不同下墊面對(duì)寧波市區(qū)夏季氣溫的影響

趙伍杰，丁燁毅，黃鶴樓，吳 敏

(1.浙江省寧波市氣象臺(tái)，浙江 寧波 315012;2.慈溪市氣象局，浙江 慈溪 315300)

現(xiàn)代城市氣候最顯著的特征之一就是熱島效應(yīng)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，其有日漸嚴(yán)重的趨勢(shì)［1］。城市下墊面性質(zhì)改變導(dǎo)致下墊面物理和生物學(xué)特性改變，對(duì)城市氣候有十分顯著的影響。一方面，城市建筑的特殊熱力性質(zhì)等原因造成城市熱島現(xiàn)象的出現(xiàn)［2］，另一方面，城市中相對(duì)集中的水體和綠地由于具有與城市建筑區(qū)完全不同的熱力特性，對(duì)城市氣候具有一定的調(diào)節(jié)作用，可在一定程度上緩解城市熱島效應(yīng)，改善城市生活環(huán)境［3-5］。國(guó)內(nèi)外學(xué)者做了大量關(guān)于熱島效應(yīng)及城市化對(duì)高溫的影響研究［6-9］，將重點(diǎn)主要放在城市化引起的下墊面變化的增溫作用，但下墊面類型復(fù)雜，具有極強(qiáng)的不均勻性，不同類型下墊面對(duì)氣溫有著不同的影響［10-12］，進(jìn)一步分析不同下墊面熱力性質(zhì)對(duì)氣溫的影響有利于更好地了解熱島效應(yīng)形成機(jī)制。

隨著大氣監(jiān)測(cè)自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，自動(dòng)氣象觀測(cè)站已成為目前氣象觀測(cè)的主要手段之一，大大提高了觀測(cè)的時(shí)空密度;自動(dòng)站所測(cè)數(shù)據(jù)誤差基本都在允許范圍之內(nèi)［13］，且在觀測(cè)時(shí)間上具有更好的統(tǒng)一性，使得在當(dāng)前氣象服務(wù)中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用［14-15］。作者利用寧波市不同城市下墊面上的自動(dòng)氣象觀測(cè)站提供的逐時(shí)氣溫資料，分析不同下墊面上的氣溫變化特征，了解不同類型下墊面上的氣溫變化對(duì)城市氣溫變化的影響程度，為合理改善人類的生活環(huán)境以及城市土地利用規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)。

1 資料與方法

利用寧波市自動(dòng)站觀測(cè)2010-2012年夏季6-9月的氣溫資料來(lái)研究不同下墊面上氣溫的變化特征及其對(duì)氣溫變化的影響。選取新河路、工程學(xué)院、信誼小學(xué)、兒童公園、姚江公園等5個(gè)具有不同下墊面特征的站點(diǎn)。根據(jù)站點(diǎn)周邊地理環(huán)境分析，新河路站可代表城市建筑特征，工程學(xué)院可代表建筑和綠地的綜合下墊面特征，信誼小學(xué)可代表城郊建筑特征，兒童公園站可代表城市綠地特征，姚江公園可代表綠地和水體綜合下墊面特征。采用對(duì)比分析方法，分析夏季城市不同下墊面上的氣溫日變化、小時(shí)變化速率及典型天氣下的變化特征，進(jìn)而探討城市不同下墊面對(duì)氣溫的影響。

2 結(jié)果與分析

2.1 氣溫變化特征

表1表明，夏季新河路的平均氣溫最高，白天平均氣溫高出其他站點(diǎn)0.5℃以上;各站夜間氣溫較接近，因此日較差的差異主要由白天氣溫決定，但日較差總體差異不大;除兒童公園外，其余各點(diǎn)極端最高氣溫均超過(guò)40℃，極端最高氣溫出現(xiàn)在新河路。

2.2 氣溫日變化

不同城市下墊面之間的氣溫日變化總體趨勢(shì)一致 (圖1)，最低氣溫和最高氣溫的出現(xiàn)時(shí)間分別為5:00和13:00。日落后至日出前的夜間各站氣溫基本一致，但白天新河路的高溫特點(diǎn)明顯，日最高氣溫高于其他站點(diǎn)0.7℃以上。新河路站白天氣溫較高，充分體現(xiàn)城市建筑對(duì)氣溫的增溫作用;城市綠地、水體等能有效降低城市氣溫，尤其是在白天，使氣溫變化得到有效抑制，因此夏季城市綠地、水體等對(duì)城市氣溫的調(diào)節(jié)作用不可忽視。

表1 寧波夏季各站氣溫基本變化特征 ℃

2.3 氣溫變化速率

以相鄰2 h(整點(diǎn)北京時(shí))的平均氣溫差表示氣溫變化速率，得到了各站氣溫變化速率夏季日變化特征 (圖1)。由圖1可知，各站逐時(shí)平均氣溫的變化速率日變化趨勢(shì)差異不大。各站均在6:00后開始升溫，新河路站升溫最快，其余各站升溫速率接近，8:00達(dá)到各自最大升溫速率，新河路升溫速率1.3℃·h-1;各站均在14:00起開始降溫，新河路降溫最快，18:00新河路、工程學(xué)院、兒童公園、姚江公園達(dá)到各自最大降溫速率，19:00信誼小學(xué)達(dá)到最大降溫速率，各站降溫速率均不高于0.9℃·h-1。

圖1 寧波夏季各站逐時(shí)平均氣溫 (左)及其變化速率 (右)

總體來(lái)說(shuō)，各站氣溫在日出后和日落前變化迅速。由圖1可知，日出后各站氣溫差異突然加大，這是由于日出后不同下墊面吸收能量的速率和比熱存在差異，致使升溫速率不同;日落前時(shí)段存在著與日出后時(shí)段相同的機(jī)制，所以，日出后、日落前的氣溫變化速率對(duì)各站氣溫的日變化特征有著決定性作用。各站氣溫變化速率的具體特征為:大部分時(shí)段新河路氣溫變化速率要比其余站點(diǎn)高;日出后新河路升溫最快，日落前新河路降溫最快，夜間各站降溫平穩(wěn)。

2.4 典型天氣下氣溫日變化及變化速率

選取晴天 (2012年7月25-31日)，陰天 (6月12日、6月15-16日，6月19-20日、6月28日、9月23日)，雨天 (8月7-8日、8月23-24日、9月13-15日)，分析各站在典型天氣下逐時(shí)平均氣溫變化及其變化速率。

由圖2可知，在晴天條件下，新河路白天氣溫較高，夜間氣溫較低，主要與地面長(zhǎng)波輻射有關(guān)，白天輻射升溫強(qiáng)，夜間輻射降溫強(qiáng)，其余各站變化趨勢(shì)接近;氣溫變化速率總體相似。

由圖3可知，在陰天條件下，新河路站氣溫明顯高于其他各站，其他各站氣溫差異不大，主要是由于城市建筑下墊面熱容量大，貯存熱量的能力強(qiáng);氣溫變化速率，新河路站也大于其余各站，且波動(dòng)較大，其余各站差異不明顯。

圖2 寧波夏季晴天各站逐時(shí)平均氣溫及其變化速率

圖3 寧波夏季陰天各站逐時(shí)平均氣溫及其變化速率

由圖4可知，在雨天條件下，各站氣溫和速率變化總體較一致，這主要和太陽(yáng)輻射、地面輻射比較弱有關(guān)，速率變化也較小。

綜上分析，逐時(shí)平均氣溫的變化速率僅與天氣類型相關(guān)，與下墊面類型關(guān)聯(lián)度不大。

3 小結(jié)與討論

用寧波市區(qū)不同城市下墊面上設(shè)立的自動(dòng)氣象觀測(cè)站3個(gè)夏季的逐時(shí)氣溫資料分析各種典型下墊面上的氣溫特點(diǎn)，結(jié)果表明不同下墊面條件對(duì)氣溫的日變化有重要影響。

夏季代表城市建筑特征的新河路平均氣溫最高，各站夜間氣溫較接近，日較差總體差異不大。不同城市下墊面之間的氣溫日變化總體趨勢(shì)一致，但白天新河路的高溫特點(diǎn)明顯，說(shuō)明城市建筑對(duì)氣溫的增溫較強(qiáng)，城市綠地、水體等能有效抑制城市氣溫的上升。各站逐時(shí)平均氣溫的變化速率變化趨勢(shì)差異不大，6:00開始升溫，8:00達(dá)到各自最大升溫速率，14:00開始降溫;大部分時(shí)段新河路氣溫變化速率要比其余站點(diǎn)高。晴天新河路白天氣溫較高，夜間氣溫較低;陰天新河路站氣溫明顯高于其他各站，雨天各站氣溫較一致;各種典型天氣條件下，不同下墊面氣溫變化速率總體相似。

綜上，綠地、水體對(duì)氣溫有較強(qiáng)調(diào)節(jié)作用，在城市規(guī)劃和建設(shè)中，提高綠地面積，適當(dāng)增加水體，無(wú)疑將對(duì)改善城市氣候狀況，緩解熱島效應(yīng)發(fā)揮積極的作用。

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