上海城市热岛的时空特征及其演化规律研究

论文摘要

随着经济的发展和城市的扩张,以热岛效应为代表的城市热环境变化,日益成为影响城市环境质量的重要因素。中国作为最大的发展中国家,正在经历快速的城市化过程,定量研究城市热环境的时空演变特征,制定相应的城市高温热环境防范和改善措施已成为一项重要的任务。上海作为典型的国际化大都市,城市化程度高,人口密集,因此研究上海市热岛效应的格局及其演变特征,分析和模拟影响热岛效应的各项因子的时间和空间演变特征,将为改善人居环境、为城市规划和土地利用规划的编制提供重要的技术支撑。本文利用上海市气象站的实测气温资料,研究城市热岛效应的基本特征和演变规律,包括年际变化、季节变化、日变化规律、空间特征。同时,利用WRF气象模式,应用美国NCEP/NCAR全球再分析气象数据,对上海城市热环境进行数值模拟,并利用不同年代的下垫面资料,分析城市土地利用演化对城市热岛效应的影响。通过上海市气象站实测气温资料,分析上海市热岛效应的特征和变化趋势,结果表明,近50年来上海地区城郊温差随着时间的推移呈现上升的趋势,在20世纪90年代以后,城郊温差强度显著增大。上海城市热岛效应显著,在1987～2004年时间段内,热岛年平均强度为1.17℃,出现热岛的天数占4年总天数的86.0%,其中,秋季热岛最为显著,夏季热岛最不显著。随着年份的推移,年均热岛强度存在低强度等级热岛向中高强度等级热岛逐渐转化的趋势。研究2007年上海市热岛的空间分布特征,结果表明,上海市热岛效应呈现出显著的多中心特征,以松江区为个例的郊区次级热岛效应显著,尤其在夏季和秋季,其月平均热岛强度高于全市月平均热岛强度。利用WRF模型对上海市地面气温进行模拟,结果表明,中心城区为全市的高温中心,闵行区、嘉定区的中心区域、浦东新区西部、松江区的东北部、青浦区的东部构成了上海市的次高温区域,青浦区的西部、金山区、奉贤区、南汇区的大部分区域则构成了上海市的低温区域。分别以1990年的下垫面(USGS提供)和2007年下垫面对同一个热岛典型日进行模拟,结果表明,城市的扩展对于高温区域的扩展和高温区域气温的增加有重要的影响作用,尤其在夜间,下垫面的改变能够显著地影响夜间近地面温度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 热岛效应的内涵
• 1.2 国内外热岛效应研究历史和进展
• 1.2.1 城市热岛主要研究方法
• 1.2.2 城市热岛主要研究进展
• 1.3 本文研究目标、内容
• 2 研究区域、数据来源和研究方法
• 2.1 研究区域概况
• 2.2 数据来源
• 2.3 研究方法
• 2.3.1 热岛计算方法
• 2.3.2 地统计学方法
• 2.3.3 数值模拟方法
• 3 上海热岛的基本特征及时空演变的统计学分析
• 3.1 上海市气温、城郊温差的时间变化特征
• 3.1.1 城区、郊区气温年代际变化特征
• 3.1.2 城郊温差年代际变化特征
• 3.2 上海热岛的时间变化特征
• 3.2.1 热岛强度年际变化特征
• 3.2.2 热岛强度季节差异特征
• 3.2.3 热岛强度日变化特征
• 3.3 上海热岛的空间分布特征
• 3.3.1 典型时刻的热岛空间分布特征
• 3.3.2 上海郊区次级热岛效应
• 4 上海市城市热岛效应的数值模拟
• 4.1 WRF模式介绍
• 4.1.1 WRF模式基本结构
• 4.1.2 WRF模式动力框架
• 4.1.3 WRF模式功能框架
• 4.1.4 WRF模式物理过程参数化方案
• 4.2 上海市土地利用的演化
• 4.3 四季典型日热岛效应的数值模拟
• 4.3.1 模拟区域、输入资料和模拟参数
• 4.3.2 模拟结果的检验
• 4.3.3 热岛效应空间分布特征的模拟
• 4.4. 上海城市化进程对热岛形成的影响
• 5 结论
• 6 展望
• 参考文献
• 致谢