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《陕西师范大学》 2011年
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西安城市化气候效应研究

王娟  
【摘要】:西安位于我国内陆腹地,地处关中平原,南依我国暖温带与亚热带的分界线—秦岭,具有重要的气候意义。伴随着西安建设国际化大都市目标的一步步接近,城市化水平日益提升,城市环境发生了巨大的变化,形成了独特的城市气候。本文选取了较为全面的城市化指标总结了近20年西安城市发展成果,同时利用1961—2009年的城、郊各气象要素逐时资料针对城市化发展对城区气候的影响展开了统计分析、趋势分析和MM5数值模拟研究,得出以下结论: 1.城市化水平评价:(1)选取与西安城市发展相关的16个指标,将其分成4类(人口类、经济类、社会生活类、地域景观类),分别探讨城市四方面的发展水平以及综合发展水平,分析表明,20世纪90年代以来,西安城市化水平不断提高,尤其在2005-2009年期间城市化指数上升迅速,2009年西安城市化水平是美、日等7国及我国京、沪的城市化平均水平85.9%。(2)水平较高的指标为第二产业产值占GDP比重和人均城市道路面积,水平较低的指标为人均GDP、万人拥有公交车数量和人均绿地面积,因此,GDP总量和人均水平的持续增长,公交车数量和人均水平的持续增加以及人均绿地面积的增加将会在未来城市发展中成为重点,而前两个指标的发展势必会给城市气候带来更多的负面改变和影响。 2.城市化对温度的影响:(1)西安年均温以0.5℃/10a的速率上升,高于全国平均气温的上升速率,以冬季升温为主,最低气温上升速率为0.69℃/10a,最高温度上升速率为0.29℃/10a,自20世纪90年代起上升更为显著。(2)城市化对西安气温的影响主要表现在西安出现了比较明显的“城市热岛”效应,平均而言,热岛强度基本在0.6℃左右,热岛强度的高值体现在最低气温上,极端情况可能达到6℃左右。(3)1-12月中的热岛强度均有所上升,平均而言,以春季(3-5月份)为最高,冬季次之,夏季为比较低。晴天的热岛强度较雨天要大,一天中,白天的热岛强度明显低于夜间,中午(14时左右)最弱,夜晚21时左右最强。(4)剔除了气候的自然变化影响,70年代以来城市发展对城市气温增加的累计贡献率1.15℃。2000-2009年间气温自然变化量为0.9℃,气温的城市影响量为1.0℃,占总气温变化的52.6%。 3.城市化对水汽压和相对湿度的影响:(1)城市化对水汽压和相对湿度的影响主要表现为西安存在“城市干岛和湿岛”效应,从城、郊相对湿度和水汽压的月平均值和年平均值上看,干岛空间分布的范围即临潼、蓝田、西安三个站点及其周边的地区,干岛中心为西安和临潼。(2)西安的干岛效应春夏两季强,秋、冬季最弱。西安干岛和湿岛现象昼夜交替出现,同时干湿岛强度受热岛强度和风速大小的影响显著。干岛效应的日变化特征与热岛强度的日变化特征相似,即午后14时左右强度最小,凌晨2时作于强度最大。 4.城市化对降水的影响:(1)西安站的降水量随着年代有微弱的增多,降水存在着一个明显的20年周期和一个5年的小周期,“城市雨岛”效应并不显著。(2)城市化使得城区大雨和暴雨的发生概率增加,城区的强降水次数要大于郊区,但是小雨和中雨发生的次数要小于郊区,城郊均呈现减少的趋势。 5.城市化对风场的影响:(1)西安近地层全年盛行东北风,风进入市区后,风速比上风向减少17%-39%,出市区后,风速又增加0—13%,因此,城市的发展对盛行风风速起到减小作用。(2)城区风速呈现出减小的趋势,1976年为突变年,近49年来城区风速比蓝田风速减少了0.44m/s。(3)一年中,城、郊风速由大到小依次为冬季、夏季、春季、秋季,冬季风速的减小对全年风速的变化贡献率最大。 6.城市风温场模拟结果:(1)在垂直高度0-1500m间,西安市风速随着高度的增加呈现出先增大后减小,再增大后减小的变化。整体上城市覆盖层内的风速比上层小。在近地面,四季的风速差距不明显,昼夜的风速变化明显,白天对流旺盛时,地而风速往往达到较大值,以春季最为显著。(2)秋季郊区近地层风速的垂直变化远小于城区,热岛环流常在边界层引起风速较大的一层,约出现在200-300m左右高度。(3)垂直方向上,西安市夜晚多会形成接地逆温,冬季逆温层维持时间长,温度相差大,80m以上气温随着高度升高而降低。(4)秋季2时、8时,城区温度在各个高度均高于郊区,形成热岛,14时、20时城区温度在各个高度均低于郊区。(5)在0-50m高度、600m左右、1500m左右,出现湿岛的几率较大,在150m、1000m左右高度,春季干岛出现的几率将增加,夏季湿岛出现的几率将增加。 本文选题立足于气候变化研究的热点问题,结合气象场特点运用相关数值模型,详细研究了西安城市化过程中,城市化对气温、水汽压、湿度、降水和风等气象指标的影响以及城市边界层风温场结构特征,对城市化水平及城市增温效应进行了定量分析,丰富和发展了城市气候分析方法,在理论上具有一定的创新性。
【学位授予单位】:陕西师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:F299.27;P461.8

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