蘭州城市氣候效應(yīng)的時(shí)空特征及形成機(jī)制研究.pdf

1、伴隨著城市化進(jìn)程高速發(fā)展的同時(shí)，城市化對(duì)城市各氣候要素產(chǎn)生越來越大的影響，如城市氣候出現(xiàn)“五島”效應(yīng)特征，這對(duì)人類的生產(chǎn)生活產(chǎn)生了一系列影響和危害，同時(shí)，城市氣候效應(yīng)對(duì)全球變暖的貢獻(xiàn)問題已經(jīng)引起廣泛關(guān)注。目前，城市氣候效應(yīng)研究在城市生態(tài)環(huán)境的建設(shè)、城市規(guī)劃、城市建筑設(shè)計(jì)、城市能源利用以及居民生活健康等應(yīng)用領(lǐng)域都具有重要的意義。近半個(gè)世紀(jì)，蘭州市城市化進(jìn)入了一個(gè)快速發(fā)展的時(shí)期，人為和自然因素的綜合作用使得蘭州城市化氣候效應(yīng)較其它城市表現(xiàn)更

2、加突出和獨(dú)特，迫切需要對(duì)蘭州城市氣候效應(yīng)的時(shí)空分布特征和形成機(jī)制進(jìn)行研究，本研究主要進(jìn)行了以下方面的工作： 1.在蘭州大學(xué)本部和榆中校區(qū)進(jìn)行了一年的波文比系統(tǒng)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)，利用觀測(cè)數(shù)據(jù)并結(jié)合蘭州市及周邊十個(gè)氣象站自建站以來的氣象數(shù)據(jù)，研究了蘭州城市氣候各要素的特征和城市近地層空氣的溫濕特征，分析了“五島”效應(yīng)及其日、季節(jié)和年際變化特征。研究表明：蘭州市較其它城市的城市氣候效應(yīng)更加突出，近五十年蘭州市熱島強(qiáng)度及其對(duì)蘭州市增溫的貢獻(xiàn)率均

3、高于全國(guó)水平，冬季的增溫速率和增溫幅度是全國(guó)水平的2倍.一年四季城市存在明顯的城市干島現(xiàn)象，夏季城市的干島效應(yīng)最為顯著，冬季較弱；城市濕島效應(yīng)并不明顯；蘭州市城區(qū)日照時(shí)數(shù)和日照百分率呈現(xiàn)下降趨勢(shì)；蘭州風(fēng)場(chǎng)日落以后河谷山風(fēng)疊加熱力環(huán)流，風(fēng)速較大，白天谷風(fēng)和熱島環(huán)流相互削弱，風(fēng)速減弱，城區(qū)的平均風(fēng)速小于郊區(qū)風(fēng)速，冬季靜風(fēng)頻率高；蘭州市并不存在雨島效應(yīng)，四季降水量除夏季以外，都是波動(dòng)遞減的，夏季7月份上升幅度不足1mm/10a。近地層大氣溫濕

4、梯度主要受下墊面影響較大，整體的變化趨勢(shì)較為一致。 2.為了研究蘭州市溫濕場(chǎng)空間分布格局，首先，在蘭州市城區(qū)進(jìn)行了四季各氣候要素的汽車流動(dòng)觀測(cè)，結(jié)合GIS空間插值技術(shù)，模擬分析了蘭州市城區(qū)四季-日內(nèi)三個(gè)時(shí)段的熱場(chǎng)和濕度場(chǎng)特征。然后，基于TM6熱紅外遙感數(shù)據(jù)，利用覃志豪單窗算法和JMS普適性單通道算法，定量反演了蘭州城市地表溫度場(chǎng)，分析了蘭州市地表溫度的空間分布規(guī)律和剖面特征。研究表明：熱場(chǎng)強(qiáng)度高的區(qū)域出現(xiàn)在人口和建筑容積率高的商

5、貿(mào)區(qū)和大型住宅區(qū)、能耗大和熱源強(qiáng)度高的工業(yè)區(qū)。低溫區(qū)主要出現(xiàn)在植被覆蓋好、建筑容積率低的城市周邊區(qū)域。濕度場(chǎng)的分布規(guī)律性不強(qiáng)，高濕度區(qū)與高植被覆蓋區(qū)基本一致。綠地、水體，建筑容積率，人口密度，能耗、下墊面性質(zhì)和城市功能分區(qū)的分布差異，使得城市溫濕場(chǎng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)存在相當(dāng)大的差異，其中植被覆蓋度的影響最大。在城關(guān)區(qū)，高溫區(qū)的分布比較破碎，斑塊化程度比較強(qiáng)：在七里河區(qū)，以西站、貨場(chǎng)、蘭石廠和西部物資市場(chǎng)為中心形成了蘭州市強(qiáng)度最高的地表高溫區(qū)。安寧

6、區(qū)整體熱場(chǎng)強(qiáng)度最弱，強(qiáng)度稍高區(qū)域主要分布在黃河市場(chǎng)至十里店一帶，大學(xué)城區(qū)域有逐漸增強(qiáng)的趨勢(shì)。在西固區(qū)，熱場(chǎng)強(qiáng)度高的區(qū)域基本和生活區(qū)的分布范圍相一致，在工業(yè)廠區(qū)熱場(chǎng)強(qiáng)度相對(duì)并不高。 3.為了研究蘭州市城市氣候效應(yīng)的形成機(jī)制和變化機(jī)理，首先，利用波文比觀測(cè)數(shù)據(jù)，研究了蘭州市區(qū)下墊面輻射收支狀況和輻射差額的變化特征及其影響因子。然后，通過波文比一能量平衡模型和能量平衡一空氣動(dòng)力學(xué)阻抗模型，進(jìn)行了城市水熱通量的估算與城市陸面過程研究，對(duì)

7、蘭州城市氣候形成的根源：能量交換過程進(jìn)行了分析。采用建筑一城市一土壤同步仿真模型，通過建筑熱系統(tǒng)和城市氣候的耦合模擬估算了具體條件下的蘭州城市熱島效應(yīng)，得到了作為中尺度城市氣候效應(yīng)研究的城市覆蓋層的能量通量的分配特征，以及城市覆蓋層內(nèi)各氣候要素的時(shí)空分布規(guī)律，得到了影響城市熱島效應(yīng)的城市建筑相關(guān)因子的特征，為緩解城市熱島效應(yīng)提供了理論依據(jù)。利用蘭州市城市建設(shè)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)：分析了蘭州城市發(fā)展相關(guān)指標(biāo)與城市熱島強(qiáng)度之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)各項(xiàng)指標(biāo)

8、與熱島強(qiáng)度均具有較大的相關(guān)性，蘭州城市氣候效應(yīng)與人口數(shù)量、城市規(guī)模、城市下墊面狀況和城市大氣狀況等因素關(guān)系密切。 4.應(yīng)用基于分形理論的R/S分析方法，對(duì)蘭州城市氣候效應(yīng)的變化進(jìn)行了趨勢(shì)預(yù)測(cè)，并對(duì)各要素時(shí)間序列的記憶長(zhǎng)度進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：各要素時(shí)間序列存在著明顯的分形結(jié)構(gòu)，年均和四季氣溫將都呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，變化具有持續(xù)性特征；年均和四季相對(duì)濕度呈波動(dòng)下降的趨勢(shì)仍將持續(xù)，而且持續(xù)性較強(qiáng)。未來春、冬季節(jié)降水量仍將持續(xù)遞減，夏季降水