濟南市城市熱島強度的變化特征

孫小麗，王式功，趙玉翠，王 華，劉新彥

(1.山東省濟陽縣氣象局，山東濟陽 251400；2.蘭州大學大氣科學學院，甘肅蘭州 730000)

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濟南市城市熱島強度的變化特征

孫小麗1，2，王式功2，趙玉翠1，王 華1，劉新彥1

(1.山東省濟陽縣氣象局，山東濟陽 251400；2.蘭州大學大氣科學學院，甘肅蘭州 730000)

利用2012—2014年濟南市64個區域自動氣象站的逐日逐時平均氣溫、逐日最高氣溫和最低氣溫資料，分析了濟南市城市熱島強度的日變化和空間分布特征。結果表明，濟南市城市熱島強度日變化表現為白天弱、夜間強的特點。不同季節濟南市城市熱島中心空間分布上差別不大，主要是位于泉城廣場等中心城區。

城市熱島；強度；日變化；空間分布；濟南市

城市熱島是城市化對氣溫影響最突出的特征，也是城市氣候最典型的特征之一，各地熱島強度的大小各不相同[1]，且隨著城市的發展城市熱島強度不同程度地增強[2-5]。許多學者對城市熱島效應進行了研究，并取得了一定的成果[6-9]。Jusuf等[6]研究新加坡的土地利用與熱島效應的關系發現，不同的土地利用類型對于熱島效應的貢獻率在白天和晚上是不同的；劉偉東等[8]研究指出，城市化對北京地區城區及近郊站點日平均氣溫和最低氣溫影響最大；李艷紅等[9]分析發現，太原城市熱島效應不斷增強，城市熱島效應的形成和加劇是城市發展的結果。改革開放以來，濟南的城市建設快速發展，但其對城市熱島影響的研究比較少。筆者利用高密度的區域自動站資料，分析濟南城市熱島強度的日變化特征，通過ArcGIS地理信息系統的反距離權重法詳細研究濟南市城市熱島強度的空間分布特征，揭示濟南市城市化發展對城市熱島的影響，為城市規劃、環境保護和生態建設提供參考。

1 資料與方法

1.1 資料來源 選取2012—2014年濟南區域內64個區域自動站的逐日逐時平均氣溫、逐日最高氣溫和最低氣溫資料。考慮到區域自動站周邊環境特點，結合緩沖區方法，以距泉城廣場18 km為界限，18 km范圍以內定義為城區站點，18 km范圍以外定義為郊區站點，城郊站點分布如圖1。由圖1可見，城區站點分別是市政府、泉城廣場、百花公園等12個站點，郊區站點分別是蟠龍山公園、外國語學校、歷城二中等52個站點。

圖1 濟南市區域自動站緩沖區Fig.1 Buffer zone of regional automatic station in Ji′nan

1.2 分析方法 濟南境內地貌復雜多樣，各個區域自動站地形高度存在不同差異，如果不進行訂正會帶來氣溫偏差，因此在對區域自動氣象站氣溫資料進行空間分析時以干絕熱遞減率進行訂正，將各個測站的氣溫數據均訂正到海平面高度。

分別計算濟南市64個區域自動站，各站點2012—2014年各個季節的氣溫，在ArcGIS地理信息系統中利用反距離權重法(IDW)空間插值，得到濟南市各個季節平均氣溫、最高氣溫和最低氣溫的空間分布情況。

2 濟南市城市熱島強度的日變化特征

圖2 2012—2014年濟南市城市熱島強度日變化Fig.2 Diurnal variation of urban heat island intensity in Ji’nan City in 2012-2014

由圖2可見，濟南城市熱島強度的日變化非常明顯，表現為白天弱、夜間強的特點。12：00—14：00熱島強度最弱，14：00以后，熱島強度開始明顯加大，20：00—次日06：00熱島強度均較高，熱島強度均維持在1.8 ℃及以上，其中22：00—23：00熱島強度達最高，均為2.0 ℃。06：00以后隨著日出熱島強度迅速下降，一直到19：00左右，熱島強度相對均較弱。這是因為白天城市下墊面的增溫引起能量下傳和儲存，這部分能量在日落以后以長波輻射湍流熱交換等形式提供給城市大氣，部分地補償了由于大氣長波輻射而損失的能量，相對于降溫較快的郊區，城市氣溫下降緩慢，形成了城市熱島[10]。而白天由于太陽短波輻射增溫，近地面湍流作用加強，特別到中午的時候，太陽短波輻射最強，湍流無論在垂直還是水平方向的交換進一步增強，使得城郊之間溫差變小，熱島強度較弱。

3 濟南市城市熱島強度的空間分布特征

3.1 冬季 冬季平均氣溫、最高氣溫和最低氣溫的熱島強度最大的是最低氣溫，為1.2 ℃；最小的是最高氣溫，為0.5 ℃；平均氣溫的熱島強度為0.8 ℃。由圖3可見，最高氣溫的高值區面積分布較大，濟南城區以及南郊均表現為高值區，其熱島中心主要位于濟南大學、泉城廣場、熱電公司、高新開發區以及南郊的西營棗林；平均氣溫的熱島中心主要分布在濟南大學、市政府、泉城廣場、熱電公司；最低氣溫的熱島中心主要分布在濟南大學、泉城廣場、供銷公司、熱電公司以及南郊的跑馬嶺等地。平均氣溫、最高氣溫和最低氣溫從城區到郊區基本上均呈現溫度遞減的現象。

圖3 2012—2014年濟南市冬季平均氣溫(a)、最高氣溫(b)和最低氣溫(c)空間分布(單位：℃)Fig.3 Spatial distribution of average temperature(a)，maximum temperature(b)and minimum temperature(c)in winter in Ji’nan City from 2012 to 2014

3.2 春季 春季熱島強度最大的是最低氣溫，為0.7 ℃；最小的是最高氣溫，為0.4 ℃；平均氣溫的熱島強度為0.6 ℃。從圖4可以看出，春季平均氣溫的城市熱島面積明顯大于冬季，其熱島中心位于以泉城廣場為中心的片狀區域內，整個城區及周邊的氣溫相對于郊區均較高。最高氣溫的熱島中心主要分布在泉城廣場和百花公園周邊以及平陰的孝直等區域，整個城區基本上均為氣溫較高的區域；最低氣溫的城市熱島面積較小，熱島中心主要分布在市政府、熱電公司等地。

圖4 2012—2014年濟南市春季平均氣溫(a)、最高氣溫(b)和最低氣溫(c)空間分布(單位：℃)Fig.4 Spatial distribution of average temperature(a)，maximum temperature(b)and minimum temperature(c)in spring in Ji’nan City from 2012 to 2014

3.3 夏季 夏季熱島強度最大的是最低氣溫，為0.6 ℃；最小的是最高氣溫，為0.3 ℃；平均氣溫的熱島強度為0.4 ℃。由圖5可見，夏季平均氣溫的城市熱島中心位于熱電公司、交通學院、山東省農業科學院、供銷公司范圍內；最低氣溫的熱島中心分布在從交通學院到山東省農業科學院的帶狀區域內；最高氣溫的熱島中心分布較零散，主要中心位于泉城廣場和泉城公園周邊區域，在章丘、長清、平陰等地均有熱島中心，屬于“多島”效應。

圖5 2012—2014年濟南市夏季平均氣溫(a)、最高氣溫(b)和最低氣溫(c)空間分布(單位：℃)Fig.5 Spatial distribution of average temperature(a)，maximum temperature(b)and minimum temperature(c)in summer in Ji’nan City from 2012 to 2014

3.4 秋季 秋季熱島強度空間分布與冬季、春季、夏季類似，最大的是最低氣溫，為0.9 ℃；最小的是最高氣溫，為0.3 ℃；平均氣溫的熱島強度為0.5 ℃。由圖6可見，秋季城市熱島面積比冬季、春季、夏季均小，其中平均氣溫的熱島中心位于濟南大學、熱電公司、山東省農業科學院，章丘的官莊氣溫也相對比較高；最低氣溫的熱島中心位于濟南大學、市政府、供銷公司、熱電公司以及南郊的跑馬嶺等；最高氣溫的城市熱島分布面積很小，熱島中心位于泉城廣場。

圖6 2012—2014年濟南市秋季平均氣溫(a)、最高氣溫(b)和最低氣溫(c)空間分布(單位：℃)Fig.6 Spatial distribution of average temperature(a)，maximum temperature(b)and minimum temperature(c)in autumn in Ji’nan City from 2012 to 2014

4 結論

(1)濟南市城市熱島強度日變化表現為白天弱、夜間強的特點。

(2)濟南市最低氣溫的熱島效應在各個季節均表現比較明顯。城市熱島中心在不同季節空間分布上差別不大，主要是位于泉城廣場、濟南大學等中心城區。這與冉桂平等[11]研究的2007—2008年濟南熱島位置比較一致，說明城市中心沒有變化，城市熱島中心位置也沒有大的變化。

[1] 周淑貞，束炯.城市氣候學[M].北京：氣象出版社，1994.

[2] REN G Y，ZHOU Y Q．Urbanization effect on trends of extreme temperature indices of National Stations over Mainland China，1961-2008[J]．Journal of climate，2014，27：2340-2360.

[3] 楊德保，王式功，王玉璽.蘭州城市氣候變化及熱島效應分析[J].蘭州大學學報(自然科學版)，1994，30(4)：161-167.

[4] 林學椿，于淑秋，唐國利.北京城市化進程與熱島強度關系的研究[J].自然科學進展，2005，15(7)：882-886.

[5] 任春艷，吳殿廷，董鎖成．西北地區城市化對城市氣候環境的影響[J]．地理研究，2006，25(2)：233-241.

[6] JUSUF S K，WONG N H，HAGEN E，et al．The influence of land use on the urban heat island in Singapore[J]．Habitat international，2007，31(2)：232-242.

[7] OKE T R，EAST C.The urban boundary layer in Montreal [J].Boundary-bayer meteorology，1971，1(4)：411-437．

[8] 劉偉東，張本志，尤煥苓，等．1978-2008年城市化對北京地區氣溫變化影響的初步分析[J].氣象，2014，40(1)：94-100．

[9] 李艷紅，趙彩萍，李玉琴，等.太原城市化進程對城市熱島的影響[J].氣象科技，2013，41(2)：360-364.

[10] 周淑貞，吳林.上海下墊面溫度與城市熱島：氣象衛星在城市氣候研究中的應用之一[J].環境科學學報，1987，7(3)：261-268.

[11] 冉桂平，李瑞，任丹，等.濟南市城市熱島效應的時空分布特征[J].西部資源，2011(6)：92-94.

Analysis of the Change Characteristics of Urban Heat Island Intensity in Ji′nan City

SUN Xiao-li1,2, WANG Shi-gong2, ZHAO Yu-cui1et al

(1. Jiyang Meteorological Bureau, Jiyang, Shandong 251400; 2. College of Atmospheric Sciences, Lanzhou University, Lanzhou, Gansu 730000)

By using the hourly and daily average temperature, daily maximum temperature, and the daily minimum temperature in 64 regional automatic meteorological stations in Ji′nan City from 2012 to 2014, we analyzed the diurnal variation and spatial distribution characteristics of urban heat island intensity in Ji′nan City. Results showed that the diurnal variation of the urban heat island intensity was weaker in the day and stronger in the night. Spatial distribution of urban heat island center showed little differences in different seasons in Ji′nan City, which was mainly distributed in Quancheng square and its surrounding downtown zones.

Urban heat island; Intensity; Diurnal variation; Spatial distribution; Ji′nan City

孫小麗(1977- )，女，山東萊州人，工程師，從事應用氣候研究。

2016-09-07

S 16

A

0517-6611(2016)33-0175-03