不同天氣條件下沈陽城市熱島特征分析

趙鐘博

摘要：結合沈陽氣象站近些年記錄的氣象資料，分析沈陽城市熱島效應與不同天氣的關系。研究結果顯示，無論天氣條件如何，其在08時熱島效應表現(xiàn)最弱，而在其他天氣條件下20時熱島效應表現(xiàn)最強，同時14時最弱；且熱島效應在白天強度均低于夜間。同時，沈陽熱島效應在晴朗無風條件下白天與夜間相差最大，達到0.73℃。

關鍵詞：天氣條件；沈陽城市；熱島效應

一、 城市熱島效應概述

城市熱島效應（UHI effect）主要是由于市區(qū)存在大量人工發(fā)熱設施，建筑物與道路比較密集，同時隨著人口的快速增加，導致市區(qū)綠地面積急劇減少等因素，直接造成市區(qū)存在大量高蓄熱物體，使城市市區(qū)溫度高于郊區(qū)溫度，發(fā)生城市“高溫化”現(xiàn)象。在觀察城市周邊溫度地圖，可以看出郊區(qū)溫度變化范圍比較小，而城市溫度處于較高溫度區(qū)間，比較形象就好像城市在周圍凸起一部分，這就是城市熱島效應。影響城市熱島效應的因素很多，如市區(qū)人口規(guī)模、供熱設備及空氣質量等。目前統(tǒng)計城市熱島效應強度的方法主要利用記錄市區(qū)溫度與郊區(qū)溫度的溫差來說明城市受到的熱島效應的強度大小，下文有關沈陽城市熱島效應強度采用此方式。

二、沈陽城市在晴朗無風的天氣條件下熱島特征分析

根據(jù)統(tǒng)計沈陽城市天氣條件發(fā)現(xiàn)，在晴朗無風天氣條件時，其城市熱島效應強度在14時達到最弱，在20時達到最強。且白天的熱島效應強度低于夜間，熱島效應造成的溫度差達到0.73℃，是所有觀測的天氣中熱島效應造成的溫度差值最高的天氣，這個結果說明城市熱島效應極易在晴朗無風的天氣條件下形成。分析可知，在晴朗無風的天氣情況下，由于白天太陽輻射，郊區(qū)與市區(qū)吸收的熱量大致相同，導致熱島效應不明顯；而在夜間，市區(qū)的綠色程度較低，硬化面積過大，造成郊區(qū)的下墊面導熱率與熱容量低于市區(qū)，使市區(qū)具有較高的蓄熱能力，因此在夜間，市區(qū)的溫度下降速度就會低于郊區(qū)溫度下降的速度。另外，沈陽市區(qū)中大量建筑物在白天可以吸收大量熱量，這也影響市區(qū)溫度下降的速度。以上因素都促使了沈陽市區(qū)與郊區(qū)在夜間具有較大的溫差，使得其具有較大的熱島效應。表1為在不同季節(jié)晴朗無風的天氣熱島效應強度狀態(tài)。從中可以看出，冬季的熱島效應最強，這主要是由于沈陽市區(qū)在冬季取暖產(chǎn)生大量的熱量，同時釋放大量廢氣，而且市區(qū)空間相對密閉，熱量不容散失，造成市區(qū)溫度高于郊區(qū)溫度。

三、沈陽城市在下雨的天氣條件下熱島特征分析

在下雨天氣條件下，沈陽城市熱島效應強度在14時達到最弱，在20時達到最強，而且數(shù)據(jù)統(tǒng)計表明小雨、中雨、大雨與暴雨的熱島效應表現(xiàn)規(guī)律一致，推測表明可能熱島效應與降水量有關，因為沈陽市區(qū)每次下雨的降水量都差不多。結合沈陽城市降水量具體數(shù)據(jù)分析，其熱島效應的強度確實受到雨水的分布、持續(xù)時間以及降水量等因素的影響，而且沈陽城市熱島效應強度隨著降水量的減小而減弱。具體原因可能是由于水的比熱容比較大，較大的降水量會吸收較多的熱量，同時下雨時，其云彩會直接遮擋太陽對地面的熱量輻射，這同樣會影響市區(qū)與郊區(qū)，因此使得沈陽市區(qū)熱島強度表現(xiàn)比較低。如表2所示：

四、沈陽城市在霧的天氣條件下熱島特征分析

根據(jù)沈陽氣象資料可知，其出現(xiàn)濃霧天氣的樣本占起霧天氣的樣本的比例較低，因此分析時，將兩者統(tǒng)一進行分析。在有霧天氣條件下，沈陽城市熱島效應強度在08時表現(xiàn)的最弱，在20時表現(xiàn)的最強，而且數(shù)據(jù)顯示熱島效應的強度和霧的出現(xiàn)與消散時間長度相關。根據(jù)不同霧的種類特征可知，沈陽地區(qū)起霧屬于輻射霧。在有霧的天氣條件下，直接會影響太陽對市區(qū)與郊區(qū)的輻射作用，降低了市區(qū)與郊區(qū)的地面溫度，因此使市區(qū)與郊區(qū)之間的溫差減小，從而減弱了市區(qū)的熱島效應強度。隨著霧的強度的增加，市區(qū)熱島效應強度逐漸降低，這顯示霧會明顯較弱市區(qū)的熱島效應。分析可知，因為霧可以極大地遮擋太陽對于地面的輻射作用，這時僅有散射輻射起作用，這就使得市區(qū)與郊區(qū)之間的溫差減小，降低市區(qū)熱島效應的強度。

五、沈陽城市在不同風速的天氣條件下熱島特征分析

結合沈陽城市不同風速天氣條件下的相關數(shù)據(jù)分析，而且沈陽地區(qū)六級以上風速天氣天數(shù)占整個樣本的比例很低，可以忽略。研究結果顯示，在不同風速條件下，沈陽城市熱島效應強度在14時表現(xiàn)最弱，同時在20時表現(xiàn)最強；而且城市熱島效應強度隨著風速的減弱而減弱，這就說明城市熱島效應強度與風速有關。分析可知，在較強風速作用下，會直接引起空氣層結的不穩(wěn)定，使空氣在水平與垂直方向具有較強的混合作用，這就會使市區(qū)的熱量被地面風吹走，可以起到減弱城市熱島效應的作用。另外在不同風速情況下，白天的熱島效應強度均低于夜間。表3為不同風速下熱島效應強度。

總結

通過以上內(nèi)容表明，不同天氣條件下沈陽城市熱島效應強度有所不同，同時由于現(xiàn)在城市的氣象觀測點較小，不能全面地了解不同天氣條件對于市區(qū)熱島效應的影響，使得此項研究具有一定的局限性。所以，要結合沈陽市區(qū)的實際情況，科學合理增加氣象觀測點的設置，對市區(qū)不同方向與不同位置的城市熱島效應進行精確地了解，這樣就可以幫助預測更精確地市區(qū)天氣預報，同時合理規(guī)劃城市布局，打造市區(qū)通風路線，防止霧霾的形成具有重要意義。

參考文獻：

[1]徐祥德，周秀驥，施曉暉. 城市群落大氣污染源影響的空間結構及尺度特征[J].中國科學，2005

[2]劉玉徹，王連仲等.沈陽2007年城市熱島研究[J]. 環(huán)境科學與技術，2011