上海“城市热岛效应”变化趋势的研究

上海“城市热岛效应”变化趋势的研究上海市储能中学赵佳依摘要从多年的上海市、区县气象站哨观测资料分析来看，上海城市的热岛效应十分显著。

通过对比分析位于广场地区的原六十二中学近20年的气温数据和其他观察站近40年的观测资料，探讨了上海城市热岛效应强度在时间、空间上的变化趋势与特点，得到了绿化工程可以有效削弱城市热岛效应的增长势头，但其不可避免地包含着区域气温变化所带来的波动的结论，为上海生态城市建设提供了一定得参考价值。

关键词城市热岛效应气温绿地一、绪论城市热岛效应是英国化学家Lake Howard(1772～1864 年)通过对城市中心区和临近地区城镇气温的观测比较后于 1820年提出。

此后，已有数以千计的有关城市气候的论文发表。

近年来，城市市区－—城市郊区气温差异扩展的趋势已被证明，在少于一万人人口的小城镇中亦能在长时间温度记录中探测到城市热岛的存在。

学者Karl等对美国历史气候观察网的资料分析后认为，平均而言，城市化进程可以影响造成约 0.06 ℃（1901-1984 年）的城乡气温差异。

当然，这一个热岛效应结论仅仅是针对1901年到1984年这一段时间中的美国城市而提出的。

在我国，学者周淑贞、束炯、桑建国、李朝颐等，先后对城市热岛效应及形成机制进行了多方面的研究。

邓莲堂（2001）指出，城市绿化面积、城市规模的大小、建筑物密度、城市地表形态等（这些我们认为是城市化指标）是影响城市区域气候特征的最主要的内在因子。

与此同时，加速变化中的全球性气候大背景更是给城市区域气候的变化研究带来了复杂性。

城市热岛效应作为城市气候最显著的特点之一，它也在不断地变化之中。

所以，城市热岛效应既受到城市化进程的影响，也受到全球气候变化大背景的作用。

更多的学者倾向于前者即城市化进程对于城市热岛效应的作用更为强烈。

中国气象局北京城市气象研究所的郑祚芳、刘伟东等人2006年发表论文时提到，不断加速的城市化进程对城市气候有着深远的影响。

城市化过程带来的最显著变化是使城市下垫面状况发生改变 ,城市密集的人口分布和汽车保有量的不断增加 ,加剧了城市热量排放 ,导致城市热岛现象的出现 ,已经并将继续对城市气候产生影响。

上海是我国最大的工商业城市，其发展速度之快在我国首屈一指。

90 年代以来，随着上海城市建设的进一步发展、城市化进程的推进以及人口的迅速增长，再加上全球范围的气候变化，上海的城市热岛又有了新的变化。

上海的经济发展异常迅猛 ,全市GDP(国内生产总值 ) 的年均增长连续十多年超过 10 % ,城市建设也大幅发展。

与上海城市发展有密切联系的城市热岛效应的变化情况如何呢 ?未来一段时间又会呈现怎样的变化趋势呢？本文利用近二十年人民广场地区的气温资料、近三十年全市各个主要气象观察站的气温数据，进行年际的比较以及相互的对比，来比较真实地讨论上海城市热岛效应在时间、空间两方面的变化，并分析了绿化面积该因子对上海城市热岛效应的作用，试图为上海城市生态建设提出有意义的建议。

二、上海城市热岛效应的演变1、上海城市热岛效应的旧版图著名气象学家周淑贞教授是研究上海城市热岛效应的鼻祖，她在上世纪80年代研究认为，上海市城市下垫面热岛中心与城市人口分布和工厂分布相对应。

当时她根据卫星图象上分析得出上海地面温度有两个气温偏高区：一是位于市中心较大范围的高温区，另一是位于杨浦区沿江地区一个小的高温区。

同时，周淑贞教授还提出地表气温与水域分布、绿地面积密切相关。

图1是二十世纪80年代上海市域范围内地表年平均气温的分布差异。

图1.1978年上海地区年均气温分布数据来源：上海市气候公报，1978从图1可以看出，二十世纪80年代，随着从市区中心向郊区延伸，各个地区的年平均气温几乎呈现同心环下降的趋势，远郊崇明县的年均气温比市中心区低了1.6摄氏度。

翻阅近十年来上海市气候公报，我们不难发现近5年来上海市的极端高温天气数目越来越多，而且几乎都出现在市中心城区。

上海中心气象台工程师漆梁波撰文指出，由城区环境变化导致的热岛效应是城区气温逐年升高的主要原因 ,甚至可以说是唯一原因。

由此可见，城市热岛效应的存在与演变，对上海各种产业活动、经济行为甚至政府管理都产生了重大的影响。

2、上海城市热岛效应强度的时间演变关于热岛效应的强度计算目前尚无统一标准 ,以往的研究中 ,根据研究目的不同 ,表达热岛强度分别采用日平均最高气温、最高气温、最低气温或月平均气温、年平均气温等要素的城郊差值来描述[8]。

前人的工作还表明 ,季风气候区城市热岛强度以秋冬季最强 ,春夏季则较弱;而且同一季节 ,也以夜间的热岛强度为最大[9]。

但正如本文的引言中所提到的 ,夏季高温天气已经演变为上海地区的一种重要气象灾害 ,作为对气象灾害的关注 ,以下选择城区与郊区夏季平均最高气温的差值来表示热岛效应的强弱 ,来分析近几十年上海城市热岛效应的变化。

图2.1971年——2003年上海城区夏季气温高温天数的变化注：1）图中黑色粗线为滑动平均趋势线；2）把日最高气温大于35摄氏度的日子定义为高温日。

资料来源：漆梁波.近 10 年上海盛夏高温及热岛强度变化趋势.气象科技，2004，12：434统计表明 ,1971～2000 年中 ,城区夏季的平均高温日为 5～6 天 ,而从图2中可以发现 ,自 20 世纪 90 年代以来 ,高温天数明显增加 ,超过 10 天以上的年份也越来越多 ,2003 年更是达到 19 天 ,为 30 年之最。

图中粗黑色的滑动平均线也描述了这一变化特征。

90 年代以后 ,滑动平均的高温天数虽然有所波动 ,但始终在6 天以上 ,而且保持增长的趋势。

近 10 年 (1993～2002 年) 的滑动平均天数更是在 9 天以上 ,这说明对上海城区而言 ,近 10 年是 30 年中最热的夏季。

另一方面，上海市中心地区年平均气温的变化可以认为是热岛效应的缩影，因为城市中心气温的变化尤其是极端高温的变化是热岛效应的最主要地理产物之一。

我校（原六十二中学）位于人民广场西侧上海大剧院旁边，作为上海城市气象观察网络的重要节点，我校积累的20多年气象数据可以非常客观地反映广场地区年均气温地变化。

图3.1983－2006年人民广场地区年均气温的变化资料来源：储能中学（原六十二中学）自有数据在处理气温数据时，采取的算法如下：TY m=（TD1＋TD2＋TD3＋……TD n）/ n(1≤n≤365且n为整数，1983≤m≤2006且m为整数)TD n=（TH08＋TH14＋TH20＋TH02）/4（08，14，20，02为一天中的四个时刻，是我校气象记录中每天的四个时间节点）式中，TY m为m年中我校的实测年均气温，TD n为m年中的第n天的日均实测气温，TH为m年中第n天的四个时刻的实测气温。

分析图3可以发现：1）人民广场作为上海市的核心地区，其地表年均气温在过去20多年中，整体上呈现出明显的上升趋势。

在1983年的时候，该地区年均气温为16.85摄氏度，到了2006年，该地区年均气温上升至19.02摄氏度。

24年中地表气温的增加幅度为2.17摄氏度。

2）该条曲线有较大的波动。

仔细来看，该条曲线可以分为3段讨论。

从1983年1988年，年均气温增幅缓慢，几乎为零。

从1989年到1999年，年均气温总体上上升，但波动特别大。

从2000年到2006年，年均气温大幅上升，但2003年以后增幅有所减小。

这里想指出一点，城市气候作为地球天气系统的一部分，要想全完定量讨论其影响因子是比较困难的。

但是，在过去的20多年中，广场地区的工业企业大搬迁、人口密集度变化、附近绿化面积增减、全球气候大环境却无可争议地影响着该地区年均气温地变化发展，并且由于它们的多重作用，使得这种变化显得更为复杂。

3、上海城市热岛效应强度的空间演变气温要素在地理空间的大背景下，其地域差异性随时间的变化即为其空间演变。

我们可以比较直观地来对城区和郊区地代表气温进行比较，从而讨论其空间演变规律。

城区的观测值采用徐家汇气象站、原六十二中、继光中学等气象哨的观测资料 ,郊区的观测值采用上海10 个郊县气象局观测值的平均值来代表。

选择 10 个郊县的观测平均值来作郊区观测值的代表有两个原因: ①由于上海市三面环水 (东临大海 ,北接长江 ,南靠杭州湾) ,各郊县站由于所在地理位置的差异(靠近水面或不靠近水面) ,其观测值之间本身就有明显的差异 ,任一郊县站的观测值与城区观测值之间的差异都不能完全反映城区热岛效应的强弱 ,10 站的平均值就能很好地描述上海郊区的平均气温状况。

②10 个测站平均值的变化也能很好地代表上海地区的平均气候状况 ,这一气候状况基本上排除了城市发展对气温观测的影响 ,更多地反映区域气候本身的自然变化。

表1 上海城市热岛效应的地域扩散年份60－6465－6970－7475－7980－8485－8990－9495－9900－04奉贤站0.1 -0.1 0.1 0.2 0.3 0.4 0.2 0.2 0.4浦东川沙站-0.1 -0.2 -0.1 0.0 0.2 0.1 0.2南汇站-0.3 -0.2 -0.2 0.0 0.2 0.1 0.2 0.3 0.4 资料来源：部分数据由市气象局提供表1中数值为各气象站、气象哨与崇明气象站7、8两个月份的平均气温的5年平均值之差，计量单位是o C。

如果把其中大于等于0.5 o C 的数列用黑色边框圈划出来，不难发现从1980年起，夏季与崇明气温差值大于等于0.5摄氏度的区域数目在不断增加，面积在不断扩大。

从1960年到1979年中，市中心几个中学的气象哨缺乏观测数据，但是我们从黄浦公园站（1959——1978）近二十年全年平均气温和崇明的差值达到1.4o C这一状况推测认为，原六十二中学、卢湾中学、继光中学等所在的市中心区一直是上海城市热岛的热区。

20世纪的60——70年代，上海城市热岛效应仅仅是局限于离市中心7公里的城区内，而且在这20多年中几乎没有变化。

就其背后原因，当时市政建设几乎处于停滞状态。

到了80年代，与崇明气温差异大于等于0.5 o C的地域范围开始明显扩大。

西面和北面扩大到宝山、嘉定、青浦，从原先7公里的范围扩大至离市中心7～17公里之间的区域。

而且这些站点与崇明的气温差值也在增大。

当时市政经济建设快步发展，而市容环境和生态建设却严重滞后，这些都直接导致了城市热岛效应的加剧。

90年代，上海城市热岛效应范围继续扩大，涉及范围扩大到离市中心17～33公里的区域。

但是，值得注意的是，在这段时间中，市区热岛增温和崇明的差值有减小的趋势。

这说明上海市中心热岛的强度有所减弱。

从2000年开始，受极端历史性高温的影响，市区和崇明所测得的气温差值较大幅度增加。