城市熱島效應對九臺站主要氣象要素的影響

劉瑞琪，李佳，李玉環

（長春市九臺區氣象局，吉林長春130500）

天氣和氣候變化影響著人們生活的方方面面，氣象觀測資料是否準確，對天氣預報和氣候分析等具有重要意義。隨著城市規模不斷擴大，原處于郊區的氣象站不可避免地受到城市化的影響。“城市熱島”效應導致氣象要素值發生變化，致使氣象觀測資料失去了代表性、準確性和比較性。

1 觀測場環境介紹

九臺區氣象站（54069）為國家一般氣象站，建于1957年11月，位于九臺區前進路 64號（125°48′E，44°10′N），觀測場海拔高度174.5m。20世紀90年代后期開始，隨著九臺城市化發展，氣象站逐漸被建筑物包圍，觀測環境不斷惡化，在觀測場的西南側建起了多棟住宅樓，觀測場60.0m范圍內出現居民房，南側30.0m建有機動車道，大氣污染較嚴重，九臺站成為一個比較典型的城市氣象觀測站。本文以1987年為界，研究城市熱島效應對九臺站主要氣象要素的影響。

2 資料

本文以九臺區氣象站1960年～2008年的年平均氣溫、極端最低氣溫、極端最高氣溫、年平均氣壓和年平均風速為研究資料，數據選自地面觀測月報表，資料通過質量控制。

3 氣象要素變化情況

3.1 氣溫變化

由1960年～2008年平均氣溫、極端最低氣溫和極端最高氣溫標準化距平時間序列圖（圖略）可見，原氣象站的年平均氣溫、極端最低氣溫和極端最高氣溫均呈上升趨勢，這種氣溫增長趨勢大致與當前全球變暖背景下北半球中高緯度地區的溫度上升趨勢相一致[1]。其中，極端最低氣溫從20世紀80年代到90年代，出現了跳躍變化；年極端最高氣溫整體上升趨勢較緩慢；年平均氣溫變化情況接近于年極端最低氣溫的波動情況。分別計算得出年平均氣溫與極端最低氣溫和極端最高氣溫時間序列的相關系數達0.84和0.62，二者都通過99%的置信度檢驗[2]。

從表1可以看出，20世紀90年代后期年平均氣溫、極端最低溫度、極端最高溫度較前期都有所上升，年平均極端最低溫度上升最為顯著。

綜上可見，最低氣溫較最高氣溫對整體氣溫升高的貢獻更大，分析原因是隨著城市化的加快，城市熱島效應逐漸加強，其主要由城市下墊面特性、人為熱量釋放和空氣污染三個因素決定[3]。白天城市下墊面和人為熱量釋放對大氣為加熱作用，而空氣污染中的氣溶膠在白天呈“陽傘”效應，削弱到達地面的太陽短波輻射，部分抵消了前兩者的加熱作用，從而抑制了地面溫度的升高；夜間地面因長波輻射冷卻，熱通量方向向下，空氣處于穩定層結狀態。邊界層內湍流擾動弱，空氣污染物擴散能力下降，保溫效應增強，造成最低溫度較最高溫度顯著升高的現象。

表11960 年～2008年九臺市氣象站部分氣象要素統計的平均值

3.2 氣壓變化

由1960年～2008年平均氣壓時間序列圖（圖略）可見，1960年～2008年地面平均氣壓整體線性趨勢性變化不明顯；90年代前期，年平均氣壓呈線性遞增趨勢；90年代后期，呈線性遞減趨勢，近20年氣壓較90年代前期下降了1hPa。

氣壓與大氣溫度、大氣密度、風和天氣現象等關系密切。可見，城市熱島效應對九臺站地面氣壓下降有一定影響。

3.3 風的變化

1960年～1987年多年平均風速為3.4m/s，1988年～2008年多年平均風速為2.4m/s，后者較前者低1m/s；從1960年～2008年平均風速時間序列圖（圖略）可見，年平均風速下降趨勢明顯，90年代后期開始趨于穩定狀態。由1988年～2008年風向頻率玫瑰圖（圖略）可見，主導風為偏南風，但偏西風的擾動頻率增多。

風速除受大尺度風場控制外，還與城市的地理環境和城市化有關。城市化改變了城市邊界層的動力、熱力結構，提高了城市的粗糙度，減弱了大尺度風場；另一方面，風速降低不利于空氣污染和人為熱排放的散失，使得城市化對溫度的影響更局地化。

4 總結與討論

通過對九臺站1960年～2008年的氣溫、氣壓和風等資料的分析，得到如下結論：隨著九臺城市化速度的加快，致使城市熱島強度明顯增加，造成了年平均氣溫、年極端最低溫度、最高溫度上升，年平均極端最低溫度上升最為顯著。年平均氣壓略有下降，年平均風速明顯下降，偏西風的擾動頻率增多。

明顯的城市熱島效應特征，使氣象觀測場的觀測資料在很大程度上失去了代表性、準確性和比較性。根據《關于氣象探測環境保護的通知》等相關文件，遷站迫在眉睫。在今后遷址時要充分考慮城市發展因素的影響，避免頻繁遷址。

[1]《氣候變化國家評估報告》編寫委員會.氣候變化國家評估報告[M].北京:科學出版社,2007.

[2]施能.氣象統計預報[M].北京:氣象出版社,2009.

[3]任國玉.地表氣溫變化研究的現狀和問題[J].氣象,2003,29(08):3-6.