高原城市熱島效應(yīng)分析

摘要：隨著全球氣候變暖的加劇和城市化的不斷推進(jìn)，近幾十年里，拉薩市的最高氣溫、最低氣溫與平均氣溫等氣象指標(biāo)發(fā)生很大的變化，城市局地小氣候不斷加強(qiáng)。利用2011—2020年的資料，按經(jīng)緯度測(cè)算拉薩市16個(gè)氣象觀測(cè)站到市中心的距離，將其分為城區(qū)站、近郊站和遠(yuǎn)郊站，討論城市熱島效應(yīng)。分析結(jié)果表明，拉薩市城區(qū)存在明顯的熱島效應(yīng)，熱島效應(yīng)夜強(qiáng)晝?nèi)?，站點(diǎn)距離城區(qū)越遠(yuǎn)，其特征越明顯。

關(guān)鍵詞：高原；城市熱島效應(yīng)；氣溫；拉薩市

中圖分類號(hào)：X16 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500（2025）01-0-04

Analysis of Urban Heat Island Effect in Plateaus

Abstract： With the intensification of global climate change and the continuous advancement of urbanization， in recent decades， meteorological indicators such as the highest temperature， lowest temperature， and average temperature in Lhasa city have undergone significant changes， and the local microclimate in the city has been continuously strengthened. Using data from 2011 to 2020， the distance from 16 meteorological observation stations in Lhasa city to the city center is calculated based on latitude and longitude， and they are divided into urban stations， suburban stations and suburban stations to discuss the urban heat island effect. The analysis results indicate that there is a significant heat island effect in the urban area of Lhasa city， which is stronger at night and weaker during the day， and the farther the station is from the urban area， the more obvious its characteristics become.

Keywords： plateau; urban heat island effect; temperature; Lhasa city

自從出現(xiàn)全球氣候變暖現(xiàn)象后，人們開(kāi)始關(guān)注其原因。就城市而言，最為突出和明顯的特征就是城區(qū)溫度高于郊區(qū)的城市熱島效應(yīng)。改革開(kāi)放以后，人民的生活水平得到很大的提升，大量人口向城市涌進(jìn)，使得城市規(guī)模和人口都出現(xiàn)大幅度的膨脹，因此人類活動(dòng)對(duì)氣候的影響日益變得顯著。城市大氣含有大量溫室氣體，人類活動(dòng)的各類能源消耗排放熱量，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)自然界的調(diào)節(jié)能力，導(dǎo)致城市熱島效應(yīng)等城市微氣候特征變得越發(fā)明顯，使其慢慢變成城市生態(tài)環(huán)境的一大公害[1]。城市熱島效應(yīng)是指城區(qū)整體或局部溫度高于郊區(qū)或鄉(xiāng)村地區(qū)的現(xiàn)象，在近地面氣溫圖上，城市中心的高溫區(qū)就像一處突出海面的島嶼，因此被稱為城市熱島。下面以拉薩市為研究對(duì)象，將16個(gè)氣象觀測(cè)站分為城區(qū)站、近郊站和遠(yuǎn)郊站，對(duì)城市熱島效應(yīng)進(jìn)行研究。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)自16個(gè)氣象觀測(cè)站，站點(diǎn)可以分為3類。一是拉薩市域范圍內(nèi)設(shè)立的無(wú)人自動(dòng)氣象站，包括達(dá)孜站、曲水站、堆龍德慶站和林周站。二是拉薩市域范圍內(nèi)設(shè)立的人工氣象站，包括拉薩本站、墨竹工卡站、當(dāng)雄站和尼木站。三是拉薩市氣象局在城內(nèi)設(shè)立的城市熱島效應(yīng)監(jiān)測(cè)站，包括羅布林卡站、布達(dá)拉宮站、稅務(wù)林站、柳梧新區(qū)站、東城站、經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)站、生態(tài)園站和拉魯濕地站。

1.2 分析方法

在城市熱島地面氣象觀測(cè)研究中，一般以熱島中心氣溫減去同時(shí)間同高度附近郊區(qū)站的氣溫差值來(lái)表示城市熱島強(qiáng)度[2]。另外，城市熱島強(qiáng)度可以用城區(qū)各站平均氣溫與同時(shí)間同高度附近郊區(qū)各站的平均氣溫差值來(lái)表示[3]。在研究拉薩市的城市熱島效應(yīng)時(shí)，通過(guò)經(jīng)緯度推算站點(diǎn)到拉薩市中心（拉薩本站）的距離，按照距離的遠(yuǎn)近，將監(jiān)測(cè)熱島效應(yīng)的8個(gè)站點(diǎn)和拉薩本站定義為城區(qū)站，將自動(dòng)站中的達(dá)孜站、堆龍德慶站及林周站定義為近郊站，將3個(gè)人工站及曲水站定義為遠(yuǎn)郊站，3類站點(diǎn)相互對(duì)比，分析拉薩市城市熱島效應(yīng)的變化規(guī)律。

一是城區(qū)站。8個(gè)熱島效應(yīng)監(jiān)測(cè)站于2011年8月開(kāi)始運(yùn)行，前期觀測(cè)資料不穩(wěn)定，在選取數(shù)據(jù)時(shí)，2011年數(shù)據(jù)采用內(nèi)插法進(jìn)行處理。對(duì)2011年1月至2020年12月的資料進(jìn)行分析，將拉薩本站、羅布林卡站、布達(dá)拉宮站、稅務(wù)林站、柳梧新區(qū)站、東城站、經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)站、生態(tài)園站和拉魯濕地站的氣溫平均值作為城區(qū)站的氣溫，如式（1）所示。二是近郊站。將3個(gè)無(wú)人自動(dòng)站達(dá)孜站、堆龍德慶站、林周站2011年1月至2015年12月的氣溫平均值作為近郊站的氣溫，如式（2）所示。三是遠(yuǎn)郊站。將3個(gè)人工氣象站尼木站、當(dāng)雄站、墨竹工卡站及1個(gè)自動(dòng)站曲水站2011年1月至2015年12月的氣溫平均值作為遠(yuǎn)郊站的氣溫，如式（3）所示。

T城區(qū)=1/9（TLS+TLB+TBD+TSW+TLW+TDC+TJJ+TST+TLL）（1）

T近郊=1/3（TDZ+TDL+TLZ）（2）

T遠(yuǎn)郊=1/4（TNM+TDX+TMZ+TQS）（3）

式中：T城區(qū)為城區(qū)站的氣溫，℃；T近郊為近郊站的氣溫，℃；T遠(yuǎn)郊為遠(yuǎn)郊站的氣溫，℃；TLS、TLB、TBD、TSW、TLW、TDC、TJJ、TST和TLL分別為拉薩本站、羅布林卡站、布達(dá)拉宮站、稅務(wù)林站、柳梧新區(qū)站、東城站、經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)站、生態(tài)園站和拉魯濕地站的氣溫平均值，℃；TDZ、TDL和TLZ分別為達(dá)孜站、堆龍德慶站、林周站的氣溫平均值，℃；TNM、TDX、TMZ和TQS分別為尼木站、當(dāng)雄站、墨竹工卡站及曲水站的氣溫平均值，℃。

2 城市熱島的總體特征

2.1 熱島強(qiáng)度的月變化特征

對(duì)16個(gè)氣象觀測(cè)站2011—2020年月平均氣溫進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到拉薩市逐月熱島強(qiáng)度的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，如表1所示。數(shù)據(jù)顯示，城區(qū)站逐月平均氣溫介于-0.7～17.5 ℃，近郊站逐月平均氣溫介于-2.5～16.5 ℃，遠(yuǎn)郊站逐月平均氣溫介于-3.6～15.1 ℃。拉薩市各氣象觀測(cè)站逐月氣溫變化比較明顯，尤其是盛夏和隆冬時(shí)節(jié)平均氣溫差值很大，5—9月平均氣溫都在11 ℃以上，而1月平均氣溫都在0 ℃以下，12月近郊站、遠(yuǎn)郊站平均氣溫均在0 ℃以下，城區(qū)站為0.6 ℃。年平均氣溫都為正值，其中城區(qū)站為9.0 ℃，近郊站為8.0 ℃，遠(yuǎn)郊站為6.5 ℃。對(duì)拉薩市城市熱島效應(yīng)進(jìn)行分析，將城區(qū)站減去近郊站所得的熱島強(qiáng)度U1與城區(qū)站減去遠(yuǎn)郊站所得的熱島強(qiáng)度U2進(jìn)行對(duì)比，得知全年U1和U2的值都是正值，U1值介于0.0～1.7 ℃，U2值介于1.2～1.7 ℃。換句話說(shuō)，拉薩市城區(qū)存在弱的熱島效應(yīng)，距離城區(qū)越遠(yuǎn)，熱島強(qiáng)度越大，城區(qū)熱島效應(yīng)越明顯。

2.2 熱島強(qiáng)度的四季變化特征

2011—2020年，拉薩市3個(gè)圈層四季平均氣溫及熱島強(qiáng)度變化如表2所示。數(shù)據(jù)顯示，春季3個(gè)圈層的氣溫在6.8～9.5 ℃，夏季3個(gè)圈層的氣溫在14.1～16.5 ℃，秋季3個(gè)圈層的氣溫在7.0～9.1 ℃，冬季3個(gè)圈層的氣溫在-1.9～0.9 ℃。春季的平均氣溫為8.2 ℃，夏季的平均氣溫為15.4 ℃，秋季的平均氣溫為8.2 ℃，冬季的平均氣溫為-0.5 ℃。用每個(gè)季節(jié)城區(qū)站的平均氣溫減去近郊站的平均氣溫所得的熱島強(qiáng)度U1與城區(qū)站的平均氣溫減去遠(yuǎn)郊站的平均氣溫所得的熱島強(qiáng)度U2進(jìn)行對(duì)比，四季U2值都在2 ℃以上，U1值在1 ℃附近，也就是說(shuō)不管是在哪個(gè)季節(jié)，拉薩市城區(qū)的熱島強(qiáng)度都會(huì)隨著距離的增加變得更加明顯。此外，冬季U1值和U2值都大于其他3個(gè)季節(jié)，分別為1.4 ℃和2.8 ℃，而秋季則最小，只有0.7 ℃和2.1 ℃。

2.3 熱島強(qiáng)度晝夜變化特征

2.3.1 熱島強(qiáng)度逐月晝夜變化特征

借鑒邱新法等[4]研究南京市城市熱島效應(yīng)時(shí)使用的方法，將城市與郊區(qū)的最高氣溫差值定義為日間熱島強(qiáng)度，把城市與郊區(qū)的最低氣溫差值定義為夜間熱島強(qiáng)度，從而分析熱島強(qiáng)度的晝夜變化。2011—2020年，拉薩市逐月最高氣溫、最低氣溫及其熱島強(qiáng)度的對(duì)比如表3和表4所示。為了便于描述，下文將用U1日來(lái)代表城區(qū)站與近郊站最高氣溫的差值，U2日來(lái)代表城區(qū)站與遠(yuǎn)郊站最高氣溫的差值，即日間熱島強(qiáng)度；U1夜和U2夜分別代表城區(qū)站減去近郊站和城區(qū)站減去遠(yuǎn)郊站的最低氣溫差值，即夜間熱島強(qiáng)度。2011—2020年，城區(qū)站的月最高氣溫介于8.1～24.8 ℃，最低氣溫介于-8.3～11.4 ℃；近郊站的月最高氣溫介于7.6～24.2 ℃，最低氣溫介于-10.5～10.8 ℃；遠(yuǎn)郊站的月最高氣溫介于6.2～22.8 ℃，最低氣溫介于-12.1～9.6 ℃。3個(gè)圈層月最高氣溫的最低值出現(xiàn)在1月，最高值出現(xiàn)在6月，月最低氣溫的最低值出現(xiàn)在1月，最高值出現(xiàn)在7月。

就表3而言，城區(qū)站逐月最高氣溫減去近郊站逐月最高氣溫所得的逐月日間熱島強(qiáng)度U1日在4—5月、9月均為負(fù)值，其他月份均為正值，說(shuō)明這3個(gè)月里城區(qū)相對(duì)距離較近的近郊站而言，并不存在日間熱島效應(yīng)。但是，從城區(qū)站減去遠(yuǎn)郊站所得的日間熱島強(qiáng)度U2日而言，不論是月還是年都是正值。城區(qū)日間熱島強(qiáng)度隨著距離的增加越加明顯，強(qiáng)度值在2 ℃左右。

城市夜間熱島強(qiáng)度變化如表4所示。不論是U1夜還是U2夜都是正值，U1夜值介于1～3 ℃，U2夜值介于1～4 ℃，差值基本在1 ℃以上，說(shuō)明城區(qū)夜間一直存在明顯的熱島效應(yīng)，夜間熱島強(qiáng)度隨著距離增大而更加明顯。2011—2020年，年平均日間熱島強(qiáng)度U1日和U2日分別為0.2 ℃和1.9 ℃，年平均夜間熱島強(qiáng)度U1夜和U2夜分別為1.5 ℃和2.7 ℃。與城區(qū)較近的郊區(qū)相比，城區(qū)夜間存在較為明顯的熱島效應(yīng)，但日間熱島效應(yīng)很弱，有些月份甚至不存在城區(qū)熱島效應(yīng)。與城區(qū)較遠(yuǎn)的郊區(qū)相比，城區(qū)日間和夜間都存在熱島效應(yīng)，夜間熱島效應(yīng)明顯大于日間[5-7]。夜間城區(qū)與城郊溫差明顯遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于日間，表明拉薩市城市熱島效應(yīng)具有夜強(qiáng)晝?nèi)醯奶卣?，不論是日間還是夜間，熱島強(qiáng)度都明顯隨著距離的增加而增大。

2.3.2 熱島強(qiáng)度四季晝夜變化特征

2011—2020年，拉薩市四季晝夜熱島強(qiáng)度對(duì)比如圖1所示。數(shù)據(jù)顯示，拉薩市春季白天3個(gè)圈層的氣溫保持在15.3～17.3 ℃，U1日值為-0.3 ℃，U2日值為1.7 ℃；春季夜間3個(gè)圈層的氣溫保持在-0.4～2.7 ℃，熱島強(qiáng)度U1夜和U2夜均在2 ℃以上，U2夜比U1夜高1 ℃。春季城區(qū)白天與近郊站相比，不存在熱島效應(yīng)，但與遠(yuǎn)郊站相比，溫度高1.7 ℃，存在熱島效應(yīng)；夜間，不論距離遠(yuǎn)近，城區(qū)一直存在熱島效應(yīng)[8-9]。隨著距離的增加，春季熱島強(qiáng)度更加明顯。其他3個(gè)季節(jié)以此類推。四季晝夜的熱島強(qiáng)度隨距離的增加而更加明顯；春秋兩季，與離城區(qū)較近距離的站點(diǎn)相比，拉薩市白天不存在熱島效應(yīng)或熱島效應(yīng)不明顯，但夜間存在，夏季，不論距離遠(yuǎn)近，不論晝夜，城區(qū)熱島效應(yīng)一直存在；白天熱島效應(yīng)夏季最強(qiáng)，夜間冬季熱島效應(yīng)最強(qiáng)。

3 結(jié)論

拉薩市16個(gè)氣象觀測(cè)站被分成3類，即城區(qū)站、近郊站和遠(yuǎn)郊站。以拉薩市為研究區(qū)，利用2010—2020年最高氣溫、最低氣溫和平均氣溫等氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)，分析城區(qū)是否存在熱島效應(yīng)。結(jié)果顯示，拉薩市城區(qū)存在熱島效應(yīng)，具有3個(gè)顯著特征。一是冬季最明顯，春季次之，秋季最弱；二是夜強(qiáng)晝?nèi)?，白天熱島效應(yīng)夏季最強(qiáng)，夜間冬季熱島效應(yīng)最強(qiáng)；三是氣象觀測(cè)站距離市中心越遠(yuǎn)，城區(qū)熱島效應(yīng)越明顯。

參考文獻(xiàn)

1 鮑文杰.上海城市熱島的時(shí)空特征及其演化規(guī)律研究[D].上海：復(fù)旦大學(xué)，2010.

2 Oke T R.The energetic basis of the urban heat island[J].Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society，1982（1）：1-24.

3 劉曉英.城市的五島效應(yīng)和風(fēng)的特征分析[J].寧夏農(nóng)林科技，2012（4）：121-123.

4 邱新法，顧麗華，曾 燕，等.南京城市熱島效應(yīng)研究[J].氣候與環(huán)境研究，2008（6）：808-814.

5 杜愛(ài)軍，張德軍，祝 好，等.基于多源衛(wèi)星資料的重慶巴南區(qū)城市熱島效應(yīng)時(shí)空變化特征分析[J].陜西氣象，2024（3）：53-61.

6 劉宸瑄，王麗群，許 行，等.2001—2021年中國(guó)植被覆蓋對(duì)夏季城市熱島效應(yīng)的影響[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2024（24）：11020-11034.

7 李 旋，徐巖巖，孟 瑾.天津市城市公園對(duì)城市熱環(huán)境的降溫效應(yīng)研究[J].華中建筑，2024（9）：60-64.

8 張 赫.基于多源數(shù)據(jù)的西安市夏季熱島效應(yīng)與空間形態(tài)的關(guān)聯(lián)性研究[D].咸陽(yáng)：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2024.

9 魏 薇，李 靜，梁嘉琪.基于Landsat影像數(shù)據(jù)的包頭市夏季城市熱島效應(yīng)研究[J].內(nèi)蒙古氣象，2024（4）：24-29.