不同下墊面對寧波市區夏季氣溫的影響

趙伍杰，丁燁毅，黃鶴樓，吳 敏

(1.浙江省寧波市氣象臺，浙江 寧波 315012;2.慈溪市氣象局，浙江 慈溪 315300)

現代城市氣候最顯著的特征之一就是熱島效應，隨著社會經濟的發展，其有日漸嚴重的趨勢［1］。城市下墊面性質改變導致下墊面物理和生物學特性改變，對城市氣候有十分顯著的影響。一方面，城市建筑的特殊熱力性質等原因造成城市熱島現象的出現［2］，另一方面，城市中相對集中的水體和綠地由于具有與城市建筑區完全不同的熱力特性，對城市氣候具有一定的調節作用，可在一定程度上緩解城市熱島效應，改善城市生活環境［3-5］。國內外學者做了大量關于熱島效應及城市化對高溫的影響研究［6-9］，將重點主要放在城市化引起的下墊面變化的增溫作用，但下墊面類型復雜，具有極強的不均勻性，不同類型下墊面對氣溫有著不同的影響［10-12］，進一步分析不同下墊面熱力性質對氣溫的影響有利于更好地了解熱島效應形成機制。

隨著大氣監測自動化技術的不斷發展，自動氣象觀測站已成為目前氣象觀測的主要手段之一，大大提高了觀測的時空密度;自動站所測數據誤差基本都在允許范圍之內［13］，且在觀測時間上具有更好的統一性，使得在當前氣象服務中發揮著越來越重要的作用［14-15］。作者利用寧波市不同城市下墊面上的自動氣象觀測站提供的逐時氣溫資料，分析不同下墊面上的氣溫變化特征，了解不同類型下墊面上的氣溫變化對城市氣溫變化的影響程度，為合理改善人類的生活環境以及城市土地利用規劃提供科學依據。

1 資料與方法

利用寧波市自動站觀測2010-2012年夏季6-9月的氣溫資料來研究不同下墊面上氣溫的變化特征及其對氣溫變化的影響。選取新河路、工程學院、信誼小學、兒童公園、姚江公園等5個具有不同下墊面特征的站點。根據站點周邊地理環境分析，新河路站可代表城市建筑特征，工程學院可代表建筑和綠地的綜合下墊面特征，信誼小學可代表城郊建筑特征，兒童公園站可代表城市綠地特征，姚江公園可代表綠地和水體綜合下墊面特征。采用對比分析方法，分析夏季城市不同下墊面上的氣溫日變化、小時變化速率及典型天氣下的變化特征，進而探討城市不同下墊面對氣溫的影響。

2 結果與分析

2.1 氣溫變化特征

表1表明，夏季新河路的平均氣溫最高，白天平均氣溫高出其他站點0.5℃以上;各站夜間氣溫較接近，因此日較差的差異主要由白天氣溫決定，但日較差總體差異不大;除兒童公園外，其余各點極端最高氣溫均超過40℃，極端最高氣溫出現在新河路。

2.2 氣溫日變化

不同城市下墊面之間的氣溫日變化總體趨勢一致 (圖1)，最低氣溫和最高氣溫的出現時間分別為5:00和13:00。日落后至日出前的夜間各站氣溫基本一致，但白天新河路的高溫特點明顯，日最高氣溫高于其他站點0.7℃以上。新河路站白天氣溫較高，充分體現城市建筑對氣溫的增溫作用;城市綠地、水體等能有效降低城市氣溫，尤其是在白天，使氣溫變化得到有效抑制，因此夏季城市綠地、水體等對城市氣溫的調節作用不可忽視。

表1 寧波夏季各站氣溫基本變化特征 ℃

2.3 氣溫變化速率

以相鄰2 h(整點北京時)的平均氣溫差表示氣溫變化速率，得到了各站氣溫變化速率夏季日變化特征 (圖1)。由圖1可知，各站逐時平均氣溫的變化速率日變化趨勢差異不大。各站均在6:00后開始升溫，新河路站升溫最快，其余各站升溫速率接近，8:00達到各自最大升溫速率，新河路升溫速率1.3℃·h-1;各站均在14:00起開始降溫，新河路降溫最快，18:00新河路、工程學院、兒童公園、姚江公園達到各自最大降溫速率，19:00信誼小學達到最大降溫速率，各站降溫速率均不高于0.9℃·h-1。

圖1 寧波夏季各站逐時平均氣溫 (左)及其變化速率 (右)

總體來說，各站氣溫在日出后和日落前變化迅速。由圖1可知，日出后各站氣溫差異突然加大，這是由于日出后不同下墊面吸收能量的速率和比熱存在差異，致使升溫速率不同;日落前時段存在著與日出后時段相同的機制，所以，日出后、日落前的氣溫變化速率對各站氣溫的日變化特征有著決定性作用。各站氣溫變化速率的具體特征為:大部分時段新河路氣溫變化速率要比其余站點高;日出后新河路升溫最快，日落前新河路降溫最快，夜間各站降溫平穩。

2.4 典型天氣下氣溫日變化及變化速率

選取晴天 (2012年7月25-31日)，陰天 (6月12日、6月15-16日，6月19-20日、6月28日、9月23日)，雨天 (8月7-8日、8月23-24日、9月13-15日)，分析各站在典型天氣下逐時平均氣溫變化及其變化速率。

由圖2可知，在晴天條件下，新河路白天氣溫較高，夜間氣溫較低，主要與地面長波輻射有關，白天輻射升溫強，夜間輻射降溫強，其余各站變化趨勢接近;氣溫變化速率總體相似。

由圖3可知，在陰天條件下，新河路站氣溫明顯高于其他各站，其他各站氣溫差異不大，主要是由于城市建筑下墊面熱容量大，貯存熱量的能力強;氣溫變化速率，新河路站也大于其余各站，且波動較大，其余各站差異不明顯。

圖2 寧波夏季晴天各站逐時平均氣溫及其變化速率

圖3 寧波夏季陰天各站逐時平均氣溫及其變化速率

由圖4可知，在雨天條件下，各站氣溫和速率變化總體較一致，這主要和太陽輻射、地面輻射比較弱有關，速率變化也較小。

綜上分析，逐時平均氣溫的變化速率僅與天氣類型相關，與下墊面類型關聯度不大。

3 小結與討論

用寧波市區不同城市下墊面上設立的自動氣象觀測站3個夏季的逐時氣溫資料分析各種典型下墊面上的氣溫特點，結果表明不同下墊面條件對氣溫的日變化有重要影響。

夏季代表城市建筑特征的新河路平均氣溫最高，各站夜間氣溫較接近，日較差總體差異不大。不同城市下墊面之間的氣溫日變化總體趨勢一致，但白天新河路的高溫特點明顯，說明城市建筑對氣溫的增溫較強，城市綠地、水體等能有效抑制城市氣溫的上升。各站逐時平均氣溫的變化速率變化趨勢差異不大，6:00開始升溫，8:00達到各自最大升溫速率，14:00開始降溫;大部分時段新河路氣溫變化速率要比其余站點高。晴天新河路白天氣溫較高，夜間氣溫較低;陰天新河路站氣溫明顯高于其他各站，雨天各站氣溫較一致;各種典型天氣條件下，不同下墊面氣溫變化速率總體相似。

綜上，綠地、水體對氣溫有較強調節作用，在城市規劃和建設中，提高綠地面積，適當增加水體，無疑將對改善城市氣候狀況，緩解熱島效應發揮積極的作用。

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