不同下墊面條件下城區溫濕度變化規律研究

2018-12-27 01:20:56何詩玥

科技資訊 2018年20期

何詩玥

摘要：城市化的快速發展改變了城市范圍內下墊面條件，并進而影響城市微氣候變化，城市的空氣溫濕度受天氣和下墊面的影響較大。為研究和分析不同天氣條件下城市微氣候的變化規律，選擇湖北省天門市某中學校園作為典型城區研究對象，選擇草地、樹林、水面、水泥地、路面等五種主要活動區域類型，于2018年6月26日～7月4日的不同天氣條件下開展持續監測，通過實地對距離地面1m、2m、3m高度大氣的溫濕度數據監測，定量分析不同活動區域類型的溫濕度變化規律。結果表明，城市中不同類型的活動區域的局地氣候具有明顯差異；不同下墊面條件下溫濕度隨測量高度有一定的差異；不同下墊面條件下，環境氣候條件對其溫濕度影響規律不同。由此說明，在城市規劃中，對不同下墊面的合理規劃和設計能夠有效解決城市熱島效應問題。

關鍵詞：城市熱島下墊面溫度濕度

中圖分類號：TV213.4 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）07（b）-0096-06

Abstract： The air temperature and humidity of the cityare greatly affected by the weather and the underlying surface.Therefore， atthe main campus of huazhong university of science and technology，chooses the five main types of activity areas of square， grassland， woodland， highway and lake.On April 27 and April 29， 2018， the temperature and humidity data in the atmosphere of 1m， 2m and 3m are monitored on the ground during the period from 8：00 to 21：00 in different weather conditions，quantitative analysis of temperature and humidity differences in different activity area types.The results showed that，Firstly， there are obvious differences in the local climate of different types of activity areas in cities. Second， with different underlying surface conditions， temperature and humidity vary with height. Third，over different underlying surface conditions， the influence of environmental and climatic conditions on temperature and humidity is different.Finally， the rational planning and design of different underlying surfaces can effectively solve the urban heat island effect problem in urban planning.

Key Words： Urban Heat Island； Underlying surface； Temperature； Humidity

當前城鎮化建設推動著城市快速發展，人們更加關注由此帶來的自然氣候的變化。其中，由于城市下墊面的改變，不同下墊面的熱容量、熱傳導率使得城市空氣的溫度與濕度都有一定的差異性，從而影響城市氣候，同時也在一定程度上作用于地區氣候和大氣環流的變化過程，局地氣候變化已經成為影響城市可持續發展的一個不容忽視的因素。在研究下墊面改變與氣候變化的相應關系中，很多學者對不同緯度、類型的城市做了城、郊氣溫對比觀測，都發現城區氣溫高于郊區的熱島現象[1～3]。周淑貞[4]研究過上海城市發展對氣溫的影響；紀迪等[5]研究了太湖流域下墊面改變與氣候變化的相應關系；從波等[6]研究了河北廊坊城市化進程對降水特征的影響；劉嬌妹等[7]研究了北京市冬季不同景觀下墊面溫濕度變化特征；胡喜生等[8]對城市綠化與熱島效應的關系進行了較為系統的分析；許多學者對城市熱島的演變與成因進行了分析[9-10]，這些分析中下墊面均為主要因素。我國在城市熱島的研究方面近年來取得了許多成果，研究主要采用了近年的氣象資料的溫度數據、實地觀測和遙感監測的方法。

本文通過在2018年6月26日～7月4日對湖北省天門市某中學校園作為典型城區研究對象，選擇草地、樹林、水面、水泥地、路面等五種主要活動區域類型，對不同校內不同活動區域及其不同下墊面距離地面1m、2m、3m高度溫濕度進行觀測與對比分析，從定量的角度分析了溫濕度變化規律，探討了不同下墊面溫濕度的動態變化對城市的熱環境帶來的影響。

1 研究區域與方法

1.1 研究區域

溫濕度觀測在湖北省天門市城區某中學校園進行。其位于湖北省天門市中心，位置為北緯N30°65′33.16″東經E113°17′29.61″，區域氣候為亞熱帶季風氣候，具有光照充足、氣候濕潤、春溫多變、初夏多澇、伏秋多旱、生長期長、嚴寒期短的氣候特點。一年中，1月平均氣溫最低，為3.8℃；7月平均氣溫最高，為28.2℃；6～8月降水量占到全年的39%，形成雨與熱同季節；12月降水量最少為23.4mm，6月降水量最多為181.0mm。

1.2 研究樣點選擇與測量方法

觀測點設立某中學校園，選取五個典型下墊面，分別為草地、樹林、水面、水泥地和路面，這五個觀測點地理位置和地表特征都不相同，避免人類活動及高層建筑物的影響。其中樹林為次生杉木林地，郁閉度 85%以上；草地為結縷草草地，蓋度00%；測量儀器為電子溫濕度數據記錄儀，同時對距離地面1m、2m、3m高度的溫濕度的日變化進行觀測，設置每隔300s采集一組數據。

2 實驗結果

2.1 不同下墊面的溫濕度對比

由測定結果可知，不同下墊面條件下溫濕度差異較大，其中，以路面的溫度最高，達到了36.2℃，其最低溫度也較低為25.6℃，同時具有最高的濕度和最低濕度，說明在路面的溫濕度變化幅度較大。不同下墊面溫度變化幅度大小依次為路面>水面>水泥地>樹林>草地，濕度變化幅度大小依次為路面>水泥地>水面>草地>樹林（如表1所示）。

圖1給出了不同下墊面情況的溫度變化隨時間的變化過程，其中以路面溫度上升最快，在10：00～14：00均保持較高的溫度；其他幾種下墊面（草地、樹林、水面、水泥地等）均在13：00出現最大值，由此說明溫度在日間變化中具有鮮明的時序特征。

圖2給出了不同下墊面情況的濕度變化隨時間的變化過程，不同下墊面的濕度與溫度變化呈現相反趨勢，即在溫度上升的同時，濕度下降，在10：00～14：00均保持較低的濕度，由此也說明濕度在日間變化中也具有鮮明的時序特征；不同下墊面的濕度在夜間均保持較高濕度（超過了90%）。

2.2 不同高度的溫濕度對比

如圖3、圖4所示，不同下墊面條件下溫濕度隨測量高度有一定的差異；在草地、林地、水面中，越靠近下墊面，溫度越低，濕度越高，這說明下墊面的蒸發作用對溫濕度有較大影響；但在水泥地和路面中，由于地表反射率的影響，一般表現為靠近下墊面的空氣溫度上升較快。

2.3 溫濕度變化影響因素分析

為了對溫濕度變化的影響因素進行分析，按照不同下墊面間的溫濕度數值計算其差值，并與當地氣象站所得的背景溫濕度和風速等級進行分析，結果如圖5～圖10所示。如圖所示，環境氣象條件對下墊面間的溫濕度差異具有一定的影響，但相關影響因素不明顯。針對溫度變化，如在環境溫度較高時，路面溫度一般高于草地溫度（如圖5所示），而在風速較大時，水泥地溫度明顯高于草地（如圖7所示）；針對濕度變化，在溫度較高時，樹林濕度一般小于草地濕度（如圖8所示），風速較大時，路面濕度一般小于草地濕度（如圖10所示）。由此說明，不同下墊面條件下，環境氣候條件對其溫濕度影響規律不同，風速變化可能導致下墊面蒸發差異，由此可能造成溫濕度變化。

3 結語

通過在不同下墊面實地觀測，分別對距離地面1m、2m、3m的空氣溫濕度進行實測，得到如下幾點結論。

（1）城市中不同類型的活動區域的局地氣候具有明顯差異，本研究得出，由于其下墊面性質差異，不同下墊面溫度變化幅度大小依次為路面>水面>水泥地>樹林>草地，濕度變化幅度大小依次為路面>水泥地>水面>草地>樹林。其溫濕度變化存在明顯的時序特征。

（2）不同下墊面條件下溫濕度隨測量高度有一定的差異；在草地、林地、水面中，越靠近下墊面，溫度越低，濕度越高；但在水泥地和路面中，一般表現為靠近下墊面的空氣溫度上升較快。

（3）不同下墊面條件下，環境氣候條件對其溫濕度影響規律不同，風速變化可能導致下墊面蒸發差異，由此可能造成溫濕度變化。

（4）在城市規劃中，對不同下墊面的合理規劃和設計能夠有效解決城市熱島效應問題。

參考文獻

[1] 宋艷玲，董文杰，張尚印.等.北京市城、郊氣候要素對比研究[J].干旱氣象，2003，21（3）：66-68.

[2] 馮曉剛.城市熱島效應演變與成因遙感研究[D].陜西：陜西師范大學，2011.

[3] 張順謙，周長艷.成都市晴天熱島效應的時空分布特征與成因[J].應用生態學報，2013，24（7）：3-4.

[4] 周淑貞.上海城市發展對氣溫的影響[J].地理學報，1983， 38（4）：397-405.

[5] 紀迪，張慧，沈渭壽.太湖流域下墊面改變與氣候變化的響應關系[J].自然資源學報，2013，28（1）：1-3.