朝陽市1965年～2020年熱島效應強度變化特征分析

郭佰匯，高 宇，吳 丹

(1.朝陽市氣象局，遼寧 朝陽 122000；2.興安盟氣象局，內蒙古 興安盟 137400；3.龍城區氣象局，遼寧 朝陽 122000)

城市熱島(Urban Heat Island，UHI) 是指城區溫度高于周邊郊區的一種溫度差異的現象，最早由英國科學家 Howard 提出[1]，隨后受到廣泛關注。城市熱島效應對城市氣候、人居環境等有著重要影響。多年來，許多學者就城市熱島效應的時空演變、環境影響等方面開展了大量的研究工作。如劉宇峰等[2]研究了西安城區城市熱島效應強度變化趨勢及影響因素，結果表明人口因素與熱島強度的關系最為密切，常住人口數、常住人口密度和建成區面積是影響熱島強度變化最為直接的因素；如孟凡超等[3]研究了天津城市熱島強度的精細化時空分布特征，結果表明市中心六區為熱島強度最強區域，并由強熱島區向四周輻射，市中心的綠地和水體對熱島強度的增強具有一定的緩解作用；張菊等[4]基于Landsat遙感數據研究了上海市城市熱島效應時空變化分析，結果表明上海市城市熱島效應十分顯著，城市熱島有進一步擴張的趨勢。但諸多學者對熱島效應的研究主要聚焦在北京、上海等大城市[5-9]，較少涉及對中小城市的熱島效應的研究，本研究以中小型城市朝陽市為對象，研究朝陽市1965年以來城市熱島強度的時空變化特征。

1 資料與方法

筆者選用位于朝陽市城區的朝陽縣國家基準站和位于朝陽郊區羊山鎮的羊山氣象觀測站。朝陽站和羊山站相距41km，兩站均位于蒙古高原向沿海平原過渡地帶，海拔接近，地形差異較小，故由此造成的影響可忽略不計。朝陽城區的氣溫用朝陽站的氣溫觀測值表示，郊區的氣溫用羊山站氣溫觀測值表示，城市熱島強度以城區和郊區的溫差來表示，溫差值越大，強度越強，反之亦然。

文中數據選取1965年1月1日～2020年12月31日的逐日的氣溫觀測資料，2008年～2020年的逐小時的氣溫觀測資料，數據來源于國省統一的CIMISS氣象數據服務接口。

2 年平均氣溫變化特征

本研究利用線性擬合的方法分析朝陽地區年平均氣溫的變化趨勢，圖1為1965年～2020年朝陽市城區代表站朝陽縣站和郊區代表站羊山站年平均溫度變化曲線，可以看出1965年～2020年朝陽地區年平均氣溫呈現波動上升的態勢，朝陽縣站年平均氣溫總體增幅明顯高于羊山站。主要可分為兩段，1965年～1992年兩站年平均氣溫變化趨勢及幅度相差無幾；1993年～2020年朝陽縣站年平均氣溫升幅較羊山站明顯偏高，2005年、2010年～2012年期間兩站年平均氣溫均呈明顯的波谷形態。

圖1 朝陽市年平均氣溫年際變化

3 城市熱島效應強度變化特征

3.1 熱島強度年際變化

本研究利用線性擬合的方法分析熱島強度的年變化趨勢，從圖2中可以看出朝陽市熱島效應的形成始于1990年，進入1995年開始逐步加劇，至2003年熱島強度呈激增的趨勢，2005年～2012年熱島強度緩慢減弱，2013年開始顯著增強，隨后呈現平穩趨勢，至近兩年熱島強度出現了小幅下降趨勢。另按年代際劃分，計算得出，20世紀90年代、21世紀初熱島強度呈激增趨勢。而近10年熱島強度增幅放緩，平均為0.81℃。對比朝陽地區熱島強度和年平均氣溫的年度變化，可以發現熱島強度緩慢減弱與年平均氣溫明顯偏低有一定的對應關系。

圖2 朝陽市熱島強度年際變化

3.2 熱島強度月季變化

通過對熱島強度年變化的分析，朝陽市熱島效應形成于1990年，因此對1990年～2020年間逐月熱島強度變化進行分析。由圖3可以看出，朝陽市全年各月均存在熱島效應，其中1月熱島強度最強為1.1℃，2月、9月、12月次之，4月熱島強度最弱為0.4℃。按季節進行劃分，朝陽市熱島強度存在明顯的季節性變化，冬季(12月～次年2月)熱島強度最強，秋季(9月～11月)次之，春季(3月～4月)熱島強度最弱。

圖3 朝陽市熱島強度逐月變化

3.3 熱島強度日變化

分析2008年～2020年逐小時熱島強度見圖4，發現其具有明顯的日變化特征，日間一般為負值，夜間為正值，即日間弱、夜間強，10時～17時期間甚至出現“冷島”的現象。由圖4分析可知，朝陽市熱島強度7時～10時迅速減小，并在10時～17時熱島強度為負值，即城區比郊區氣溫低，出現“冷”的現象，其中12時達到最低-0.36 ℃；17時～20時熱島強度迅速增大，隨后呈平穩態勢，早7時熱島強度達到最大1.43℃。

圖4 朝陽市熱島強度日變化

對不同月份和年份朝陽市熱島強度的日變化進行分析，由圖5a可知，不同月份或季節熱島強度的日變化基本一致，均呈現日間弱、夜間強的特征，除夏季外，其他季節日間均有熱島強度負值時段，其中春季熱島強度日間開始出現負值的時間最早，冬季最晚。但冬季熱島強度日變化最為顯著，早間有一個正值中心，6時～7時達到最強；中午則存在負值中心；最大正負值中心均出現在1月。

圖5 朝陽市熱島強度日變化分析(a.逐月日變化；b.逐年日變化)

由圖5b可知，不同年份熱島強度的日變化也基本呈現日間弱、夜間強的特征，近5年日間熱島強度負值時段有一定縮短，其中2016年熱島強度日變化有一個顯著突變，熱島強度最強時段出現在8時～10時，較其他年份強度明顯偏強，時間后推了2h～3h；熱島強度最弱時段出現在18時，較其他年份明顯偏弱，后推了4h左右。

4 結論

①朝陽市熱島效應的形成始于1990年，20世紀90年代、21世紀初熱島強度呈激增趨勢，近10年熱島強度增幅放緩，平均為0.81 ℃。熱島強度緩慢減弱與年平均氣溫明顯偏低有一定的對應關系。②熱島強度存在明顯的季節性變化，冬季熱島強度最強，春季最弱。全年各月均存在熱島效應，其中1月最強，4月最弱。③熱島強度具有明顯的日變化特征，日間弱、夜間強，日間甚至出現“冷島”的現象，早7時熱島強度達到最大。且日變化特征隨季節和年份變化也表現出一定特點，冬季熱島強度日變化最為顯著，有明顯的正值中心和負值中心，近5年日間熱島強度負值時段有一定縮短。