高原城市熱島效應分析

摘要：隨著全球氣候變暖的加劇和城市化的不斷推進，近幾十年里，拉薩市的最高氣溫、最低氣溫與平均氣溫等氣象指標發生很大的變化，城市局地小氣候不斷加強。利用2011—2020年的資料，按經緯度測算拉薩市16個氣象觀測站到市中心的距離，將其分為城區站、近郊站和遠郊站，討論城市熱島效應。分析結果表明，拉薩市城區存在明顯的熱島效應，熱島效應夜強晝弱，站點距離城區越遠，其特征越明顯。

關鍵詞：高原；城市熱島效應；氣溫；拉薩市

中圖分類號：X16 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2025）01-0-04

Analysis of Urban Heat Island Effect in Plateaus

Abstract： With the intensification of global climate change and the continuous advancement of urbanization， in recent decades， meteorological indicators such as the highest temperature， lowest temperature， and average temperature in Lhasa city have undergone significant changes， and the local microclimate in the city has been continuously strengthened. Using data from 2011 to 2020， the distance from 16 meteorological observation stations in Lhasa city to the city center is calculated based on latitude and longitude， and they are divided into urban stations， suburban stations and suburban stations to discuss the urban heat island effect. The analysis results indicate that there is a significant heat island effect in the urban area of Lhasa city， which is stronger at night and weaker during the day， and the farther the station is from the urban area， the more obvious its characteristics become.

Keywords： plateau; urban heat island effect; temperature; Lhasa city

自從出現全球氣候變暖現象后，人們開始關注其原因。就城市而言，最為突出和明顯的特征就是城區溫度高于郊區的城市熱島效應。改革開放以后，人民的生活水平得到很大的提升，大量人口向城市涌進，使得城市規模和人口都出現大幅度的膨脹，因此人類活動對氣候的影響日益變得顯著。城市大氣含有大量溫室氣體，人類活動的各類能源消耗排放熱量，已經遠遠超過自然界的調節能力，導致城市熱島效應等城市微氣候特征變得越發明顯，使其慢慢變成城市生態環境的一大公害[1]。城市熱島效應是指城區整體或局部溫度高于郊區或鄉村地區的現象，在近地面氣溫圖上，城市中心的高溫區就像一處突出海面的島嶼，因此被稱為城市熱島。下面以拉薩市為研究對象，將16個氣象觀測站分為城區站、近郊站和遠郊站，對城市熱島效應進行研究。

1 數據與方法

1.1 數據來源

氣象觀測數據來自16個氣象觀測站，站點可以分為3類。一是拉薩市域范圍內設立的無人自動氣象站，包括達孜站、曲水站、堆龍德慶站和林周站。二是拉薩市域范圍內設立的人工氣象站，包括拉薩本站、墨竹工卡站、當雄站和尼木站。三是拉薩市氣象局在城內設立的城市熱島效應監測站，包括羅布林卡站、布達拉宮站、稅務林站、柳梧新區站、東城站、經濟開發區站、生態園站和拉魯濕地站。

1.2 分析方法

在城市熱島地面氣象觀測研究中，一般以熱島中心氣溫減去同時間同高度附近郊區站的氣溫差值來表示城市熱島強度[2]。另外，城市熱島強度可以用城區各站平均氣溫與同時間同高度附近郊區各站的平均氣溫差值來表示[3]。在研究拉薩市的城市熱島效應時，通過經緯度推算站點到拉薩市中心（拉薩本站）的距離，按照距離的遠近，將監測熱島效應的8個站點和拉薩本站定義為城區站，將自動站中的達孜站、堆龍德慶站及林周站定義為近郊站，將3個人工站及曲水站定義為遠郊站，3類站點相互對比，分析拉薩市城市熱島效應的變化規律。

一是城區站。8個熱島效應監測站于2011年8月開始運行，前期觀測資料不穩定，在選取數據時，2011年數據采用內插法進行處理。對2011年1月至2020年12月的資料進行分析，將拉薩本站、羅布林卡站、布達拉宮站、稅務林站、柳梧新區站、東城站、經濟開發區站、生態園站和拉魯濕地站的氣溫平均值作為城區站的氣溫，如式（1）所示。二是近郊站。將3個無人自動站達孜站、堆龍德慶站、林周站2011年1月至2015年12月的氣溫平均值作為近郊站的氣溫，如式（2）所示。三是遠郊站。將3個人工氣象站尼木站、當雄站、墨竹工卡站及1個自動站曲水站2011年1月至2015年12月的氣溫平均值作為遠郊站的氣溫，如式（3）所示。

T城區=1/9（TLS+TLB+TBD+TSW+TLW+TDC+TJJ+TST+TLL）（1）

T近郊=1/3（TDZ+TDL+TLZ）（2）

T遠郊=1/4（TNM+TDX+TMZ+TQS）（3）

式中：T城區為城區站的氣溫，℃；T近郊為近郊站的氣溫，℃；T遠郊為遠郊站的氣溫，℃；TLS、TLB、TBD、TSW、TLW、TDC、TJJ、TST和TLL分別為拉薩本站、羅布林卡站、布達拉宮站、稅務林站、柳梧新區站、東城站、經濟開發區站、生態園站和拉魯濕地站的氣溫平均值，℃；TDZ、TDL和TLZ分別為達孜站、堆龍德慶站、林周站的氣溫平均值，℃；TNM、TDX、TMZ和TQS分別為尼木站、當雄站、墨竹工卡站及曲水站的氣溫平均值，℃。

2 城市熱島的總體特征

2.1 熱島強度的月變化特征

對16個氣象觀測站2011—2020年月平均氣溫進行統計，得到拉薩市逐月熱島強度的統計結果，如表1所示。數據顯示，城區站逐月平均氣溫介于-0.7～17.5 ℃，近郊站逐月平均氣溫介于-2.5～16.5 ℃，遠郊站逐月平均氣溫介于-3.6～15.1 ℃。拉薩市各氣象觀測站逐月氣溫變化比較明顯，尤其是盛夏和隆冬時節平均氣溫差值很大，5—9月平均氣溫都在11 ℃以上，而1月平均氣溫都在0 ℃以下，12月近郊站、遠郊站平均氣溫均在0 ℃以下，城區站為0.6 ℃。年平均氣溫都為正值，其中城區站為9.0 ℃，近郊站為8.0 ℃，遠郊站為6.5 ℃。對拉薩市城市熱島效應進行分析，將城區站減去近郊站所得的熱島強度U1與城區站減去遠郊站所得的熱島強度U2進行對比，得知全年U1和U2的值都是正值，U1值介于0.0～1.7 ℃，U2值介于1.2～1.7 ℃。換句話說，拉薩市城區存在弱的熱島效應，距離城區越遠，熱島強度越大，城區熱島效應越明顯。

2.2 熱島強度的四季變化特征

2011—2020年，拉薩市3個圈層四季平均氣溫及熱島強度變化如表2所示。數據顯示，春季3個圈層的氣溫在6.8～9.5 ℃，夏季3個圈層的氣溫在14.1～16.5 ℃，秋季3個圈層的氣溫在7.0～9.1 ℃，冬季3個圈層的氣溫在-1.9～0.9 ℃。春季的平均氣溫為8.2 ℃，夏季的平均氣溫為15.4 ℃，秋季的平均氣溫為8.2 ℃，冬季的平均氣溫為-0.5 ℃。用每個季節城區站的平均氣溫減去近郊站的平均氣溫所得的熱島強度U1與城區站的平均氣溫減去遠郊站的平均氣溫所得的熱島強度U2進行對比，四季U2值都在2 ℃以上，U1值在1 ℃附近，也就是說不管是在哪個季節，拉薩市城區的熱島強度都會隨著距離的增加變得更加明顯。此外，冬季U1值和U2值都大于其他3個季節，分別為1.4 ℃和2.8 ℃，而秋季則最小，只有0.7 ℃和2.1 ℃。

2.3 熱島強度晝夜變化特征

2.3.1 熱島強度逐月晝夜變化特征

借鑒邱新法等[4]研究南京市城市熱島效應時使用的方法，將城市與郊區的最高氣溫差值定義為日間熱島強度，把城市與郊區的最低氣溫差值定義為夜間熱島強度，從而分析熱島強度的晝夜變化。2011—2020年，拉薩市逐月最高氣溫、最低氣溫及其熱島強度的對比如表3和表4所示。為了便于描述，下文將用U1日來代表城區站與近郊站最高氣溫的差值，U2日來代表城區站與遠郊站最高氣溫的差值，即日間熱島強度；U1夜和U2夜分別代表城區站減去近郊站和城區站減去遠郊站的最低氣溫差值，即夜間熱島強度。2011—2020年，城區站的月最高氣溫介于8.1～24.8 ℃，最低氣溫介于-8.3～11.4 ℃；近郊站的月最高氣溫介于7.6～24.2 ℃，最低氣溫介于-10.5～10.8 ℃；遠郊站的月最高氣溫介于6.2～22.8 ℃，最低氣溫介于-12.1～9.6 ℃。3個圈層月最高氣溫的最低值出現在1月，最高值出現在6月，月最低氣溫的最低值出現在1月，最高值出現在7月。

就表3而言，城區站逐月最高氣溫減去近郊站逐月最高氣溫所得的逐月日間熱島強度U1日在4—5月、9月均為負值，其他月份均為正值，說明這3個月里城區相對距離較近的近郊站而言，并不存在日間熱島效應。但是，從城區站減去遠郊站所得的日間熱島強度U2日而言，不論是月還是年都是正值。城區日間熱島強度隨著距離的增加越加明顯，強度值在2 ℃左右。

城市夜間熱島強度變化如表4所示。不論是U1夜還是U2夜都是正值，U1夜值介于1～3 ℃，U2夜值介于1～4 ℃，差值基本在1 ℃以上，說明城區夜間一直存在明顯的熱島效應，夜間熱島強度隨著距離增大而更加明顯。2011—2020年，年平均日間熱島強度U1日和U2日分別為0.2 ℃和1.9 ℃，年平均夜間熱島強度U1夜和U2夜分別為1.5 ℃和2.7 ℃。與城區較近的郊區相比，城區夜間存在較為明顯的熱島效應，但日間熱島效應很弱，有些月份甚至不存在城區熱島效應。與城區較遠的郊區相比，城區日間和夜間都存在熱島效應，夜間熱島效應明顯大于日間[5-7]。夜間城區與城郊溫差明顯遠遠大于日間，表明拉薩市城市熱島效應具有夜強晝弱的特征，不論是日間還是夜間，熱島強度都明顯隨著距離的增加而增大。

2.3.2 熱島強度四季晝夜變化特征

2011—2020年，拉薩市四季晝夜熱島強度對比如圖1所示。數據顯示，拉薩市春季白天3個圈層的氣溫保持在15.3～17.3 ℃，U1日值為-0.3 ℃，U2日值為1.7 ℃；春季夜間3個圈層的氣溫保持在-0.4～2.7 ℃，熱島強度U1夜和U2夜均在2 ℃以上，U2夜比U1夜高1 ℃。春季城區白天與近郊站相比，不存在熱島效應，但與遠郊站相比，溫度高1.7 ℃，存在熱島效應；夜間，不論距離遠近，城區一直存在熱島效應[8-9]。隨著距離的增加，春季熱島強度更加明顯。其他3個季節以此類推。四季晝夜的熱島強度隨距離的增加而更加明顯；春秋兩季，與離城區較近距離的站點相比，拉薩市白天不存在熱島效應或熱島效應不明顯，但夜間存在，夏季，不論距離遠近，不論晝夜，城區熱島效應一直存在；白天熱島效應夏季最強，夜間冬季熱島效應最強。

3 結論

拉薩市16個氣象觀測站被分成3類，即城區站、近郊站和遠郊站。以拉薩市為研究區，利用2010—2020年最高氣溫、最低氣溫和平均氣溫等氣象觀測數據，分析城區是否存在熱島效應。結果顯示，拉薩市城區存在熱島效應，具有3個顯著特征。一是冬季最明顯，春季次之，秋季最弱；二是夜強晝弱，白天熱島效應夏季最強，夜間冬季熱島效應最強；三是氣象觀測站距離市中心越遠，城區熱島效應越明顯。

參考文獻

1 鮑文杰.上海城市熱島的時空特征及其演化規律研究[D].上海：復旦大學，2010.

2 Oke T R.The energetic basis of the urban heat island[J].Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society，1982（1）：1-24.

3 劉曉英.城市的五島效應和風的特征分析[J].寧夏農林科技，2012（4）：121-123.

4 邱新法，顧麗華，曾 燕，等.南京城市熱島效應研究[J].氣候與環境研究，2008（6）：808-814.

5 杜愛軍，張德軍，祝 好，等.基于多源衛星資料的重慶巴南區城市熱島效應時空變化特征分析[J].陜西氣象，2024（3）：53-61.

6 劉宸瑄，王麗群，許 行，等.2001—2021年中國植被覆蓋對夏季城市熱島效應的影響[J].生態學報，2024（24）：11020-11034.

7 李 旋，徐巖巖，孟 瑾.天津市城市公園對城市熱環境的降溫效應研究[J].華中建筑，2024（9）：60-64.

8 張 赫.基于多源數據的西安市夏季熱島效應與空間形態的關聯性研究[D].咸陽：西北農林科技大學，2024.

9 魏 薇，李 靜，梁嘉琪.基于Landsat影像數據的包頭市夏季城市熱島效應研究[J].內蒙古氣象，2024（4）：24-29.