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《华东师范大学》 2011年
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上海市城市热岛的时间多尺度分析与数值试验

张弛  
【摘要】:人类活动对气候的影响是气候学研究中的重要课题。城市气候便是在区域气候的背景下,在人类活动和城市化的共同影响下形成的特殊局地气候。城市居民和各项设施在每天的生活和生产中消耗大量能源,排放越来越多的人为热。上海作为国际金融中心,快速发展的主要特征之一便是原有的土地利用方式的改变。其密集的人口、交错的道路、林立的建筑物等共同形成了性质特殊的下垫面,并且随着城市化进程日益加速,城市热岛现象愈发严重。 文章正是从这一角度出发,在对大量气象数据进行小波和EMD经验模态多尺度分析的基础上,发现问题,探讨城市下垫面在城市气候中所起的作用。通过使用ENVI、IDL和ARCGIS等软件,数字化上海市航片得到完整下垫面建筑信息;在此基础上定量定性的分析计算城市人为热排放与城市气温及都市空调使用之间的关系;最后修正新一代中尺度模式系统(ARWWRF)中下垫面土地利用类型数据,并耦合城市冠层模型(UCM)的进行数值模拟研究和对比试验,探讨下垫面数据、城市覆盖层模型UCM和人为热各自对城市气候要素的影响。主要工作及结论如下: (1)研究发现上海近136年来的气温变化总体处于一个持续增暖的过程中,近30年来的增温速度超过了以往任何一个时期。其次存在着准70a周期振荡,该时间尺度上气温主要表现为冷-暖-冷-暖四个阶段,40年代的暖期和60年代的冷期构成了上海20世纪气温变化的主要特征。此外还存在着准2a的周期震荡。在不同的时间尺度上,在1920’s后期和1959’s后期有较为明显的温度突变点。 (2)上海近136年来的降水量变化以短时间尺度的周期振荡为其主要变化规律,分别是2-3a、5a、8-10a和40a。其中以40a的周期振荡最为显著,特别是在20世纪初到中后期振荡变化清晰。在更长的时间尺度上,这一地区的降水量正处于上升阶段,而20a以下的时间尺度则相反。 (3)对2004年和2009年上海冬季和夏季的城市热岛分别进行小波和EMD的多尺度分析,小波中心的正负振荡形式很好的与热岛形成对应关系,在不同尺度下冬夏两季均呈现出明显的日变化周期。冬季热岛主要发生于傍晚及夜间,而夏季热岛主要在午后发展强盛,符合春夏较弱,秋冬强的特性。同时由于城市化的影响,2009年热岛强度较之2004年总体上升0.4-0.5℃,并且表现出夏季热岛强度增大更快的特征。 (4)在ENVI、IDL和ARCGIS的辅助下,利用上海市航片进行了上海市下垫面建筑信息数字化。得到相对完整的上海市建筑物分布、高度数据,为研究都市人为排热奠定了基础,并由此对ARWWRF模式中的土地利用数据做了修正,扩大城区面积,使其更准确的反应实际情况。 (5)利用上海市近50年各区县月均温数据,统计分析了各区与崇明夏季每五年均温差,发现热岛效应由市区中心向郊区延伸,范围越来越大,特别是20世纪80年代开始温差呈较大幅增加,城市热岛现象显著;绘制人为热排放流程图,并将城市人为热源进行分类,分析所有可能成为人为热排放源的设施以便定性及控制研究;对供给,消费和排出三种阶段的计算方法进行对比归纳,根据目的不同分别使用;估算上海近30年燃油排热、燃煤排热以及人为热排放总量;统计上海市区和郊区的年均温及年均温差随时间变化及其与人为热排放之间的关系,发现两者之间有很好的相关性;并根据上海工业区、建筑物以及道路的空间分布,得出上海人为热的空间分布。 (6)就上海市夏季空调使用排热对上海市温度影响进行了定性研究,在数字化航片得到的建筑物信息基础上假设楼层和空调密度之间存在相关性,发现空调排热与地面温度反演有着非常良好的一致性,同时也是造成上海城市高温的主要因素之一。 (7)耦合城市冠层模型UCM,利用ARWWRF模式对上海地区春季大气边界层的风场、温度场以及边界层高度等特征值分别进行了土地利用数据修正前后的数值模拟研究,对比结果,发现下垫面土地利用类型由耕地等类型变为城市后,水平风速显著减小,呈现明显城市拖曳作用;垂直速度增大,并由于白天陆面加温作用更为显著,在地面风场的作用下高温中心出现偏于下风方向;近地面气温和边界层高度均更贴近实测值。 (8)为进一步说明城市化对城市气候的影响,设计不同实验,结果显示,使用修正后数据、启动城市冠层模式并加入人为热得出的温度模拟结果最为接近观测值,对于分别代表市区、郊区及快速城市化地区的冬、夏季模拟结果与实测值相关系数R均达到0.9以上。各因子对城市气温的影响根据其所占百分比不同依次为UCM城市模块下垫面土地利用类型人为热排放。城市下垫面较之非城市下垫面的增温作用显著,海风登陆后通过相同距离不同性质下垫面后,经过上海市区的增温幅度可达4.61℃,远远大于经过非市区的1.81℃。 基于以上工作,我们对城市化有了更为直观的理解,也对城市气候的特殊性、复杂性有了更深刻的认识。城市作为我们人类生活聚居的区域,其内部机制、时空分布规律、能量交换都极为复杂。快速的城市化正成为城市气候学者们研究的主要方向之一,而统计方法、数值模拟则发挥着无可取代的作用。怎样合理的利用模式、修改模式也成了我们工作中重要的科学问题。
【学位授予单位】:华东师范大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:X16

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【引证文献】
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1 熊馨;基于室内外耦合解析的室内自然通风研究[D];华中科技大学;2013年
2 韩梦涛;空调排热对建筑空调能耗影响的研究[D];华中科技大学;2013年
【参考文献】
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1 董平;王凤娇;魏敏;;夏季不同下垫面最高温度变化规律及影响因子[J];安徽农学通报(上半月刊);2009年13期
2 邵晓梅;许月卿;严昌荣;;黄河流域降水序列变化的小波分析[J];北京大学学报(自然科学版)网络版(预印本);2006年01期
3 陈炯;郑永光;邓莲堂;;城市建筑物对城市边界层三维结构影响的数值模拟[J];北京大学学报(自然科学版);2007年03期
4 王今殊;李贵才;刘玉洁;曹广真;;北京地区陆表温度空间分布特征[J];测绘科学;2009年06期
5 陈云浩,史培军,李晓兵;基于遥感和GIS的上海城市空间热环境研究[J];测绘学报;2002年02期
6 衡彤,王文圣,丁晶;降水量时间序列变化的小波特征[J];长江流域资源与环境;2002年05期
7 张穗,何报寅,杜耘;武汉市城区热岛效应的遥感研究[J];长江流域资源与环境;2003年05期
8 刘玲;吴坤悌;黄光瑞;陈庭甫;张庆国;;合肥城市发展对热岛强度的影响[J];长江流域资源与环境;2008年S1期
9 闫敏华;张伟;陈泮勤;;RegCM3对三江平原下垫面变化的敏感性检验[J];东北师大学报(自然科学版);2010年01期
10 秦丽杰,张郁,许红梅,刘湘南;土地利用变化的生态环境效应研究——以前郭县为例[J];地理科学;2002年04期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 龙惟定;张蓓红;钟婷;;上海住宅空调能源的现状与发展[A];全国暖通空调制冷2002年学术文集[C];2002年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘志凌;孙燕;;中国耕地保有量多时间尺度分析(英文)[J];Asian Agricultural Research;2009年06期
2 马英洁;秦涛;张爱玲;张贵明;于江;;昌乐县近49a气候变化特征分析[J];安徽农学通报(上半月刊);2010年11期
3 张小娟;高敏华;郭兴芬;;库尔勒市土地利用效益耦合关系研究[J];安徽农学通报(上半月刊);2012年11期
4 谭春英;王绪伟;;基于小波变换的烟台市粮食产量变化特征研究[J];安徽农业科学;2006年12期
5 李德福;李金才;王成雨;;优质小麦烟农19的特征特性及丰产高效栽培技术[J];安徽农业科学;2006年12期
6 邓斌;严平;杨书运;宋卫恒;;多年来合肥市城市与郊县气候变化分析[J];安徽农业科学;2007年13期
7 郑有飞;陈彬彬;赵国强;陈怀亮;吴荣军;;气候变化对植物春季物候影响分析及模拟——以河南郑州为例[J];安徽农业科学;2007年16期
8 沈良芳;高荣斌;吕军;李勇;李捷;张强;;江苏省帕尔默干旱指数的研究[J];安徽农业科学;2007年28期
9 曹士民;江和文;员影;杨文艳;迟春艳;钟莉;;盘锦春季旱涝特征分析[J];安徽农业科学;2007年30期
10 康桂红;郝兰春;杨宗波;杨瑞峰;徐学义;;2006~2007年泰安暖冬成因分析及其影响[J];安徽农业科学;2007年31期
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1 张爱英;任国玉;郭军;王颖;;近30年我国高空风速变化趋势分析[A];2012北京气象学会中青年优秀论文评选论文集[C];2012年
2 韦道明;李崇银;高耀庭;;西太平洋副热带高压东西位置变动及其影响[A];2012北京气象学会中青年优秀论文评选论文集[C];2012年
3 张爱英;任国玉;周江兴;初子莹;任玉玉;唐国利;;中国地面气温变化趋势中的城市化影响偏差[A];2012北京气象学会中青年优秀论文评选论文集[C];2012年
4 赵瑞霞;张宏;吴国雄;李伟平;石爱丽;;中国东部初春水分循环季节推进过程的年代际突变[A];2012北京气象学会中青年优秀论文评选论文集[C];2012年
5 贺映娜;高翔;马新萍;;米仓山植被覆盖及其生长季变化研究[A];2011中国环境科学学会学术年会论文集(第四卷)[C];2011年
6 刘燕;张春云;郭文远;;安阳南阳近57年降水变化异同分析[A];经济策论(下)[C];2011年
7 张俊洁;薛金辉;郭明搏;姬鸿丽;;栾川县近50年降水变化趋势分析[A];经济策论(下)[C];2011年
8 张燕燕;吉志红;安晋森;;近50年来三门峡市降水气温变化特征及极端气候分析[A];经济策论(下)[C];2011年
9 李海;李颂华;;2011年6月7~8日南阳市高温天气过程分析[A];经济策论(下)[C];2011年
10 张新刚;;近52年来焦作市降水变化趋势分析及突变检验[A];经济策论(下)[C];2011年
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1 王婷;EMD算法研究及其在信号去噪中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 刘冬雁;川西高原甘孜黄土记录的早更新世晚期以来的古气候变化[D];中国海洋大学;2009年
3 Dongyan Liu;[D];中国海洋大学;2009年
4 余云军;胶州湾流域与海岸带综合管理研究[D];中国海洋大学;2010年
5 郑小童;热带印度洋海表温度主模态的长周期变化及对温室气体增加的响应[D];中国海洋大学;2010年
6 王润元;中国西北主要农作物对气候变化的响应[D];兰州大学;2010年
7 张科;西部地区纹层湖泊高分辨率孢粉记录的晚全新世环境变化[D];兰州大学;2010年
8 黄伟国;基于振动信号特征提取与表达的旋转机械状态监测与故障诊断研究[D];中国科学技术大学;2010年
9 孙建;基于外骨骼机器人技术的人体手臂震颤抑制关键技术研究[D];中国科学技术大学;2010年
10 穆振侠;高寒山区降水垂直分布规律及融雪径流模拟研究[D];新疆农业大学;2010年
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1 韩筱婕;基于城市热岛减缓的湖泊湿地景观功能连通性研究[D];华中农业大学;2010年
2 高昌鑫;Hilbert-Huang变换改进算法及其在齿轮箱故障诊断中的应用研究[D];河南理工大学;2010年
3 怯志豪;长沙市城市湿地利用保护策略研究[D];中南林业科技大学;2009年
4 张鹏;杭州市主要绿化树种调节温度效应研究[D];山东农业大学;2010年
5 郭际;舰船冲击环境频域与时域特性研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 李海燕;基于EMD的直扩通信窄带干扰自适应抑制研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 李念水;时间序列数据流在线预测研究与应用[D];大连理工大学;2010年
8 伍卉;基于GIS技术的合肥市城市绿地缓解热岛效应作用研究[D];安徽农业大学;2010年
9 秦小安;基于希尔伯特—黄变换的输电线路行波保护方法[D];长沙理工大学;2010年
10 汤琳玲;居住区节约型种植设计问题研究[D];浙江农林大学;2010年
【同被引文献】
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1 张弛;束炯;陈姗姗;;城市人为热排放分类研究及其对气温的影响[J];长江流域资源与环境;2011年02期
2 吴丽;;浅谈空调系统中的排风热回收[J];建筑节能;2009年05期
3 袁旭东,甘文霞,黄素逸;室内热舒适性的评价方法[J];湖北大学学报(自然科学版);2001年02期
4 朱岳梅;姚杨;马最良;刘京;;室外环境热舒适性模型的建立[J];建筑科学;2007年06期
5 李骥;邹瑜;魏峥;;建筑能耗模拟软件的特点及应用中存在的问题[J];建筑科学;2010年02期
6 李先庭,叶瑞芳,李晓锋,陈矣人,赵庆珠,赵彬;天桥剧场观众厅池座椅背送风方案研究[J];建筑热能通风空调;1999年04期
7 邓启红,汤广发,张国强;室内空气环境的数值研究方法[J];建筑热能通风空调;2004年01期
8 许旺发;张旭;;办公建筑能耗动态模拟研究[J];建筑热能通风空调;2006年01期
9 陈慧梅;张宇峰;王进勇;孟庆林;;我国湿热地区人群基础热舒适反应研究(1):实验方法与结果[J];暖通空调;2010年03期
10 张宇峰;陈慧梅;王进勇;孟庆林;;我国湿热地区人群基础热舒适反应研究(2):研究结果的对比分析[J];暖通空调;2010年04期
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 付小艳;陈婕;王占岐;;土地利用变化的驱动力分析[J];安徽农业科学;2007年07期
2 张金前,韦素琼;基于GIS的土地利用变化分析[J];安庆师范学院学报(自然科学版);2004年02期
3 蓝永超;沈永平;林纾;张世强;畅俊杰;;黄河上游径流丰枯变化特征及其环流背景[J];冰川冻土;2006年06期
4 张恩洁;赵昕奕;张晶晶;;近50年深圳气候变化研究[J];北京大学学报(自然科学版)网络版(预印本);2007年01期
5 侯章栓,李晓东;近百年全球气候变化与外强迫因子信号检测[J];北京大学学报(自然科学版);2000年05期
6 刘树华,李洁,文平辉;城市及乡村大气边界层结构的数值模拟[J];北京大学学报(自然科学版);2002年01期
7 陈军锋,陈秀万;SWAT模型的水量平衡及其在梭磨河流域的应用[J];北京大学学报(自然科学版);2004年02期
8 刘建梅,王安志,裴铁璠,刁一伟;杂谷脑河径流趋势及周期变化特征的小波分析[J];北京林业大学学报;2005年04期
9 张学俭;冯仲科;;RS和GIS支持下的我国农牧交错生态脆弱区LUCC研究——以宁夏盐池县为例[J];北京林业大学学报;2006年01期
10 李延明;徐佳;张济和;古润泽;朱虹;;城市绿化对北京城市热岛效应的缓解作用[J];北京园林;2002年04期
中国重要会议论文全文数据库 前2条
1 李秀彬;;土地覆被变化的水文水资源效应研究——社会需求与科学问题[A];土地覆被变化及其环境效应学术会议论文集[C];2002年
2 龙惟定;张蓓红;钟婷;;上海住宅空调能源的现状与发展[A];全国暖通空调制冷2002年学术文集[C];2002年
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1 吴息,丁裕国,王少文;对城市热岛长期变化趋势分析方法的进一步探讨[J];南京气象学院学报;1997年01期
2 赵大庆;韩玺山;;利用气象卫星诊断沈阳地区的城市热岛[J];环境保护科学;1991年03期
3 毛恒青,朱蓉;城市的低空气温分布特征及其对大气污染物扩散的影响[J];城市环境与城市生态;1997年02期
4 薛志成;警惕城市热岛效应[J];生态经济;2002年05期
5 焦敦基;傅哲民;张锦秀;;上海的城市热岛[J];上海环境科学;1991年04期
6 李兴荣;胡非;舒文军;;近15年北京夏季城市热岛特征及其演变[J];气象;2006年08期
7 张云海,李法云,刘闽;沈阳城市热岛变化趋势及其与TSP相关关系的初步分析[J];环境保护科学;2004年02期
8 邓莲堂,束炯,李朝颐;上海城市热岛的变化特征分析[J];热带气象学报;2001年03期
9 刘永裕;刘梅;唐国敏;覃靖;;柳州市城市热岛效应特征分析[J];安徽农业科学;2009年04期
10 李禺;朱晓东;李杨帆;孙翔;;厦门港湾地区填海造地活动的热岛效应分析[J];海洋科学;2009年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 王伟武;姜方鑫;;城市热岛缓减思路与规划对策[A];2010中国环境科学学会学术年会论文集(第一卷)[C];2010年
2 何萍;陈辉;李宏波;席武俊;;云南高原中小城市热岛效应因子的灰色分析[A];第28届中国气象学会年会——S7城市气象精细预报与服务[C];2011年
3 李新宇;郭佳;李薇;;1987~2007年北京中心城区热环境变化[A];2010北京园林绿化新起点[C];2010年
4 李新宇;郭佳;李薇;;1987~2007年北京中心城区热环境变化[A];中国风景园林学会2011年会论文集(上册)[C];2011年
5 刘寿东;姜润;王成刚;王咏薇;;南京夏季城市热岛时空分布观测研究[A];第28届中国气象学会年会——S7城市气象精细预报与服务[C];2011年
6 李丽光;梁志兵;王宏博;李昌杰;王笑影;;不同天气条件下沈阳城市热岛特征分析[A];第28届中国气象学会年会——S7城市气象精细预报与服务[C];2011年
7 谭明艳;李程;李辉;张立杰;;基于Landsat/TM的深圳城市热岛时空变化特征研究[A];第27届中国气象学会年会城市气象,让生活更美好分会场论文集[C];2010年
8 连志鸾;;石家庄市气温时空分布特征及城市热岛变化规律分析[A];新世纪气象科技创新与大气科学发展——中国气象学会2003年年会“城市气象与科技奥运”分会论文集[C];2003年
9 但尚铭;但玻;谭钦文;杨枬;;可吸入颗粒物(PM_(10))空间特点与城市热岛格局的关系分析[A];2011中国环境科学学会学术年会论文集(第二卷)[C];2011年
10 陈伯民;曾智华;;上海“0185”特大暴雨过程中“城市热岛”的作用[A];新世纪气象科技创新与大气科学发展——中国气象学会2003年年会“城市气象与科技奥运”分会论文集[C];2003年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 辛华;沪绿化建设促城市热岛负增长[N];中国花卉报;2008年
2 本报记者 郭志民;减少“城市热岛” 打造避暑胜地[N];营口日报;2009年
3 ;治理城市热岛,低碳是良方[N];无锡日报;2010年
4 记者 王大军;日本全力铲除城市热岛[N];新华每日电讯;2003年
5 通讯员 何军 贾庆宇;沈阳大气所获国家自然科学基金资助[N];中国气象报;2011年
6 记者 邱晓华;城市热岛遭遇绿化狙击[N];中国花卉报;2004年
7 ;日本的“城市热岛”与对策[N];中国建设报;2004年
8 葛进;树木比草地更有助于为城市降温[N];科技日报;2008年
9 本报记者 林培;平复城市中的“热岛”[N];中国建设报;2004年
10 魏景云 张海东;卫星识别城市热岛[N];中国气象报;2003年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张弛;上海市城市热岛的时间多尺度分析与数值试验[D];华东师范大学;2011年
2 谢启姣;城市热岛演变及其影响因素研究[D];华中农业大学;2011年
3 张金区;珠江三角洲地区地表热环境的遥感探测及时空演化研究[D];中国科学院研究生院(广州地球化学研究所);2006年
4 刘剋;基于遥感和GIS的观测气温订正及对LUCC响应研究[D];华东师范大学;2010年
5 周雪帆;城市空间形态对主城区气候影响研究[D];华中科技大学;2013年
6 付晓;北京城市绿色空间时空变化及其生态服务功能响应[D];北京林业大学;2013年
7 吴耀兴;长沙市城区热岛成因及绿地系统缓解热岛效应研究[D];中南林业科技大学;2010年
8 甘霖;面向地表热环境效应改善的北京绿隔规划策略[D];清华大学;2011年
9 贾刘强;城市绿地缓解热岛的空间特征研究[D];西南交通大学;2009年
10 李娟娟;上海城市景观格局演变及其生态安全影响研究[D];复旦大学;2007年
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1 张雍雍;基于城市热岛缓减定量模拟的效益评价研究[D];浙江大学;2011年
2 王莹莹;城市热岛变化特征及其与下垫面之间的关系[D];安徽师范大学;2010年
3 张利;哈尔滨市不同下垫面温度场效应分析[D];哈尔滨师范大学;2012年
4 甘源;居住区热环境规划与微气候设计研究[D];重庆大学;2010年
5 黄丹莲;杭州市城市热岛特征及其模拟研究[D];南京信息工程大学;2013年
6 鲍文杰;上海城市热岛的时空特征及其演化规律研究[D];复旦大学;2010年
7 姜润;南京夏季城市热岛时空分布特征观测及模拟研究[D];南京信息工程大学;2012年
8 韩筱婕;基于城市热岛减缓的湖泊湿地景观功能连通性研究[D];华中农业大学;2010年
9 王丽娟;济南市城市热岛遥感分析及其在城市规划中的应用研究[D];山东师范大学;2010年
10 徐旺全;基于Landsat热红外数据的南京市城市热岛时空效应研究[D];南京林业大学;2012年
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