探究西安站城市熱島對(duì)溫度的作用
全球性的氣候變暖已經(jīng)引起了人們的重視，而且變暖的幅度之大是相當(dāng)驚人的，下面是小編搜集整理的一篇探究西安站城市熱島對(duì)溫度作用的論文范文，歡迎閱讀查看。
1引言
雖然氣候變化的觀測(cè)事實(shí)及其原因是一個(gè)非常復(fù)雜的問(wèn)題，但在計(jì)算氣溫升高的數(shù)值時(shí)，城市化對(duì)地面氣溫觀測(cè)記錄及其趨勢(shì)變化的影響應(yīng)給予足夠關(guān)注。也就是說(shuō)很多觀測(cè)場(chǎng)環(huán)境的變化對(duì)氣溫影響很大，即城市熱島。城市熱島反映的是一個(gè)溫差的概念，只要城市與郊區(qū)有明顯的溫差，就可以說(shuō)存在著城市熱島。因此，一年四季都可能出現(xiàn)城市熱島。我國(guó)的學(xué)者研究了城市熱島效應(yīng)，普遍認(rèn)為大城市的熱島效應(yīng)是明顯的。在過(guò)去的研究中對(duì)氣溫資料的處理上也想了很多辦法，但由于研究的面積大、氣象站點(diǎn)多，加之氣溫變化有氣候變暖和熱島等多因素影響。所以作了一些原則上的處理，沒(méi)有逐站分別仔細(xì)考慮。實(shí)際上，從我們的調(diào)查中得知，現(xiàn)在已有不少氣象觀測(cè)場(chǎng)或多或少的受到城市建設(shè)的影響，保護(hù)氣象站周圍的環(huán)境已迫在眉睫。本文用西安周圍關(guān)中平原的5個(gè)站1961-2005年45年歷年的年、各月平均氣溫以及近年各時(shí)次氣溫資料，研究在全球增暖的大背景下西安地區(qū)的氣溫變化及其熱島。隨著經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，城市化的發(fā)展很快，導(dǎo)致城市中的氣溫高于外圍郊區(qū)，城市地面散發(fā)的熱氣形成近地面暖氣團(tuán)，將城市煙塵罩在下面不能流通，加劇了大氣污染。所以分析西安市歷年的氣溫變化，可知城市熱島對(duì)溫度的影響，最大限度的避免和減少城市熱島帶來(lái)的負(fù)面影響。
2氣象站點(diǎn)的選取
過(guò)去有學(xué)者在處理城市對(duì)溫度的影響一般以城市人口的多少來(lái)衡量，這是一種較好的資料處理方法。
但實(shí)際上比這復(fù)雜的多。因?yàn)橛械挠^測(cè)站距城市很遠(yuǎn)，即使城市擴(kuò)建也對(duì)氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)影響較小。而有的觀測(cè)站距城市很近，城市擴(kuò)建就對(duì)氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)影響較大。有時(shí)建筑物的影響并不是全方位的，可能在某一個(gè)方向上。所以說(shuō)在條件許可時(shí)應(yīng)逐站查詢站址環(huán)境變化的檔案記錄或?qū)嵉乜疾�。根�?jù)地理?xiàng)l件，在西安周圍的關(guān)中平原初選定了西安、長(zhǎng)安、周至、戶縣、高陵、臨潼、興平、武功、涇陽(yáng)、咸陽(yáng)、富平、蒲城、渭南、大荔、華陰15個(gè)氣象站。這些站點(diǎn)的緯度和地形基本一致，海拔高度差較小，所以緯度和地形對(duì)氣溫的影響暫不考慮。那么主要側(cè)重考慮氣象站點(diǎn)的周圍環(huán)境、海拔高度、氣候變暖、城市熱島對(duì)氣溫的影響。其中西安氣象觀測(cè)站位于西安市北門外肖家村“郊外”，隨著城市的擴(kuò)大，觀測(cè)站現(xiàn)處在一環(huán)外二環(huán)內(nèi)。已不是建站時(shí)的“郊外”，而成為市區(qū)內(nèi)。這里將西安作為熱島明顯的城市代表站。
然后再對(duì)其余的站進(jìn)行仔細(xì)嚴(yán)格篩選，希望挑出沒(méi)有城市熱島影響的幾個(gè)代表站。這一步工作非常重要，如果不能嚴(yán)格區(qū)分氣象站是否受到城市建設(shè)或其他因素而影響到各站氣溫觀測(cè)，就很難與西安作對(duì)比，分析出城市熱島的影響。我們希望從實(shí)際的溫度變化資料中把城市熱島的影響從自然因素中分離出來(lái)。最近，陜西省氣象局專門組織相關(guān)工作人員對(duì)全省各氣象站環(huán)境進(jìn)行了逐站實(shí)地詳細(xì)考察紀(jì)錄。根據(jù)考察結(jié)果資料仔細(xì)分析，15個(gè)氣象站中長(zhǎng)安、周至、武功3個(gè)站由于城市建設(shè)，觀測(cè)場(chǎng)環(huán)境破壞嚴(yán)重。涇陽(yáng)1968年缺測(cè)。高陵1970年建站，資料序列較短。臨潼1973年曾遷過(guò)站，經(jīng)仔細(xì)分析系列資料，前后略有差異。蒲城、戶縣、華陰、富平4站由于城市建設(shè)，觀測(cè)場(chǎng)環(huán)境在某一個(gè)方向有破壞。其余的興平、咸陽(yáng)、渭南、大荔4個(gè)站的觀測(cè)場(chǎng)環(huán)境沒(méi)有任何破壞。同時(shí)4個(gè)站和西安一樣都在開(kāi)闊的關(guān)中平原上，海拔高度相近。4個(gè)站中咸陽(yáng)、渭南、大荔的觀測(cè)場(chǎng)都在鄉(xiāng)村，興平的觀測(cè)場(chǎng)在郊外。因此，最終選定了興平、咸陽(yáng)、渭南、大荔4個(gè)站作為沒(méi)有城市熱島影響的鄉(xiāng)村代表站。
3資料處理
3.1相關(guān)分析
本文擬通過(guò)相關(guān)分析，檢驗(yàn)西安、興平、咸陽(yáng)、渭南、大荔5個(gè)站是否屬于相同氣候類型。因?yàn)闅鉁厣卟粌H有城市熱島的影響，氣候變暖對(duì)氣溫的影響也很大。如果5個(gè)站屬于相同氣候類型，各站氣候變暖的趨勢(shì)和程度應(yīng)該是一致的。如果各站氣候變暖的趨勢(shì)和程度是一致的，那么在作城市與鄉(xiāng)村的溫差分析時(shí)就不必作氣候變暖趨勢(shì)的處理。
從表1的相關(guān)矩陣可以看出各站年平均氣溫相關(guān)很好，通過(guò)了信度α=0.001的顯著性檢驗(yàn)。說(shuō)明西安、興平、咸陽(yáng)、渭南、大荔5個(gè)站屬于相同氣候類型。
3.2氣溫高度訂正
氣溫對(duì)海拔高度的影響十分敏感，在同一地區(qū)、同一緯度，海拔高度不同，氣溫顯然不同。所以要將各站歷年各月的平均氣溫全部訂正為與西安氣象觀測(cè)場(chǎng)同高度上的氣溫。西安、興平、咸陽(yáng)、渭南、大荔5個(gè)站海拔高度分別為：397.5、410.9、472.8、349.2和351.4m。為此我們用干絕熱遞減率，即每上升100m氣溫下降0.6℃，把除西安外的其余4個(gè)站的氣溫都訂正到與西安相同海拔高度397.5m上。因此得到相同高度的5個(gè)站45年各月的平均氣溫。西安作為有熱島影響的城市代表站。另外4個(gè)站的平均氣溫再作4站平均，作為沒(méi)有熱島影響的代表站，本文稱作鄉(xiāng)村站。
4城市熱島效應(yīng)
4.1氣溫的年際變化
圖1是西安市年平均氣溫距平變化曲線。由圖可見(jiàn)西安市氣溫在1994年以前以負(fù)距平為主，自1994年以后基本都為正距平。從資料統(tǒng)計(jì)出西安市1961-2005年45年的平均氣溫為13.8℃。而1961-1993年33年的平均氣溫為13.4℃，1994-2005年12年的平均氣溫為14.8℃。后者比前者高出1.4℃。前后氣溫的差異，除了反映大尺度氣候變暖的增溫外，還包含了西安市的熱島效應(yīng)。圖2是鄉(xiāng)村站年平均氣溫距平變化曲線。由圖可見(jiàn)鄉(xiāng)村站氣溫在1961-1979年，氣溫距平正負(fù)交替，負(fù)多正少。在1980-1993年，氣溫基本為負(fù)距平。1994-2005年，基本都為正距平。從資料統(tǒng)計(jì)出鄉(xiāng)村站1961-2005年45年的年平均氣溫為13.3℃，比西安站低0.5℃。1961-1979年19年的年平均氣溫也為13.3℃，1980-1993年14年的年平均氣溫為13.0℃，即比前19年還低了0.3℃。1994-2005年的平均氣溫為13.8℃，比前期升高了0.8℃。我們認(rèn)為前后氣溫的差異，反映了大尺度氣候變暖的增溫，不包含熱島效應(yīng)。另外從圖1和圖2也可看出，在1994年前氣溫沒(méi)有連續(xù)明顯升高，在1994年開(kāi)始?xì)鉁孛黠@升高，這也說(shuō)明了氣候變暖是從1994年開(kāi)始的。圖3是西安站年平均氣溫(粗實(shí)線)和鄉(xiāng)村站年平均氣溫(細(xì)實(shí)線)歷年的變化。由圖3中可看出，無(wú)論是西安氣溫還是鄉(xiāng)村站氣溫從1961-2005年總趨勢(shì)是一直在上升。氣溫上升的各個(gè)階段還是有差別的。在1994年以前基本不變或緩緩上升，1994年后氣溫上升很快。更重要的一點(diǎn)是兩站上升的速度不同，即城市站上升塊，鄉(xiāng)村站上升慢。也正說(shuō)明了上升的數(shù)值鄉(xiāng)村站主要應(yīng)是全球氣候變暖的影響，而西安站主要應(yīng)由全球氣候變暖和城市熱島效應(yīng)的'影響兩部分疊加而成。
4.2城市發(fā)展對(duì)地面氣溫的影響
由于城市的發(fā)展，諸如城市人口、車輛、冬季采暖能耗等迅速增長(zhǎng)。對(duì)西安的熱島效應(yīng)與西安的人口、車輛、供熱能耗關(guān)系作相關(guān)分析。社會(huì)資料來(lái)自西安市歷年統(tǒng)計(jì)年鑒
4.2.1西安市區(qū)總?cè)丝谂c西安站城市熱島強(qiáng)度相關(guān)分析
收集到1961年到2006年西安市區(qū)總?cè)丝?不包括所屬縣)與其對(duì)應(yīng)的西安站城市熱島強(qiáng)度相關(guān)分析(圖5)。人口從1961年的130多萬(wàn)，而后逐年增長(zhǎng)，到2006年已達(dá)到400多萬(wàn)，增長(zhǎng)兩倍，還沒(méi)包括流動(dòng)人口的增加。隨著人口的增加，熱島強(qiáng)度不斷增大，從1961年的0℃增加到2006年的1.2℃。
4.2.2西安市城市公共交通運(yùn)營(yíng)車輛與西安站城市熱島強(qiáng)度相關(guān)分析
收集到1981年到2006年西安市區(qū)城市公共交通運(yùn)營(yíng)車輛(輛)(包括汽車、電車)與其對(duì)應(yīng)的西安站城市熱島強(qiáng)度相關(guān)分析(圖6)。西安市區(qū)城市公共交通運(yùn)營(yíng)車輛從1981年的498輛，而后逐年增長(zhǎng)，到2006年已達(dá)到5489輛，增長(zhǎng)11倍，還沒(méi)包括出租車輛的增加。隨著車輛的增加，熱島強(qiáng)度不斷增大，從1961年的0℃增加到2006年的1.2℃。
y=0.4206ln(x)-2.2867式中y為城市熱島強(qiáng)度，x為城市公共交通運(yùn)營(yíng)車輛。相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.9059。相關(guān)顯著。
4.2.3西安市區(qū)集中供熱面積與西安站城市熱島強(qiáng)度相關(guān)分析
收集到1961年到2006年西安市集中供熱面積與其對(duì)應(yīng)的西安站城市熱島強(qiáng)度相關(guān)分析(圖7)。人口從1961年的168萬(wàn)m2，而后逐年增長(zhǎng)，到2006年已達(dá)到2113萬(wàn)m2，增長(zhǎng)12倍，還沒(méi)包括自供熱面積的增加。隨著供熱面積的增加，熱島強(qiáng)度不斷增大，從1961年的0℃增加到2006年的1.2℃。
Y=0.2973ln(x)-1.136式中y為城市熱島強(qiáng)度，x為城市集中供熱面積。相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.8327。相關(guān)顯著。
4.3城市熱島的量度
西安氣溫與鄉(xiāng)村站氣溫的差值，稱作西安的局地氣溫，它反映了西安站氣溫濾去了大尺度氣候背景變化后的小尺度城鄉(xiāng)差異。局地氣溫可以作為西安城市熱島的量度，這里稱作熱島強(qiáng)度。
圖3、圖4給出西安的熱島強(qiáng)度隨時(shí)間的年際變化，它是用了45年的資料所得的結(jié)果。我們用西安氣溫代表城市局地氣溫;用4站氣溫的平均代表鄉(xiāng)村氣溫，即大氣候氣溫。用它們之間的氣溫差來(lái)定義西安城市熱島強(qiáng)度。由圖3可見(jiàn)，兩條變化曲線間的距離越來(lái)越大，即西安增溫的速度比鄉(xiāng)村站明顯加快。用兩條變化曲線間的距離作出圖4。由圖4可以看出，隨著時(shí)間的推移，西安城市熱島強(qiáng)度越來(lái)越強(qiáng)，尤其自2002年以來(lái)更為明顯。西安城市熱島強(qiáng)度平均為0.5℃。變化基本可以分為4個(gè)階段，1961-1976年兩站的氣溫基本相同，1977-1992年熱島強(qiáng)度都小于等于0.5℃，1993-2001年熱島強(qiáng)度基本在0.5~1.0℃之間，2002-2005年熱島強(qiáng)度在1.0~1.2℃之間。從各月熱島強(qiáng)度的年際變化趨勢(shì)看，與年熱島強(qiáng)度的年際變化趨勢(shì)相同。
從各月的分布(表2)來(lái)看，11月、12月、2月熱島強(qiáng)度較強(qiáng)，在0.6~0.8℃之間，其它各月在0.5℃以下。從表1中看出：城市熱島對(duì)溫度的影響冬季最大，夏季最小，春秋介于冬夏之間。另外，根據(jù)多年各月溫差分布，最小的7月和最大的12月。抽樣選取最近的2005年7月和12月5站的逐日平均氣溫分別代表夏季和冬季。按上述方法算出西安兩個(gè)月逐日的熱島強(qiáng)度，最大的達(dá)到3.1℃。
這是在西安的一環(huán)外二環(huán)內(nèi)的原觀測(cè)場(chǎng)的結(jié)果。如果在市中心熱島強(qiáng)度會(huì)更強(qiáng)。
最后抽樣選取最近的2005年7月和12月城市站和鄉(xiāng)村站的逐日02、08、14、20時(shí)4個(gè)時(shí)次的氣溫。
按上述方法算出西安兩個(gè)月逐日02、08、14、20時(shí)4個(gè)時(shí)次的的熱島強(qiáng)度(表3)，最大的達(dá)到4.5℃。從4個(gè)觀測(cè)時(shí)次的平均情況來(lái)看，7月份：02、20時(shí)兩個(gè)時(shí)次的的熱島強(qiáng)度較強(qiáng)，可達(dá)到1.8和1.5℃。08時(shí)次之，14時(shí)不明顯。這可能說(shuō)明了西安夏季晴天的夜間上空常有逆溫層存在，并不容易散熱，一直到早晨熱量才可散去。而鄉(xiāng)村由于通風(fēng)條件好，所以散熱快。12月：02、08、20時(shí)三個(gè)時(shí)次的的熱島強(qiáng)度較強(qiáng)，可達(dá)到2.5、2.4和1.7℃。14時(shí)不明顯。這是否說(shuō)明了西安冬季采暖的能耗大，從夜間到早晨保持著一定的熱量。
4.4城市熱島的等級(jí)劃分
為了使用方便，將城市熱島強(qiáng)度的氣溫度數(shù)分類劃分成不同的級(jí)別。根據(jù)國(guó)內(nèi)外熱島研究成果[6]，通過(guò)上述年、月、日、四個(gè)時(shí)次西安的熱島強(qiáng)度的分析計(jì)算，并結(jié)合西安和本省實(shí)際制定下列等級(jí)(表4)注：表中圓括號(hào)表示不包括界限值，方圓括號(hào)表示包括界限值。
根據(jù)城市熱島強(qiáng)度等級(jí)劃分，我們可以看出：西安一環(huán)外二環(huán)內(nèi)(現(xiàn)在氣象觀測(cè)場(chǎng)作代表)年熱島強(qiáng)度等級(jí)自2002年以來(lái)為3級(jí)，屬于中等強(qiáng)度。而如果按各時(shí)次統(tǒng)計(jì)，少部分時(shí)間可達(dá)到5級(jí)，熱島強(qiáng)度很強(qiáng)。如12月(可代表冬季)的02時(shí)和08時(shí)(可代表夜間和清晨)達(dá)到4級(jí)或5級(jí)強(qiáng)度的時(shí)間分別占到近三分之一。西安站從2005年由原來(lái)的一級(jí)站(基準(zhǔn)站)改為三級(jí)站(一般站)。
5結(jié)論與討論
(1)目前城市發(fā)展很快，由于城市的擴(kuò)大，許多原來(lái)建在郊外的氣象觀測(cè)站，現(xiàn)在已包在城市中。
盡管氣象觀測(cè)站周圍禁止高大建筑物的建造，但附近一些低層建筑累見(jiàn)不鮮。這對(duì)周圍下墊面的受熱狀況影響很大。所以在做大范圍氣象要素分析時(shí)，應(yīng)將各種站點(diǎn)分類，區(qū)別對(duì)待。
(2)熱島效應(yīng)與西安的人口、車輛、冬季采暖面積關(guān)系密切。
(3)西安氣候變暖從1994年開(kāi)始。
(4)西安市在二環(huán)內(nèi)熱島效應(yīng)已非常明顯，1993-2001年熱島強(qiáng)度基本在0.5~1.0℃之間，2002-2005年熱島強(qiáng)度在1.0~1.2℃之間。
(5)城市熱島對(duì)溫度的影響冬季最大，夏季最小，春秋介于冬夏之間。
(6)從4個(gè)觀測(cè)時(shí)次的平均情況來(lái)看，夏季02、20時(shí)兩個(gè)時(shí)次的的熱島強(qiáng)度相對(duì)較強(qiáng)，可達(dá)到1.8和1.5℃。08時(shí)次之，14時(shí)不明顯。冬季02、08、20時(shí)三個(gè)時(shí)次的的熱島強(qiáng)度強(qiáng)，可達(dá)到2.5、2.4和1.7℃。14時(shí)不明顯。
(7)西安年熱島強(qiáng)度等級(jí)自2002年以來(lái)為3級(jí)，屬于中等強(qiáng)度。而如果按各時(shí)次統(tǒng)計(jì)，少部分時(shí)間可達(dá)到5級(jí)，熱島強(qiáng)度很強(qiáng)。如12月(可代表冬季)的02時(shí)和08時(shí)(可代表夜間和清晨)達(dá)到4級(jí)或5級(jí)強(qiáng)度的時(shí)間分別占到近三分之一。
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