度的年际变化武汉市城市热岛强度的年际变化武汉市城市热岛强度的年际变化 通过对武汉市及其郊区蔡甸气象站在1997-2006年年平均气温差进行分析（图1）。武汉有悠久的历史，但在改革开放之前武汉

5、市城市发展缓慢，这也是全 图图图图1 1 1 1 武汉市武汉市武汉市武汉市1997199719971997-2006200620062006年热岛强度年际变化年热岛强度年际变化年热岛强度年际变化年热岛强度年际变化 国绝大多数城市的共同现状。改革开放前武汉市城区面积大约220km2,人口大约200万左右。1978年以来，由于国家政策的支持,武汉市城市发展迅速，城市面积和人口急速增长，到2006年，城区面积从1978年的220多万km2增长到684万km2，人口也从1978年的200万多人增至2006年的580万多人。2006年市区工业总产值比2000年增长了900亿元，年均增长13.2%。 随着

6、城市发展的加速，城市化规模扩大、人口和工厂数量的急剧增加，人类活动的频繁，对城市气候的影响在逐渐增加，是城市气候特征日益显著，1999年以前武汉城郊年平均气温差在1以下，城郊温差还不是很显著，到1999年以后武汉城郊年平均气温差增加到了1以上，甚至在2004年增加到1.6(图1)1984年武汉市开始发展东湖新技术开发区，即著名的“武汉光谷”，2000年后武汉的工业发展特别是光电产业的发展，以及武汉城市基础设施的发展及交通基础设施的发展如铁路京广铁路、武九铁路武麻铁路、沪汉蓉铁路、京港铁路的建设。随着城市化进程的发展及环境的改变，城市热岛效应更加显著，到2006年城郊平均温差达到了2以上，这表现

7、了城市气候增温趋势。 2.2 2.2 2.2 2.2 武汉市城市热岛强度武汉市城市热岛强度武汉市城市热岛强度武汉市城市热岛强度的月的月的月的月际际际际变化变化变化变化 通过选取1997-2006年武汉、蔡甸气象站的历史气候资料，并对其各月的气温数值进行平均计算，根据气温数值计算其城郊气温差，分析其热岛强度在各月份的变化，进而分析城市热岛强度的月变化（表1和图2）。 通过对比分析近10年来各个月平均气温的时间分布及温差资料的分析可得知，武汉市区与处于郊区的蔡甸的月平均气温差以夏季的7、8月份最大，与全国其他城市，的热岛强度的年变化3有点不一样，如北京市年平均气温差 图图图图2 2 2 2 武汉市

8、城市热岛强度月际变化武汉市城市热岛强度月际变化武汉市城市热岛强度月际变化武汉市城市热岛强度月际变化 以秋季10、11两个月最大，上海市9、10月份最大，而武汉是在夏季最强，这是什么原因造成了。这与武汉所处的区域和地形造成的，武汉地处长江流域，在6月份武汉进入了梅雨季节，且在10、11月份又受到了雨带南移的影响，使得气温整体比较均衡，温差较小，故热岛强度有所降低；而在7、8月份时长江中下游地区进入伏旱天气，为强大的副热带高气压带控制，而且控制的时间长达一个多月，副高控制期间，高空气流呈下降气流，地面呈辐散状。它所控制的区域炎热干旱，降水偏少，长江中游及下游地区也进入了一年中最热的时期，加上武汉的

9、河谷地形，不利于热量的散发。由于武汉城市的快速发展，城区面积的不断扩大，城市下垫面性质的改变，水泥质的下垫面吸热快且城市高大建筑物密集不利于热量的散发，城市人口的增长以及城市气温的增加等促使空调设备的使用等，都加剧了城市热量的盈余，从而导致了城区热量的失衡。而郊区由于植被覆盖好，气温相对城区要低得多，故武汉在7、8月份进入月平均气温差最大的时期，即热岛强度最大的时期2.3 2.3 2.3 2.3 武汉市武汉市武汉市武汉市热岛强度的日际变化热岛强度的日际变化热岛强度的日际变化热岛强度的日际变化 本文通过对武汉市和其郊区的蔡甸气象站的气候资料的1997-2006年1月和7月气温的日变化的数值进行分

10、析（图3），从图3可看出，冬季即1月份武汉市的热岛强度的日际变化幅度较大，而夏季即7月份的热岛强度的日际变化幅度较小，总之，武汉市的热岛强度的日变化的趋势是：夜间热岛强度最大，即夜间城郊温差最大，在这之后，温差逐渐减小，到下午14时 图图图图3 3 3 3 武汉市城市热岛强度的日际变化武汉市城市热岛强度的日际变化武汉市城市热岛强度的日际变化武汉市城市热岛强度的日际变化 城郊气温差降到最小，热岛强度降到了最弱，之后又逐渐增加。武汉市的热岛强度的日际变化比较符合国内大多数城市的热岛强度的日变化规律，但与呼和浩特的热岛强度的日变化有所不同，冬季呼市热岛强度最大值出现在08时，夏季出现在20时，最小值

11、出现在14时4，这与呼和浩特市所处的地形有关，内蒙古高原海拔高，大气逆辐射弱，保温效益较海拔低的地区差。 热岛强度的日变化的特点主要与城市与郊区的热量收支状况之间的不同有关。下雨天云层厚，增强大气逆辐射，也削弱了太阳的辐射，使城郊温差减小，也使得昼夜温差比晴天小。夏季由于降水比较多，城郊间的温度差较小，所以夏季的热岛强度较小，而冬季由于城市的下垫面及建筑物、人口的集聚分布，温度比郊区高，从而热岛强度较大。由于郊区的植被覆盖较广，所以郊区日落后热量散发的较快，而城市下垫面为不透水的水泥地等为主，且建筑物密集，所以日落后散热较慢，所以夜晚城市的热岛强度大。随着辐射冷却，城郊均失温，城郊温差就减小。

12、日出后随着太阳高度角的逐渐加大，郊区迅速升温，而城区在正午时分温度逐渐升高，城郊气温基本达到一致，有时城区温度还稍低与郊区。由于气温有一个延迟，所以最高气温往往出现在14时，这时城郊气温基本一致，城郊温差达到最低，热岛强度最弱。2.4 2.4 2.4 2.4 城市热岛的影响城市热岛的影响城市热岛的影响城市热岛的影响 城市热岛是一把双刃剑, 城市热岛效应的影响是双面的。在城市热岛效应的直接作用下, 城市霜冻日数会减少, 无霜冻日数增多, 从而有利于农作物的生长，对农业生产有益。同时在冬季, 城市热岛效应可以直接减少采暖燃料用量, 既节约能源, 又CO2等温室气体的排放，减少了污染。但是在夏季,

13、城市热岛效应使得城区比郊区更热, 加上城市“干岛”效应, 干热天气使人的舒适度降低。直接导致了空调等制冷设备的使用，使城市出现用电高峰，间接增加了能源的消耗，也导致了城市比郊区更热，形成了一个“恶性循环”。因此, 在城市建设和规划中要考虑: ( 1) 要保护并适当的增加城区的绿地和水体面积。因为城区的绿地、水体对气温的调节作用很强，对减弱夏季城市热岛强度有着不可忽视的作用。 ( 2) 城市热岛强度随着城市的发展而加强, 因此在控制城市发展的同时, 要控制城市人口密度、建筑物密度。因为人口高密度区也是建筑物高密度区和能量高消耗区, 常形成气温的高值区5。 3 武汉市城市干岛效应 城市化进程是伴随

14、着城区面积的扩大，判断城市化的要素包括多方面，城市下垫面的改变就是城市化进程中改变的一个方面。也是城市化的一个重要的方面。下垫面性质的改变对气候的影响是很显著的，城市的下垫面多为不透水的地面，这对城市气候的影响是不可逆的。武汉做为华中地区的特大城市，其城市下垫面对该城市的气候变化时非常显著的。使城区的降水大多数变为地表和地下径流，使城区虽然降水多，但城区的湿度却低于郊区的现象，即“干岛效应”6。本文中以城郊的相对湿度差表示城郊的干岛强度。 3.1 3.1 3.1 3.1 干岛强度的季节变化干岛强度的季节变化干岛强度的季节变化干岛强度的季节变化 从城郊季平均相对湿度分析中科看出：城市中心区全年各

15、个季节平均相对湿度均比郊区低，二者相对湿度差值在2%-5%,且武汉城市干岛强度的季节变化明显，秋季最强，夏季次之，冬春季节较弱（图4）。这种现象形成的原因主要是由于武汉冬春季节降水偏少，气候较干燥，城区、郊区地面干燥，可供蒸发的水分较少，因此，城、郊的相对湿度差较小，干岛强度较弱。夏季，长江中游普遍进入了梅雨季节，降水丰富，城区由于下垫面的性质，降水多变成径流，无法在地表蓄积，而郊区由于下垫面多为植被，容易在地表形成积水，且夏季蒸发旺盛，使得城区可供蒸发的水分少，湿度便低；反之， 郊区可供蒸发的水分较多，湿度稍高于城区。秋季降水相对于夏季要少， 但是秋季的郊区的其他降水形式较多，如露水及霜， 这些形式的降水 图图图图4 4 4 4 武汉市城郊季平均相对湿度武汉市城郊季平均相对湿度武汉市城郊季平均相对湿度武汉市城郊季平均相对湿度 使得城区的相对湿度要明显低于郊区。冬春季节，由于郊区的植物枯萎，蒸腾量小，而城区由于人为的水汽较多，市区内又由于一些景观水面及一些人工湖泊、河流的调节，使得城区的湿度相对于郊区稍低一些，但二者的差值相对于冬春季节要小一些。从而造成了武汉城、郊的相对湿度在夏秋季节强，冬春季节稍弱。3.3.3.3.2222干岛强度的日变化干岛强度的日变化干岛强度的日变化干岛强度的日变化 城郊相对