盤錦地區城市熱島效應對降水的影響研究

袁潮 易希延 孫卓

摘 要 選取選取盤錦地區34個區域自動氣象站 2010-2015 年逐日平均氣溫以及2010-2012年降水資料，運用統計對比分析方法，研究城市熱島效應的季節差異及其對降水的影響。結果表明： （1）盤錦地區表現出一定程度的城市熱島效應，但強度并不大。以夏季最為明顯，春季和冬季次之，秋季熱島效應最弱。（2）城市熱島效應對盤錦地區年總降水量分布的影響遠不如大尺度天氣系統，但對弱降水的分布有一定影響， 最主要表現在夏季午后的局部熱對流。（3）在合適的環境條件下，城市熱島環流和海陸風環流耦合，在城區附近形成邊界層輻合線，并加強邊界層內中心城區風場垂直切變，這種強迫有利于對流降水的加強和維持。

關鍵詞 城市熱島；季節；對流降水；海陸風

1 引言

近些年來，我國的城市化進程在飛速發展，同時人口迅速膨脹以及城市規模不斷擴大造成城市下墊面的急劇變化。其導致的城市熱島效應及其對區域氣候系統的影響，已經受到氣象學者的廣泛關注。目前大多數科學工作者主要對于氣候變暖的趨勢及增溫幅度、城市熱島及氣候變暖原因等方面開展研究工作。

“熱島強度”定義為城市中心區的溫度最高值與郊區溫度的差值，用兩個代表性測點的氣溫差值（即熱島強度）表示。越來越多的氣象學者開始關注熱島效應與城市及周邊地區大氣環境、天氣現象（降水）及天氣系統等存在相互作用。孫繼松等對北京城市熱島效應的年際變化及其對降水的影響進行統計分析，結果顯示熱島效應對降水量、降水日數的影響存在明顯的季節和地域特征。束炯等對發生于上海的一次特大暴雨研究表明： 海風鋒和城市熱島的共同作用，可能是強降水的觸發機制。城市熱島效應、海陸風等局地小氣候與天氣尺度系統有著密切的聯系。本文對盤錦地區城市熱島效應季節變化特征分析的基礎上，重點研究熱島效應對降水的影響，并嘗試給予簡要的原因分析與討論。

2 資料和方法

選取盤錦地區34個區域自動氣象站2010-2015 年逐日平均氣溫以及2010-2012年降水資料。分季節研究盤錦地區城市熱島效應，同時統計時段內每個觀測站點的≤1mm（弱降水）作為一個弱降水日，研究熱島效應對降水的影響。并運用典型個例對城市熱島環流及海陸風環流觸發局地對流天氣進行診斷分析。

3 城市熱島年際變化特征

從盤錦地區2010-2015年四季平均氣溫統計情況來看（略）。以雙臺子及興隆臺代表城區，周邊地區代表郊區，總體上盤錦地區表現出了一定程度的城市熱島效應，體現在城區平均氣溫較周圍郊區偏高，但以溫差來表示熱島效應的強度，盤錦地區熱島效應強度并不大，溫差大概在1℃左右。以夏季最為明顯，春季和冬季次之，秋季熱島效應最弱。夏季盤錦地區平均氣溫整體上呈至東北部內陸向西南沿海地區溫度遞減趨勢，但由圖1中可見明顯的出現以雙臺子及興隆臺為中心的溫度大值區。秋季一般受較強的變性高壓控制，各地氣溫較為均一，加之冷暖空氣活躍，而且熱島效應只在無風或弱風的條件下存在，當風力增大時熱量會很快被帶走，對熱島效應產生一定程度的破壞。

4 熱島效應對降水的影響

4.1 弱降水日數對比分析

為了盡可能略去天氣尺度系統對降水造成的干擾，選取≤1毫米日數來代表弱天氣過程給盤錦地區帶來的降水，這種降水往往是發生在弱天氣尺度系統背景下，能最大程度體現局地性、小尺度系統對降水的影響。由圖1可以看出，≤1毫米降水日數大值區主要有兩個，一個位于西南沿海地區，一個位于雙臺子站。形成圖2兩個中心可能的解釋為：以雙臺子站為中心的降雨區主要由城市熱島效應引起，城市熱島效應使城區弱降雨增加，主要原因是城區溫度高，城市熱島效應使城市上空層結不穩定，容易形成對流云和對流性降水，形成一個氣流在城市上空上升，周圍地區下沉并向城區幅合的環流圈。加之城區上空有更多的凝結核，從云物理角度也更有利于降雨過程的云滴增長。統計還顯示，熱島效應對降雨的影響最主要表現在夏季午后的局部熱對流。以西南沿海為中心的降雨區可能與海陸風的影響有一定關系，有研究指出[6]，城市熱島與海風鋒疊加而成的輻合線能激發局地不穩定能量的釋放，從而產生局地強對流天氣。

4.2 典型個例

2013年9月2日08時一次由城市熱島效應觸發的午后對流性降水過程，500hpa高空（圖略）我市處于東北冷渦底部，冷渦后部有橫槽引導冷空氣下滑，高空冷平流強迫配合地面為暖性弱高壓控制，同時天空狀況晴好，午后地面存在明顯的輻射增溫，高低層溫度差動平流造成大氣層結不穩定，為對流天氣的發生提供了環境背景。在城區附近由于熱島效應形成中尺度輻合線（圖2a），觸發了雷暴在此地進一步增強發展，此外，城市建筑物高低不一，粗糙的下墊面使降水雨系減慢，延長了降水時間。從雷達反射率因子回波（圖2b）可以看到，不斷有回波自西北向東南移動，經過我市上空在市區回波有所加強，并出現較長之間的停滯，強回波位于地面輻合線偏南一側，之后回波快速東南移，強度有所減弱。實況降水（圖略）也顯示出市區（興隆臺區）降水明顯大于周邊地區。

5 小結與討論

①盤錦地區表現出一定程度的城市熱島效應，但強度并不大。以夏季最為明顯，春季和冬季次之，秋季熱島效應最弱。②城市熱島效應對年總降水量分布的影響遠不如大尺度天氣系統，但對弱降水的分布有一定影響， 最主要表現在夏季午后的局部熱對流。③城市熱島環流和海陸風環流耦合，在城區附近形成邊界層輻合線，并加強邊界層內中心城區風場垂直切變，這種強迫有利于對流降水的維持。

作者簡介：袁潮（1988.5-），男，漢族，遼寧盤錦人，本科，助理工程師，研究方向：氣象防災減災。