收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

河谷城市兰州热岛效应的观测与数值模拟

王腾蛟  
【摘要】:随着城市化水平的不断提高,城市热岛效应及其对区域气候、环境和人体健康的影响己获得广泛关注。近50年来,兰州市城市化进程加快,城市热岛效应显著。但是,兰州市独特的河谷地形分布与复杂的下垫面性质,使得兰州市边界层结构及地表辐射能量平衡等特征较其他下垫面有很大不同。因此,开展对兰州市热岛效应的时空特征及形成机制的研究具有非常重要的现实意义。 通过对比兰州市区站和榆中郊区站55年(1956~2010年)的逐日平均气温、最低气温和最高气温观测数据,总结了兰州市热岛效应的长时间尺度的演变规律,并定量分析了热岛效应对城市站温度序列的影响。在成功利用WRF中尺度数值模式模拟复杂地形自然下垫面边界层的基础上,运用WRF模式耦合城市冠层模块(UCM)对兰州市冬季个例(2005年1月25-27日)和夏季个例(2009年7月27-29日)的城市热岛效应进行了高分辨率数值模拟。通过与去城市下垫面敏感性试验的对比,系统地分析了城市下垫面对兰州市边界层、山谷风环流、地表辐射平衡及地表能量平衡的影响程度。主要结果如下 (1)兰州城市热岛效应明显,并且热岛效应在最低气温上表现最显著。55年来,兰州市热岛强度的年代际变化具有明显的阶段性特征:1986年是显著的跃变点,跃变前后年平均气温热岛强度升高了1.04℃。夏季的热岛强度最大春秋季次之,冬季最小;但冬季热岛强度的增强趋势最为显著,增幅可以达到3℃。兰州市热岛强度同样具有明显的日变化特征:夜间强,白天弱,冬季正午还会出现城区温度低于郊区的冷岛效应。 1956~2010年,年平均热岛增温率和增温贡献率分别为0.34℃/10a和69.4%,城市热岛效应对兰州站气温序列的影响不容忽视。1986年增温跃变后,年平均热岛增温率和增温贡献率分别减小到0.13℃/10a和22.4%,自然因素引起的增温贡献比重增加。冬季平均最低气温的热岛增温率最高,可以达到0.84℃/10a。 (2)WRF中尺度数值模式能很好地模拟出复杂地形条件下的边界层结构及地表辐射和能量平衡场特征。通过与兰州大学半干旱气候与环境观测站(SACOL)观测资料的对比发现,加入了非局地混合作用以及边界层顶夹卷作用的YSU边界层参数化方案能够更好地模拟出对流边界层的的结构特征,而MYJ局地闭合方案则对稳定边界层的模拟表现更优。 (3)兰州市冬季的热岛强度日变化曲线呈现双峰结构,峰值出现在19:00和06:00,谷值出现在13:00;夏季则变为单峰结构,峰值出现在20:00,谷值出现在10:00。冬季热岛效应维持时间长于夏季。 通过与去城市下垫面模拟结果对比可知,城市下垫面上的近地层气温高于自然下垫面,并且在夜间表现最明显,冬季温差约为2.4℃,夏季则可以达到4.0℃。城市由于建筑物对风的阻挡作用导致近地层风速小于自然下垫面,风速差值约为1.0-1.5m.s-1。城市下垫面对兰州市热岛强度的贡献率约为40%,而其他因素(如人为热排放等)对热岛强度的贡献也相当可观。 夜间,兰州站200m以下的近地层大气保持了白天的混合层特征;热岛环流的上升运动促进了山风环流,使得Urban试验上升气流达到的高度高于Nature试验近400m。冬季白天,由于山峰加热效应,两试验模拟的位温廓线在400m-600m高度间均存在一个脱地逆温层;11:00~15:00兰州站上空300m以下出现弱上升气流,抑制了谷风下沉支气流的发展。夏季白天,太阳辐射强烈,谷底的大气迅速升温,剧烈的湍流运动使得河谷中的大气混合均匀,1000m以下大气呈现近中性结构;16:00~20:00河谷中的气流转为上升运动,上升高度超过1000m,此时段内热岛环流与谷风环流相互促进。 兰州市城乡地表辐射平衡存在差异的重要原因是城乡下垫面属性的不同。城市地表长波辐射的加热作用是造成城市热岛强度夜间强于白天的主要原因。城市下垫面对太阳辐射的“截陷”效应导致净辐射通量大于自然下垫面。由于建筑材料的不透水性,城市下垫面潜热通量远小于感热通量,且城市的储热能力明显增强。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 陈业国;农孟松;;2003—2006年南宁市热岛强度变化特征[J];气候变化研究进展;2009年01期
2 苗曼倩;城市热岛效应对污染物扩散规律影响的数值模拟[J];大气科学;1990年02期
3 闫少锋;张金池;张波;陆茜;王永平;俞红;张增信;;2008年南京市热岛效应演变特征及其对城市居民生活影响[J];气象与环境学报;2011年01期
4 林学椿,于淑秋;北京地区气温的年代际变化和热岛效应[J];地球物理学报;2005年01期
5 龚宇;余淼;王璞;武瑞焕;;典型重工业城市热岛效应特征分析——以唐山市为例[J];资源科学;2010年06期
6 田国珍;;临汾市城市热岛特征分析[J];科技情报开发与经济;2008年27期
7 蒋世章;余明;季青;;城市热岛效应研究综述[J];大众科技;2008年12期
8 孙凤华;韩玺山;;辽宁中部城市群冬季热岛效应的风场温度场客观分析[J];气象与环境学报;1992年03期
9 朱正伟;王猛;;城市热岛效应的危害及对策[J];污染防治技术;2009年02期
10 孙化南;热岛效应与热污染[J];知识就是力量;2002年09期
11 毛磊;;热岛效应会增加城市降雨量[J];科学大观园;2003年01期
12 史瑞华;;通过绿化缓解城市热岛效应初探[J];山西林业;2008年01期
13 王海岩;;论热岛效应与景观设计的关系[J];美与时代(上);2010年06期
14 陈榛妹;兰州的城市热岛效应[J];高原气象;1991年01期
15 唐伶俐,陈刚,戴昌达;南京市热岛效应的卫星遥感[J];国土资源遥感;1993年02期
16 张科平;改善上海城市热岛效应的对策研究[J];上海铁道大学学报;1998年08期
17 霍寿喜;城市为啥那么热?[J];科学大众(中学版);2002年06期
18 刘转年;阴秀菊;;西安城市热岛效应及气象因素分析[J];干旱区资源与环境;2008年02期
19 冯娴慧;周荣;;国外城市气候特征的研究进展[J];佛山科学技术学院学报(自然科学版);2010年01期
20 郑澍奎;;山地城市空间形态对热环境的影响[J];西华大学学报(自然科学版);2010年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 张建涛;孟小绒;樊慧丽;王建鹏;刘小英;薛荣;;西安市城区热岛效应现状和改善对策[A];2004年全省气象学术交流会论文集[C];2004年
2 谢元礼;范熙伟;韩涛;段汉明;刘辉;王懿;;基于TM影像地表温度反演的兰州市热岛效应时序分析[A];第十七届中国遥感大会摘要集[C];2010年
3 刘伟东;季崇萍;仲跻芹;;北京城市热岛效应的时空分析[A];推进气象科技创新加快气象事业发展——中国气象学会2004年年会论文集(下册)[C];2004年
4 韦寿赛;梁玉春;;北流市热岛效应分析[A];第三届广西青年学术年会论文集(自然科学篇)[C];2004年
5 金高松;苏化敏;葛红卫;张马兵;杨应红;;安庆市热岛效应年际变化分析[A];推进气象科技创新加快气象事业发展——中国气象学会2004年年会论文集(下册)[C];2004年
6 谢庄;崔继良;陈大刚;;北京城市热岛效应的昼夜变化特征[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
7 李延明;冯久莹;郭桂;徐佳;古润泽;;城市绿化对北京城市热岛效应的缓解作用[A];北京奥运和城市园林绿化建设论文集[C];2002年
8 王波;饶永;;透水性铺装与城市热岛效应[A];绿色建筑与建筑物理——第九届全国建筑物理学术会议论文集(一)[C];2004年
9 丁金才;叶其欣;;上海城市热岛效应对高温预报和分布诊断的影响[A];大气科学发展战略——中国气象学会第25次全国会员代表大会暨学术年会论文集[C];2002年
10 丘平珠;唐炳莉;黄梅丽;;桂林城市热岛效应特征分析[A];中国气象学会2008年年会城市气象与城市可持续发展分会场论文集[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 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
2 田喆;城市热岛效应分析及其对建筑空调采暖能耗影响的研究[D];天津大学;2005年
3 赵伟;基于遥感的土地利用/覆盖变化及其生态环境效应研究[D];西南大学;2008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 王晓峰;复杂下垫面环境上海局地强对流天气研究[D];中国气象科学研究院;2013年
6 贡璐;干旱区城市热岛效应定量研究[D];新疆大学;2007年
7 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
8 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
9 雷芸;持续发展城市绿地系统规划理法研究[D];北京林业大学;2009年
10 王志浩;山地城镇热岛特征与测评方法研究[D];重庆大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王腾蛟;河谷城市兰州热岛效应的观测与数值模拟[D];兰州大学;2013年
2 李鉴清;基于遥感数据和景观生态理论的合肥市热岛效应动态分析[D];安徽农业大学;2012年
3 廖诗家;街区尺度下热岛效应的规划缓解对策研究[D];中南大学;2012年
4 厉燕;基于缓解热岛效应的森林城市规划研究[D];浙江农林大学;2012年
5 林哲;城市热场景观格局与热岛效应驱动力分析[D];中山大学;2012年
6 许启慧;天津地区海陆风时空变化特征及其对热岛效应的响应研究[D];南京信息工程大学;2012年
7 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
8 罗婷婷;马鞍山市城市绿地缓解热岛效应的研究[D];安徽农业大学;2012年
9 苏德勒格其;呼和浩特市城市热岛效应研究[D];内蒙古大学;2009年
10 房贞丽;绍兴市城区扩张与热岛效应的研究[D];南京信息工程大学;2005年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 培栋;广州“青山绿地”缓解热岛效应[N];中国花卉报;2004年
2 本报记者 薛冬 本报通讯员 吴保平;热岛效应为京城增温几何[N];光明日报;2001年
3 唐砚玉 高富华 江峰 本报记者 陈四四 郭燕;热岛效应之四川地图[N];四川日报;2006年
4 罗俊强;绿化缓解热岛效应有了科学依据[N];中国绿色时报;2004年
5 记者 唐砚玉 高富华;雅安向“热岛效应”说不[N];雅安日报;2006年
6 记者 袁丁实习生 黄丽 通讯员 袁明华;天河黄埔最热[N];南方日报;2008年
7 王丽娟;城市高温拷问热岛效应[N];中国改革报;2005年
8 毕舸;楼市“热岛效应”遮蔽调控辐射[N];证券时报;2007年
9 杜娟;“广州哪儿最热?天河黄埔”[N];广州日报;2008年
10 张蕾;不容忽视的城市“热岛效应”[N];光明日报;2003年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978