城市气候效应研究进展

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的人 口密度更大 、绿化更少 ,因而 中国的城市 热岛尤为 显著 。通过研究 长江流域 和华 南地 区的增温 ,发现城市
2 城 市热 岛效 应
近 年来 ,在全球气 候变 暖和高速城 市化进程 的背景 下 ,城 市热环境 被认为 是整个城 市环境 的主导要 素之一
[2 3 3 3 ]

人 口比重与气温 的 日较差之 间表现 出显 著 的负相关 性 ,
增长 、输送 、扩散及 沉降 以及 人体健 康 、能源 耗散等 产
生 深远 的影 响【 1 因此 城市气 候效 应受到 广泛 关注 。 I ,


城市气 候既受所 属 区域 大气候 背景的影 响 ,又反 映
了城市化后 人类活 动所产生 的作用 [ 2 城 市的生产 活 - 。 动 和特殊 下垫面结 构使大气边 界层 的特性发生 变化 ,从
风速是影 响城市热 岛的主要 因素『 6 。城市 风速小 ,大气
层 结 稳 定 ,不 利 于 热 量 的 散 发 ,有 利 于 热 岛 效 应 的 形 成
[7 8 6 -6 1

当表 面 大 气 风 速 较 小 或 静 风 时 ,热 岛 效 应 明 显 且
天气状 况等有 密切关 系[ 卜 , 且伴 随着城市 化进程 的 并 继续 ,城 市热 岛强 度及 其 规模 会 日益 加 剧 。研 究 表 明 1 5 — 1 8 年 的3 年里 中国城 市 热 岛强度 普 遍增 加 01 94 9 3 0 .
文 献标 识 码 :A Do: 1.9 9 .s. 0 —9 5 0 1 60 9 i 03 6  ̄i n1 44 6 . 1 . .1 s 0 2 0 中 图 分 类 号 :P 6 . 4 33
Ok[ ] L n seg 等 先 后 对 不 同 阶 段 世 界 城 市 气 e 一  ̄ a db rE
文章 编 号 :1 0 —9 52 1)60 4 —0 0 44 6 (0 0 .9 2 1 1
城 市气 候效 应研究进展
史军 ,梁 萍 ,万齐林 2 ,何 金海 ,周伟东 ,崔林 丽 4
( 上 海市 气候 中心 , 海 20 3 ; 2 1 上 00 0 .中国气 象局 广州 热 带海 洋气 象研 究 所,广东 广 州 50 8 10 0
论述 。本文 基于 国内外 已有 的研究成 果 ,尤其 是近年来 的研 究成果 ,对城 市气候效应 ,包括 城市热 岛效 应 、雨
岛效应 、 混浊 岛效应 、 干岛效应和 雷暴 岛效 应开展综 述 ,
并 对 未来 城 市 气候 效 应 的研 究方 向及技 术 方 法进 行展

℃。 h u等 lJ 为 比起许 多 国家 和地 区,由于中国城市 Zo 6认 o
区及 周 边 乡村 L 3 ( b nh a il defc 。 市 热 岛 效 应 是 在 城 市 化 的 人 Ura ets n f t 城 a e)
为 因素和局 地天气气 候条件 的共 同作 用下形成 的_ 。人 4 … 为 因素 以下 垫面性 质的改变 、人为热 和过量温 室气体排 放 以及 大气 污染等 为最重要 ;局地天 气气候条 件则 以天 气形势 、风 、云量等关 系最 大。许多学 者对城 市热岛效 应 的特 征作 了大量研究 ,得 出了城市热 岛效应 与城市人
国冬 季 旧金 山 的 人 为 热 最 高 达 到 7 / 【 。城 市 大 量 5W m 6
成 为当前城 市气候 、 环境 研究 的热 点问题 [ 剞。大
] 这 一 现 象 被 称 为 城 市 热 岛 效 应 ,
量 研究 发现 ,城 市 中心地 区近地 面温度一 般明显高 于郊
大量 能源使 大气增加 了数量 可观的人 为热和污 染物 ,改
变 了近地层 大气 结构 l,形 成 了以城 市效 应为 主的局地 4 ] 气候 l 。随着城 市的快速 扩展 和城市人 E的 目益增 多 , 5 ] l 城 区及其 周边 地 区的天气 和气 候条 件发 生 了显著改 变【
年来 的增 幅为04 C_ 。 . o 4 城 市的规模 及其 扩展与城 市热 岛效应 有密切关 系_ 4

常显著 , 当风速高于 4m/,粗糙度 起主要作 用 ,温差 而 s
不 很 明显 。因此严格 地说 ,城 市热 岛只能发生在 弱风的 条件 下 。其 它研究也认 为 ,在天气 晴朗 、无 风或微 。 风 的情况 下 ,城市热 岛的形成 、发展及 空间分布 主要 取 决 于下垫 面介 质和城市 格局变化 ,城市人 口和城市热 岛
1 引

候 研 究 工 作 所 取 得 的成 果 进 行 了 总 结 和评 述 , n ed Arf l i 于2 0年进 一步对 2世纪最后 2年 的城市气候 研究进行 03 O 0
城 市 是 人 类 居 住 最 密 集 的 地 方 和 人 类 活 动 的 集 中 表
了总结 ,重点 回顾 了湍流 、能量交换 和水分 交换 以及城
雨岛效应 、混浊 岛效应 、干岛效应和雷暴 岛效应 的研究历史 、 现状及 其与城市化 、天气气候 变化 的相 互关 系 ,
并 对 未 来 城 市 气 候 效 应 的研 究 方 向 及技 术 方 法 进 行 了 展 望 。 关 键 词 : 城 市 气 候 :热 岛 效 应 ;雨 岛效 应 ;混 浊 岛效 应 ;于 岛 效应 ;雷 暴 岛 效 应 ;研 究 进 展
(9 R128 0;国家 “ 0Z 4 80 ) 十一五 ” 技 支撑计 划 重 点项 目(07 A 2 B 5共 同资 助 科 20 B C 9 0 ) 通讯 作者 史军 , ,山西 省人 ,博 士,高级 工程 师 , 要从 事气 候 监测 评估 及 气候 变 化研 究 。Ema :h @ci ts -n 男 主 - i si l e h c l j ma


研究 以及热 岛 的变 化机制研 究三个方 面『 ,对其它城 市 3 ”
气候 效应也 有一些 研究结果 。近年来 ,国内外陆续开 展
了很 多 城 市 气 候 效 应 研 究 ,包 括 对 城 市 雷 暴 岛 效 应 的 研 究 。 因 此 ,有 必 要 对 这 些 最 新 工 作 开 展 系 统 性 的 总 结 和
即使 是 10 0人 的小城镇也 能在长 时间温度记 录 0
中观 测到热 岛效应 的存 在 。C u g等 利用韩 国 1 hn 4
个城 乡气象站 的数据及其 周边 的人 口资料建立 了人 口密 度和气 温的半对 数方程 ,发现人 口增 长是造成 韩 国 些 城市最低 气温上 升的最主要 因素 ,人 口增长最快 的汉城 是韩 国热岛效应 最强 的城 市 ,0 3 年间城市 增温速率达 1 . 2
第 2卷 第 6 7 期 21年 1 01 2月
J 0URN AL 热TR0PI OF 带 气 象 M 学 报 CAL ETEOR0L0GY
、 l 7 NO ,- . . 02 6
D e . 201 c. 1
史 军 ,梁 萍 ,万 齐林 ,等 . 市 气候 效应 研 究进 展 [ _ 带气 象学 报 ,2 1 ,2()9 29 1 城 J 热 ] 0 1 76:4 .5
3 .南京信息工程大学, 江苏 南京 2 04 ;4 10 4 .上海市卫星遥感与测量应用 中心,上海 2 19) 0 19

要: 城市是人类社会发展的必然产物。随着城市的快速发展,城市气候效应凸显,并对社会经济可
持续发展和人体健康等造成影 响。基于国内外已有的研究成果 ,综述 了城市气候效应 ,包括城市热 岛效应 、
市 热 岛研 究 工 作 。
现 [。2 0年 ,全 世界约4 %的人 口居 住在城市 地 区【' ” 00 5 2 J
预计 到2 2 年 ,这个 比例将 达 到6 % 。城市 化进 程不 05 0 J 仅改变 了城市 原有 的下 垫面特征 ,而且 由于城 市消耗 的
我 国城市气 候研究起 步较 晚。改革开放 以来 ,城市 化 引起 的气候 变化 日益受到关 注 ,我 国城市气候 研究工 作也 开始蓬勃 开展 。上海 [] 2 、北京 [ 广 州 、兰州 o ”、


等大 城市先后 开展 了城市气候 环境观测 研究 。1 8 年周 95
淑贞 等编写 的 《 城市气 候学导论 》正式 出版 ,这 是我 国
第一 部城市气 候专著 【 。此后 ,全 国各地 ,包 括一些 中 ]
小 型城市 ,也 相继开展 了城市 气候 的研 究工作 【 2 - 。
并对 全球气 候变化 与大气环 流 、区域大气 污染物 的
开展 城市气候 效应研 究 ,不仅 对城市规 划布局 、
城市 人居环 境 、能 源利用 和居 民保健 等具有 实际应用 价 值 ,而且对 大范 围的气候变 化和气候 调节也具 有重要 意
义。
而对降水 、气温 、辐射等气候 要素பைடு நூலகம்产生影 响 ,形成一 些
城 市共有 的 、并相对 于郊县 独有 的城 市气候效 应 ,包 括
即城市化 使得城市气 温的 日变 化幅度减 小 。城市人 为热 也 就是人类 活动产生 的废热 ,主要来 自机动车辆 、工厂 车间 、 空调运转 、 民烹饪及 建筑物 向外散发 的热量等 , 居
对 城 市 热 岛 的 形 成 起 十 分 重 要 的作 用 【 。据 测 定 ,城 市 6 ” 冬 季 人 为 热 释 放 量 很 大 ,甚 至 比 太 阳净 辐 射 还 大 , 如美
版 的 《 敦气候 》一书 ,是世界 上公认 的第一部关 于城 伦
市 气候 的著作 【 】 。当今对 城市气 候这一领 域的探 索研究 已取得很 大的进展 。 国外学者 , ̄ azr ]C ade[】 )I te[ 、 h n lr 、 Kr ¨ H
收稿 日期 2 1 -2 2 ; 订 日期 :2 1 - 42 0 0 . 0 修 1 0 0 — 8 1 资助 项 目 国家 自然 科 学基 金(OO O l 10 23 ;中国科 学 院战 略 性先 导科 技 专项 子课 题( A 5 92 4;上 海 市 自然科 学基 金 4 9 13 、40 18) XD O OO 0)
为 热 量 释 放 、下 垫 面 性 质 和结 构 、植 被 覆 盖 、 口密 度 、 人
的能 耗 增 加 了表 面 大 气 的 温 度 ,使 热 岛 效 应 增 强 【 ] 6 。 卜 城 市 空 气 动力 学 与 城 市 热 岛 效 应 紧 密 相 关 。 一 些 研 究 认 为 ,城 市 热 岛 随 风 速 增 大 和 云 量 增 加 而 减 弱 _ J 6 卜的 ,
城市热 岛效应 、干岛效应 、湿 岛效 应 、雨 岛效 应 和混浊
岛效应口 。城市气候 效应造成 各种异 常城市气 象 ,如暖 冬 、暴雨 以及大 气环境 的污染等 等 ,对城 市环境质 量 、 工业生 产和居 民生活产生 很大 的负面影响 ,并且呈 现逐 年增加 的趋势 。
对城 市气候 的研 究可 以追溯 到1 世纪初 。 1 1 年 出 9 88

6期
史 军等 :城市气候效应研究进展
废热 迂 回环流 ,城市热 岛加强 [] 5。 4
93 4
总体 而言 ,国内外对 城市热 岛效 应 已开 展了较 多研
究 ,包括 对热 岛的形态 和结 构研究 、热 岛的过程与变 化
城市人 口越多 ,热岛效应越 明显 。据研 究 ,1万人 口城 市的热 岛强度可达 01 ℃,1 .1 0万人 口的城市热 岛 效应 可达 03 ℃ , 0 .2 10万 人 口的城 市热岛效应 可达 09 .1
℃_ 4

有加 强 的趋 势 [ 3 ,典 型 的热 岛环流 也 发生 在弱 风 或静 风 ,有强逆温 的晴夜 。根据 B ms i[ 的分 析 ,当风 o tn e 速低于 4m/, s 加热起 控制作用 , 时城 乡之 间的温差非 此
我 国珠江 三角洲地 区热岛强度 的增 幅更 大 ,近 1 0
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