蘭州城市氣候效應(yīng)的時空特征及形成機制研究.pdf

1、伴隨著城市化進(jìn)程高速發(fā)展的同時，城市化對城市各氣候要素產(chǎn)生越來越大的影響，如城市氣候出現(xiàn)“五島”效應(yīng)特征，這對人類的生產(chǎn)生活產(chǎn)生了一系列影響和危害，同時，城市氣候效應(yīng)對全球變暖的貢獻(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、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。近半個世紀(jì)，蘭州市城市化進(jìn)入了一個快速發(fā)展的時期，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、加突出和獨特，迫切需要對蘭州城市氣候效應(yīng)的時空分布特征和形成機制進(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)觀測實驗，利用觀測數(shù)據(jù)并結(jié)合蘭州市及周邊十個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度及其對蘭州市增溫的貢獻(xiàn)率均

3、高于全國水平，冬季的增溫速率和增溫幅度是全國水平的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)日照時數(shù)和日照百分率呈現(xiàn)下降趨勢；蘭州風(fēng)場日落以后河谷山風(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，整體的變化趨勢較為一致。 2.為了研究蘭州市溫濕場空間分布格局，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觀測，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)三個時段的熱場和濕度場特征。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，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：熱場強度高的區(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。濕度場的分布規(guī)律性不強，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：在七里河區(qū)，以西站、貨場、蘭石廠和西部物資市場為中心形成了蘭州市強度最高的地表高溫區(qū)。安寧

6、區(qū)整體熱場強度最弱，強度稍高區(qū)域主要分布在黃河市場至十里店一帶，大學(xué)城區(qū)域有逐漸增強的趨勢。在西固區(qū)，熱場強度高的區(qū)域基本和生活區(qū)的分布范圍相一致，在工業(yè)廠區(qū)熱場強度相對并不高。 3.為了研究蘭州市城市氣候效應(yīng)的形成機制和變化機理，首先，利用波文比觀測數(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

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)和社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)：分析了蘭州城市發(fā)展相關(guān)指標(biāo)與城市熱島強度之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)各項指標(biāo)

8、與熱島強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，對蘭州城市氣候效應(yīng)的變化進(jìn)行了趨勢預(yù)測，并對各要素時間序列的記憶長度進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：各要素時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，變化具有持續(xù)性特征；年均和四季相對濕度呈波動下降的趨勢仍將持續(xù)，而且持續(xù)性較強。未來春、冬季節(jié)降水量仍將持續(xù)遞減，夏季降水