盤錦地區(qū)城市熱島效應(yīng)對降水的影響研究

袁潮 易希延 孫卓

摘 要 選取選取盤錦地區(qū)34個(gè)區(qū)域自動(dòng)氣象站 2010-2015 年逐日平均氣溫以及2010-2012年降水資料，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)對比分析方法，研究城市熱島效應(yīng)的季節(jié)差異及其對降水的影響。結(jié)果表明： （1）盤錦地區(qū)表現(xiàn)出一定程度的城市熱島效應(yīng)，但強(qiáng)度并不大。以夏季最為明顯，春季和冬季次之，秋季熱島效應(yīng)最弱。（2）城市熱島效應(yīng)對盤錦地區(qū)年總降水量分布的影響遠(yuǎn)不如大尺度天氣系統(tǒng)，但對弱降水的分布有一定影響， 最主要表現(xiàn)在夏季午后的局部熱對流。（3）在合適的環(huán)境條件下，城市熱島環(huán)流和海陸風(fēng)環(huán)流耦合，在城區(qū)附近形成邊界層輻合線，并加強(qiáng)邊界層內(nèi)中心城區(qū)風(fēng)場垂直切變，這種強(qiáng)迫有利于對流降水的加強(qiáng)和維持。

關(guān)鍵詞 城市熱島；季節(jié)；對流降水；海陸風(fēng)

1 引言

近些年來，我國的城市化進(jìn)程在飛速發(fā)展，同時(shí)人口迅速膨脹以及城市規(guī)模不斷擴(kuò)大造成城市下墊面的急劇變化。其導(dǎo)致的城市熱島效應(yīng)及其對區(qū)域氣候系統(tǒng)的影響，已經(jīng)受到氣象學(xué)者的廣泛關(guān)注。目前大多數(shù)科學(xué)工作者主要對于氣候變暖的趨勢及增溫幅度、城市熱島及氣候變暖原因等方面開展研究工作。

“熱島強(qiáng)度”定義為城市中心區(qū)的溫度最高值與郊區(qū)溫度的差值，用兩個(gè)代表性測點(diǎn)的氣溫差值（即熱島強(qiáng)度）表示。越來越多的氣象學(xué)者開始關(guān)注熱島效應(yīng)與城市及周邊地區(qū)大氣環(huán)境、天氣現(xiàn)象（降水）及天氣系統(tǒng)等存在相互作用。孫繼松等對北京城市熱島效應(yīng)的年際變化及其對降水的影響進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果顯示熱島效應(yīng)對降水量、降水日數(shù)的影響存在明顯的季節(jié)和地域特征。束炯等對發(fā)生于上海的一次特大暴雨研究表明： 海風(fēng)鋒和城市熱島的共同作用，可能是強(qiáng)降水的觸發(fā)機(jī)制。城市熱島效應(yīng)、海陸風(fēng)等局地小氣候與天氣尺度系統(tǒng)有著密切的聯(lián)系。本文對盤錦地區(qū)城市熱島效應(yīng)季節(jié)變化特征分析的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)研究熱島效應(yīng)對降水的影響，并嘗試給予簡要的原因分析與討論。

2 資料和方法

選取盤錦地區(qū)34個(gè)區(qū)域自動(dòng)氣象站2010-2015 年逐日平均氣溫以及2010-2012年降水資料。分季節(jié)研究盤錦地區(qū)城市熱島效應(yīng)，同時(shí)統(tǒng)計(jì)時(shí)段內(nèi)每個(gè)觀測站點(diǎn)的≤1mm（弱降水）作為一個(gè)弱降水日，研究熱島效應(yīng)對降水的影響。并運(yùn)用典型個(gè)例對城市熱島環(huán)流及海陸風(fēng)環(huán)流觸發(fā)局地對流天氣進(jìn)行診斷分析。

3 城市熱島年際變化特征

從盤錦地區(qū)2010-2015年四季平均氣溫統(tǒng)計(jì)情況來看（略）。以雙臺(tái)子及興隆臺(tái)代表城區(qū)，周邊地區(qū)代表郊區(qū)，總體上盤錦地區(qū)表現(xiàn)出了一定程度的城市熱島效應(yīng)，體現(xiàn)在城區(qū)平均氣溫較周圍郊區(qū)偏高，但以溫差來表示熱島效應(yīng)的強(qiáng)度，盤錦地區(qū)熱島效應(yīng)強(qiáng)度并不大，溫差大概在1℃左右。以夏季最為明顯，春季和冬季次之，秋季熱島效應(yīng)最弱。夏季盤錦地區(qū)平均氣溫整體上呈至東北部內(nèi)陸向西南沿海地區(qū)溫度遞減趨勢，但由圖1中可見明顯的出現(xiàn)以雙臺(tái)子及興隆臺(tái)為中心的溫度大值區(qū)。秋季一般受較強(qiáng)的變性高壓控制，各地氣溫較為均一，加之冷暖空氣活躍，而且熱島效應(yīng)只在無風(fēng)或弱風(fēng)的條件下存在，當(dāng)風(fēng)力增大時(shí)熱量會(huì)很快被帶走，對熱島效應(yīng)產(chǎn)生一定程度的破壞。

4 熱島效應(yīng)對降水的影響

4.1 弱降水日數(shù)對比分析

為了盡可能略去天氣尺度系統(tǒng)對降水造成的干擾，選取≤1毫米日數(shù)來代表弱天氣過程給盤錦地區(qū)帶來的降水，這種降水往往是發(fā)生在弱天氣尺度系統(tǒng)背景下，能最大程度體現(xiàn)局地性、小尺度系統(tǒng)對降水的影響。由圖1可以看出，≤1毫米降水日數(shù)大值區(qū)主要有兩個(gè)，一個(gè)位于西南沿海地區(qū)，一個(gè)位于雙臺(tái)子站。形成圖2兩個(gè)中心可能的解釋為：以雙臺(tái)子站為中心的降雨區(qū)主要由城市熱島效應(yīng)引起，城市熱島效應(yīng)使城區(qū)弱降雨增加，主要原因是城區(qū)溫度高，城市熱島效應(yīng)使城市上空層結(jié)不穩(wěn)定，容易形成對流云和對流性降水，形成一個(gè)氣流在城市上空上升，周圍地區(qū)下沉并向城區(qū)幅合的環(huán)流圈。加之城區(qū)上空有更多的凝結(jié)核，從云物理角度也更有利于降雨過程的云滴增長。統(tǒng)計(jì)還顯示，熱島效應(yīng)對降雨的影響最主要表現(xiàn)在夏季午后的局部熱對流。以西南沿海為中心的降雨區(qū)可能與海陸風(fēng)的影響有一定關(guān)系，有研究指出[6]，城市熱島與海風(fēng)鋒疊加而成的輻合線能激發(fā)局地不穩(wěn)定能量的釋放，從而產(chǎn)生局地強(qiáng)對流天氣。

4.2 典型個(gè)例

2013年9月2日08時(shí)一次由城市熱島效應(yīng)觸發(fā)的午后對流性降水過程，500hpa高空（圖略）我市處于東北冷渦底部，冷渦后部有橫槽引導(dǎo)冷空氣下滑，高空冷平流強(qiáng)迫配合地面為暖性弱高壓控制，同時(shí)天空狀況晴好，午后地面存在明顯的輻射增溫，高低層溫度差動(dòng)平流造成大氣層結(jié)不穩(wěn)定，為對流天氣的發(fā)生提供了環(huán)境背景。在城區(qū)附近由于熱島效應(yīng)形成中尺度輻合線（圖2a），觸發(fā)了雷暴在此地進(jìn)一步增強(qiáng)發(fā)展，此外，城市建筑物高低不一，粗糙的下墊面使降水雨系減慢，延長了降水時(shí)間。從雷達(dá)反射率因子回波（圖2b）可以看到，不斷有回波自西北向東南移動(dòng)，經(jīng)過我市上空在市區(qū)回波有所加強(qiáng)，并出現(xiàn)較長之間的停滯，強(qiáng)回波位于地面輻合線偏南一側(cè)，之后回波快速東南移，強(qiáng)度有所減弱。實(shí)況降水（圖略）也顯示出市區(qū)（興隆臺(tái)區(qū)）降水明顯大于周邊地區(qū)。

5 小結(jié)與討論

①盤錦地區(qū)表現(xiàn)出一定程度的城市熱島效應(yīng)，但強(qiáng)度并不大。以夏季最為明顯，春季和冬季次之，秋季熱島效應(yīng)最弱。②城市熱島效應(yīng)對年總降水量分布的影響遠(yuǎn)不如大尺度天氣系統(tǒng)，但對弱降水的分布有一定影響， 最主要表現(xiàn)在夏季午后的局部熱對流。③城市熱島環(huán)流和海陸風(fēng)環(huán)流耦合，在城區(qū)附近形成邊界層輻合線，并加強(qiáng)邊界層內(nèi)中心城區(qū)風(fēng)場垂直切變，這種強(qiáng)迫有利于對流降水的維持。

作者簡介：袁潮（1988.5-），男，漢族，遼寧盤錦人，本科，助理工程師，研究方向：氣象防災(zāi)減災(zāi)。