深圳城市熱島效應(yīng)及其與香港對比分析

潘軍　黃嘉佑　楊潔

摘 要：作為改革開放的沿海城市，深圳更能較好地反映城市的熱島效應(yīng)，該文使用深圳、香港天文臺和香港海島站點的溫度資料，采用累積距平和線性趨勢傾向分析方法，以海島站為參照站，主要研究了深圳市熱島效應(yīng)的年際變化、季節(jié)變化和月際變化與，得出以下結(jié)論。發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)1987年后，深圳出現(xiàn)了明顯的熱島效應(yīng)。深圳站夏季的熱島強度最大，冬季為負值，主要原因是深圳在夏季空調(diào)的使用量增加以及海陸熱力性質(zhì)差異，另外在冬季深圳沒有燒煤取暖的問題。最后的通過深圳和香港的年平均溫度變化對比，發(fā)現(xiàn)近年來深圳溫度上升率遠大于香港，究其原因，深圳在改革開放后人口規(guī)模的迅速增長及人類活動的增加導(dǎo)致了明顯的熱島效應(yīng)。

關(guān)鍵詞：熱島效應(yīng) 深圳和香港 累積距 平和線性趨勢傾向分析方法 人口

中圖法分類號：P461+8 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-098X（2014）02（a）-0209-05

Abstract：Using the temperature data of Shenzhen，Hong Kong Observatory and island stations in Hong Kong region，interannual，seasonal and monthly changes of Shenzhens urban heat island effect are studied with cumulative anomalies and linear trends methods.The main conclusions are as follows：Firstly，Shenzhen heat island effect enlarged in 1987 obviously.Secondly，Shenzhens heat island intensity is largest in summer，while negative in winter，mainly due to augmentative use of air conditioners in summer and the differences of land-sea thermodynamic properties.in addition，in Shenzhen，there is no need to burn coal for heating in the winter.Also it is found that Shenzhens heat island intensity is much greater than that of Hong Kong in recent years，because of Shenzhens rapid population growth and increasing human activities after the reform and opening up.

Key words：heat island effect Shenzhen and Hong Kong cumulative anomalies and linear trends methods population

城市化（土地利用（建樓、修路等）和人為熱排放等）影響往往主要通過城市熱島效應(yīng)加強來實現(xiàn)。城市熱島是指通過人口稠密集聚地所釋放的熱量、地面蒸散特性的改變以及通過由于高樓建筑的阻截而對向外的長波輻射的改變，表現(xiàn)出使城市局地氣溫高于其周圍鄉(xiāng)村地區(qū)溫度的現(xiàn)象（IPCC，2001）。在影響程度上，研究者大多利用城—鄉(xiāng)臺站地面觀測氣溫時間序列趨勢或衛(wèi)星衍生資料[1-2]等的差異來表示，這也是當(dāng)今學(xué)術(shù)界用來評估城市化影響最常用的方法。近幾十年，鄧蓮堂[3]程錦霞[4] 陳長安[5]丁金才[6]張艷[7]劉學(xué)鋒[8]初子瑩[9]黃利萍[10]陸曉波[11]王翠花[12]董海鷹[13]陳沈斌[14]等專家們主要以統(tǒng)計、數(shù)值模擬和遙感技術(shù)為研究方法，從熱力、動力等方面對城市熱島效應(yīng)做定量分析。（補充參考文獻）

由于改革開放及經(jīng)濟特區(qū)的設(shè)立，深圳由一個邊陲魚村小鎮(zhèn)發(fā)展成為今天的現(xiàn)代化大城市，一個以外來人口居多的城市，其氣候變化很好的反映了人類活動所導(dǎo)致的熱島效應(yīng)。

關(guān)于深圳的熱島效應(yīng)，前人做過不少研究，鐘保[15]通過對深圳氣象站和周圍臺站1953年至1992年溫度資料的對比，來研究城市熱島效應(yīng)，計算出深圳年均熱島強度0.5～0.6 ℃。根據(jù)曾俠等[16]對珠江三角洲都市群城市熱島效應(yīng)初步的研究表明，珠江三角洲城市群年平均熱島強度由1983年的0.1 ℃上升到1993年的0.5 ℃，深圳的城市熱島效應(yīng)表現(xiàn)得最為突出，在1993年至2002年年平均熱島強度為0.67 ℃，居各城市之首，珠江三角洲城市群的城市熱島效應(yīng)分布格局和經(jīng)濟發(fā)展密切相關(guān)，珠江三角洲的邊緣地區(qū)由于經(jīng)濟發(fā)展相對落后，并且綠化較好，其熱島強度比中間地區(qū)弱很多。司鵬等[17]研究城市化對深圳氣溫變化的貢獻，采用深圳及其周圍臺站的地面溫度資料和NCEP再分析溫度數(shù)據(jù)，通過魯棒回歸對氣溫趨勢進行擬合，發(fā)現(xiàn)城市化對深圳年平均氣溫增暖的貢獻達到0.315 ℃/10a，大于分析觀測資料得到的結(jié)果，說明城市化的快速發(fā)展是導(dǎo)致深圳城市熱島效應(yīng)的重要因子之一。

前人通常選擇鄉(xiāng)村站或郊區(qū)站研究熱島效應(yīng)，也有學(xué)者選擇40cm的地溫資料[18]，或者用研究站點的溫度資料減去自然變化的氣候背景資料來研究熱島強度[19]，該文選擇受人類活動影響較少的海島站作為參照站，更能客觀地反映城市熱島效應(yīng)。

1 資料與方法

該文選取深圳氣象站氣溫資料（1954-2005），香港天文臺氣溫資料（1952-2005）以及橫瀾島和長洲站氣溫資料（1971-2005）；深圳人口資料（1979-2005）和香港人口資料（1971-2005）。（見表1）endprint

橫瀾島和長洲是分別位于香港東南和西南方向的海島，其觀測站本文稱之為海島站。深圳氣象觀測站是深圳國家基本氣象站，為避免因搬遷引起的資料差異，以更好的反映城市熱島效應(yīng)，本文所研究的氣溫資料均是舊站的資料，即位于深圳市羅湖區(qū)解放路廣場北街13號內(nèi)的觀測資料，這四個站點對于研究深圳市的熱島效應(yīng)有很好的參考意義。把橫瀾島和長洲兩個站點的溫度平均值定義為海島站的溫度，并且以此作為研究深圳熱島效應(yīng)的參照站。

熱島強度和貢獻率定義：本文熱島強度的定義為市區(qū)站溫度和郊區(qū)站或海島站溫度的差值，當(dāng)>0時，稱出現(xiàn)熱島效應(yīng)，為<0時，稱之為冷島。我們定義溫度曲線線性回歸方程的趨勢線斜率，為溫度變化速率即溫度上升率，單位℃/10a，表示每10a的溫度變化幅度。研究站點熱島強度變化曲線的趨勢線斜率，定義為熱島增溫率，或稱之為熱島強度變化率，單位℃/10a。累積的某個季節(jié)的熱島強度在總的累積熱島強度中的比值定義為該季節(jié)的熱島貢獻率。季節(jié)采用氣象季節(jié)定義，即1、2月和上年的12月為冬季，3、4、5月為春季，6、7、8月為夏季，9、10、11月為秋季。

分析方法：累積距平分析，線性趨勢傾向分析。

2 深圳城市熱島效應(yīng)特征

2.1 深圳年平均氣溫的突變年份

由深圳年平均氣溫求得累積距平曲線（圖1），顯示1986年是累積負距平的最大年份，結(jié)合圖2可以確定1987年確定為氣溫突變年份，后面我們將-2005前后不同時期重點研究1987年后深圳出現(xiàn)的熱島效應(yīng)特點。

2.2 深圳熱島效應(yīng)的年際變化特征

由圖2可見海島站1972-2005年期間年平均溫度呈震蕩走勢，深圳站年平均溫度從1987年開始有明顯的上升，而且從1987年開始，深圳站溫度高于海島站溫度。按照本文對熱島強度定義，深圳站從1987年開始具有明顯的熱島效應(yīng)，具體差值（熱島強度）見表2，熱島強度最大年份是1999年，熱島強度值為0.966 ℃，最小年份1988年，熱島強度值為0.124 ℃，1987年至2005年的年平均熱島強度值是0.64 ℃。

2.3 深圳熱島效應(yīng)的季節(jié)變化特征

通過對比深圳站和海島站（1987-2005）各季節(jié)的年平均溫度，求出兩者的差值即季節(jié)熱島強度，繪制季節(jié)熱島強度變化曲線圖3，從變化曲線上看，整體上夏季熱島強度最大，其次是春季、秋季，冬季最小。

由1987-2005年每年四個季節(jié)的熱島強度值得到各季節(jié)的平均熱島強度和累積熱島強度，見表3。從每個季節(jié)的貢獻率可以發(fā)現(xiàn)在過去19年中夏季的熱島貢獻率最大，為43.5%，其次是春季的36.3%和秋季的20.7%，冬季的貢獻率最小，為負值，這一特點和北方城市相反，通常北方城市的熱島效應(yīng)在冬季最大，很大原因是和北方冬季燒煤取暖導(dǎo)致熱島效應(yīng)更加突出有關(guān)，深圳則不存在這個問題。

通常北方城市的熱島效應(yīng)在冬季最大，很大原因是和冬季燒煤取暖有關(guān)，深圳則不存在這個問題。按照本文定義，熱島強度曲線的趨勢線斜率為熱島增溫率，可以反映未來季節(jié)熱島強度的變化趨勢。從圖3可以得出各個季節(jié)的熱島增溫率，夏季的0.594 ℃/10a為最大，冬季是0.37 ℃/10a，春季是0.334 ℃/10a，秋季是0.286 ℃/10a，說明夏季的熱島強度仍然在加強，其次是冬季，最弱的是秋季。結(jié)合表3各季節(jié)的貢獻率分析，可見冬季熱島效應(yīng)雖然目前所占的比例不高，但是從未來趨勢看，有不斷加強趨勢，高于春季和秋季的熱島趨勢。夏季熱島趨勢的加強可以解釋為由于人口的增加，夏季空調(diào)的使用量增加以及海陸熱力性質(zhì)的差異加劇了城市的熱島效應(yīng)。

2.4 深圳熱島效應(yīng)月份變化特征

統(tǒng)計深圳站和海島站1987年至2005年期間1～12月的月平均溫度差值（即熱島強度），得到表4，可以發(fā)現(xiàn)除了1月份和12月份，其余月份深圳站的月平均溫度均高于海島站的，兩者具體差值（熱島強度）最大的月份是8月份，為1.264 ℃，其次是7月份的1.128 ℃和4月份的1.05 ℃，1月份和12月份深圳站和海島站的溫度差值是-0.153 ℃和-0.075 ℃。這和表3分析的夏季貢獻最大，冬季為負值相吻合。

3 深圳和香港年平均溫度變化對比分析

圖4是香港（1952-2005）和深圳（1954-2005）年平均溫度變化曲線圖，從圖中可見在1987年之前，兩個站點的溫度基本呈平穩(wěn)震蕩走勢，1987年之后都有明顯的上升，但深圳的溫度上升要比香港的快。

從香港和深圳的溫度差值看，在1987年之前，香港的平均溫度比深圳要高0.5～1.2 ℃左右，出現(xiàn)了兩個峰值，即1969年的1.121 ℃和1977年的1.059 ℃。1999年深圳年平均溫度首次高于香港年平均溫度，差值為0.013 ℃，接下來幾年有擴大趨勢，到2004年深圳年平均溫度高于香港0.18 ℃。

為了更好的比較深圳和香港的年平均溫度變化，我們把1952年至2005年分兩個階段進行對比，即1952年至1986年以及1987年至2005年（見圖5）分別進行研究。

A 1952-1986年深圳和香港年平均溫度變化曲線

A 1952-1986 the average annual temperature curve of Shenzhen and Hong Kong

B 1987-2005年深圳和香港年平均溫度變化曲線

A 1952-1986 the average annual temperature curve of Shenzhen and Hong Kong

B 1987-2005 the average annual temperature curve of Shenzhen and Hong Kongendprint

從圖5A趨勢線斜率可以得到在1987年之前深圳和香港的年平均溫度溫度上升率，香港為0.051 ℃/10a，深圳為0.045 ℃/10a，基本相當(dāng)，說明兩者年平均溫度走勢比較平穩(wěn)，這是深圳屬于冷島時期的溫度變化表現(xiàn)情況。

圖5B反映的是1987年深圳開始呈現(xiàn)熱島效應(yīng)后兩個城市平均溫度變化情況，從趨勢線斜率可以看出，深圳的溫度上升率為0.497 ℃/10a，大于香港的0.343 ℃/10a，兩者相差0.154 ℃/10a，說明深圳的溫度上升較快，深圳具有明顯的熱島效應(yīng)。1999即和下面我們就來研究深圳在1987年前后常住人口數(shù)量的變化情況，并通過和香港常住人口數(shù)量對比分析，從而發(fā)現(xiàn)一些規(guī)律。

從圖6可以看出，香港人口在1971年到2005年期間基本呈現(xiàn)穩(wěn)定增長，由1971年的404.53萬人增加到2005年的693.6萬人，增加了71%，從香港人口的趨勢線來看，人口上升率是85.108萬人/10a。

深圳的人口增長可以分為兩個階段，從1979年到1986年，這段時期屬于穩(wěn)定增長期，人口由31.41萬人增加到93.56萬人，趨勢線人口上升率是99.552萬人/10a，比香港略微快點，由于深圳的人口基數(shù)小，這段時間沒出現(xiàn)熱島效應(yīng)。進入1987年以后，深圳市常住人口出現(xiàn)爆炸式的增長，這段時期的人口上升率為445.64萬人/10a，1987年的常住人口數(shù)量是105.44萬人，2005年增加到827.75萬人，增加了6.85倍。

因此由深圳和香港的人口增長趨勢可以看出，1987年后深圳出現(xiàn)的人口驟增，再加上人口基數(shù)已經(jīng)很大，導(dǎo)致了深圳1987年后溫度大幅度上升，具有明顯的熱島效應(yīng)。而香港的溫度由于人口穩(wěn)定增長，在1987年以后呈現(xiàn)平穩(wěn)小幅上升。

引起城市熱島效應(yīng)的一個根本因素是人類活動的增加，香港由于城市化進展比較早，由城市化導(dǎo)致的熱島效應(yīng)早已經(jīng)結(jié)束，而深圳在1987年后出現(xiàn)溫度上升率的突變應(yīng)該和深圳城市化人口劇增帶來的熱島效應(yīng)密切相關(guān)。

4 結(jié)語

綜合以上分析，我們可以得到以下結(jié)論：

（1）1987年至2005年深圳的年平均熱島強度是0.64 ℃。

（2）通常城市熱島效應(yīng)冬季最大，深圳站夏季的熱島強度最大，其次是春季和秋季，冬季為負值；夏季的熱島增溫率最高，其次是冬季、春季和秋季。主要原因是深圳在夏季空調(diào)的使用量增加以及海陸熱力性質(zhì)差異，另外在冬季深圳沒有冬季燒煤取暖的問題。

（3）8月份和7月份以及4月份是深圳熱島強度最大的月份，1月和12月為負值，這和相應(yīng)的季節(jié)特點夏季最大，冬季最小相吻合。

（4）1987年前后香港和深圳的溫度上升率都發(fā)生了較大變化，深圳的變化更加明顯。深圳具有明顯的熱島效應(yīng)效應(yīng)相比香港強度明顯高于香港，原因在于深圳在1987年后常住人口數(shù)量呈現(xiàn)爆發(fā)式的增長。

參考文獻

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[19] 黃嘉佑，劉小寧，李慶祥.中國南方沿海地區(qū)城市熱島效應(yīng)與人口的關(guān)系研究.熱帶氣象學(xué)報，2004，20（6）：713-722.endprint

從圖5A趨勢線斜率可以得到在1987年之前深圳和香港的年平均溫度溫度上升率，香港為0.051 ℃/10a，深圳為0.045 ℃/10a，基本相當(dāng)，說明兩者年平均溫度走勢比較平穩(wěn)，這是深圳屬于冷島時期的溫度變化表現(xiàn)情況。

圖5B反映的是1987年深圳開始呈現(xiàn)熱島效應(yīng)后兩個城市平均溫度變化情況，從趨勢線斜率可以看出，深圳的溫度上升率為0.497 ℃/10a，大于香港的0.343 ℃/10a，兩者相差0.154 ℃/10a，說明深圳的溫度上升較快，深圳具有明顯的熱島效應(yīng)。1999即和下面我們就來研究深圳在1987年前后常住人口數(shù)量的變化情況，并通過和香港常住人口數(shù)量對比分析，從而發(fā)現(xiàn)一些規(guī)律。

從圖6可以看出，香港人口在1971年到2005年期間基本呈現(xiàn)穩(wěn)定增長，由1971年的404.53萬人增加到2005年的693.6萬人，增加了71%，從香港人口的趨勢線來看，人口上升率是85.108萬人/10a。

深圳的人口增長可以分為兩個階段，從1979年到1986年，這段時期屬于穩(wěn)定增長期，人口由31.41萬人增加到93.56萬人，趨勢線人口上升率是99.552萬人/10a，比香港略微快點，由于深圳的人口基數(shù)小，這段時間沒出現(xiàn)熱島效應(yīng)。進入1987年以后，深圳市常住人口出現(xiàn)爆炸式的增長，這段時期的人口上升率為445.64萬人/10a，1987年的常住人口數(shù)量是105.44萬人，2005年增加到827.75萬人，增加了6.85倍。

因此由深圳和香港的人口增長趨勢可以看出，1987年后深圳出現(xiàn)的人口驟增，再加上人口基數(shù)已經(jīng)很大，導(dǎo)致了深圳1987年后溫度大幅度上升，具有明顯的熱島效應(yīng)。而香港的溫度由于人口穩(wěn)定增長，在1987年以后呈現(xiàn)平穩(wěn)小幅上升。

引起城市熱島效應(yīng)的一個根本因素是人類活動的增加，香港由于城市化進展比較早，由城市化導(dǎo)致的熱島效應(yīng)早已經(jīng)結(jié)束，而深圳在1987年后出現(xiàn)溫度上升率的突變應(yīng)該和深圳城市化人口劇增帶來的熱島效應(yīng)密切相關(guān)。

4 結(jié)語

綜合以上分析，我們可以得到以下結(jié)論：

（1）1987年至2005年深圳的年平均熱島強度是0.64 ℃。

（2）通常城市熱島效應(yīng)冬季最大，深圳站夏季的熱島強度最大，其次是春季和秋季，冬季為負值；夏季的熱島增溫率最高，其次是冬季、春季和秋季。主要原因是深圳在夏季空調(diào)的使用量增加以及海陸熱力性質(zhì)差異，另外在冬季深圳沒有冬季燒煤取暖的問題。

（3）8月份和7月份以及4月份是深圳熱島強度最大的月份，1月和12月為負值，這和相應(yīng)的季節(jié)特點夏季最大，冬季最小相吻合。

（4）1987年前后香港和深圳的溫度上升率都發(fā)生了較大變化，深圳的變化更加明顯。深圳具有明顯的熱島效應(yīng)效應(yīng)相比香港強度明顯高于香港，原因在于深圳在1987年后常住人口數(shù)量呈現(xiàn)爆發(fā)式的增長。

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從圖5A趨勢線斜率可以得到在1987年之前深圳和香港的年平均溫度溫度上升率，香港為0.051 ℃/10a，深圳為0.045 ℃/10a，基本相當(dāng)，說明兩者年平均溫度走勢比較平穩(wěn)，這是深圳屬于冷島時期的溫度變化表現(xiàn)情況。

圖5B反映的是1987年深圳開始呈現(xiàn)熱島效應(yīng)后兩個城市平均溫度變化情況，從趨勢線斜率可以看出，深圳的溫度上升率為0.497 ℃/10a，大于香港的0.343 ℃/10a，兩者相差0.154 ℃/10a，說明深圳的溫度上升較快，深圳具有明顯的熱島效應(yīng)。1999即和下面我們就來研究深圳在1987年前后常住人口數(shù)量的變化情況，并通過和香港常住人口數(shù)量對比分析，從而發(fā)現(xiàn)一些規(guī)律。

從圖6可以看出，香港人口在1971年到2005年期間基本呈現(xiàn)穩(wěn)定增長，由1971年的404.53萬人增加到2005年的693.6萬人，增加了71%，從香港人口的趨勢線來看，人口上升率是85.108萬人/10a。

深圳的人口增長可以分為兩個階段，從1979年到1986年，這段時期屬于穩(wěn)定增長期，人口由31.41萬人增加到93.56萬人，趨勢線人口上升率是99.552萬人/10a，比香港略微快點，由于深圳的人口基數(shù)小，這段時間沒出現(xiàn)熱島效應(yīng)。進入1987年以后，深圳市常住人口出現(xiàn)爆炸式的增長，這段時期的人口上升率為445.64萬人/10a，1987年的常住人口數(shù)量是105.44萬人，2005年增加到827.75萬人，增加了6.85倍。

因此由深圳和香港的人口增長趨勢可以看出，1987年后深圳出現(xiàn)的人口驟增，再加上人口基數(shù)已經(jīng)很大，導(dǎo)致了深圳1987年后溫度大幅度上升，具有明顯的熱島效應(yīng)。而香港的溫度由于人口穩(wěn)定增長，在1987年以后呈現(xiàn)平穩(wěn)小幅上升。

引起城市熱島效應(yīng)的一個根本因素是人類活動的增加，香港由于城市化進展比較早，由城市化導(dǎo)致的熱島效應(yīng)早已經(jīng)結(jié)束，而深圳在1987年后出現(xiàn)溫度上升率的突變應(yīng)該和深圳城市化人口劇增帶來的熱島效應(yīng)密切相關(guān)。

4 結(jié)語

綜合以上分析，我們可以得到以下結(jié)論：

（1）1987年至2005年深圳的年平均熱島強度是0.64 ℃。

（2）通常城市熱島效應(yīng)冬季最大，深圳站夏季的熱島強度最大，其次是春季和秋季，冬季為負值；夏季的熱島增溫率最高，其次是冬季、春季和秋季。主要原因是深圳在夏季空調(diào)的使用量增加以及海陸熱力性質(zhì)差異，另外在冬季深圳沒有冬季燒煤取暖的問題。

（3）8月份和7月份以及4月份是深圳熱島強度最大的月份，1月和12月為負值，這和相應(yīng)的季節(jié)特點夏季最大，冬季最小相吻合。

（4）1987年前后香港和深圳的溫度上升率都發(fā)生了較大變化，深圳的變化更加明顯。深圳具有明顯的熱島效應(yīng)效應(yīng)相比香港強度明顯高于香港，原因在于深圳在1987年后常住人口數(shù)量呈現(xiàn)爆發(fā)式的增長。

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