淮安区城市热岛效应研究分析

淮安区城市热岛效应研究分析

刘成1,乔前东1,管晓惠1,张万芹1,陈磊2

1.淮安市淮安区气象局 223200，2.涟水县气象局  223400

摘要：利用城区站点与区域自动站的气温比较，作为参考点统计城市热岛效用。分析了淮安区城市热岛效应的时空分布特征，降水、高低温、风对热岛效应的分析，探讨了国民生产总值、城市化与热岛效应的相关性，并对热岛效应的减缓进行探讨。

关键词：热岛效应  时空分布特征   相关分析

1 城市热岛强度UHI及其分类

“城市热岛强度”是指城市中心区的平均气温与周围郊区（乡村）的平均气温的差值，可以用来表明在局地气候影响下城郊温差的程度。用在同期同高度的情况下，用城市热岛中心气温减去郊区（乡镇）气温所得差值来表示(通常是距地1. 5m处）。UHI =T城-T乡镇， 本次研究使用城区站点与区域自动站白马湖农场站作为参考点。

根据城市热岛强度UHI的大小可以将城市热岛强度分为冷岛(UHI≤-0.5℃)、无热岛(-0.5℃3.5℃)六个等级。

2 淮安区城市热岛效应时空分布特征

2.1  淮安区城市热岛效应年际分布特征

应用城区58145站与白马湖农场M3275站2003年到2021年年平均气温数据统计分析出年度热岛强度UHI分布图。

淮安区城市热岛强度UHI年度分布图

从2003年到2021年期间热岛强度UHI统计平均值为0.3℃，属于无热岛强度(-0.5℃

   2.2  淮安区城市热岛效应季节、月分布特征

2.2.1 热岛效应月度分布特征

应用2019-2021年本站与白马湖农场站逐月平均气温计算热岛效应UHI，得出如下热岛效应分布图。

   2019-2021年本站与白马湖农场站逐月平均热岛效应UHI

逐月热岛效应分布图分析，最强热岛效应出现在10月，达到1.1℃，其次是9月，为1.0℃。3月、4月也较高。最低为6月、7月，为0.2℃。

 从2020年春夏秋冬四季热岛效应UHI分布，春秋季较高，夏冬季较低。从逐月分布看，呈现双峰双谷型,4月、10月最高，6、7月最低。

2020年逐月平均热岛效应UHI分布

2.2.2 逐日热岛效应强度分布特征

统计2020年（2020年3月1日到2021年2月28日）期间本站与白马湖农场站逐日平均气温的热岛效应UHI情况。其中冷岛效应日9天，无热岛效应日197天，弱热岛效应127天，中等热岛效应34天。其中弱热岛效应日占全年天数的34.7%，中等热岛效应占全年天数的9.3%。

2.2.3  逐时热岛效应的分布特征分析

统计2020年（2020年3月1日到2021年2月28日）逐月逐24小时平均气温的热岛效应UHI情况。

从全年、各季节平均热岛强度日变化趋势图分析。从全年平均分析，19时-06时热岛强度基本处于同一个水平（平均为0.9℃),热岛强度在7时以后迅速降低,并在10-11时达到其最小值0.2°C。 9时-14时热岛强度基本处于谷底值，变化较为平缓，幅度不大。15时-19时热岛强度趋于不断上升，至19时达到热岛强度较大值（0.9℃)。

白天热岛强度变化幅度相对较大。在0.2-0. 9℃之间变化。日热岛强度最大值出现在3-5时，最小值出现在10-11时。一天中城市热岛呈双峰型变化规律，在4时、19-20时左右为热岛峰值，白天10-11时城市热岛强度最弱。

近地面的湍流交换的过程与淮安区城市热岛效应的日变化的现象有很大的相关性，白天在太阳辐射的作用下，近地面气温开始不断升高，湍流交换有助于城郊区空气的流动，城市白天热岛强度较低就是这一作用表现出的现象。夜间在地面长波辐射的作用下，地表温度开始快速下降，近地面气温也随之下降，湍流交换作用开始逐渐变弱，可以进一步维持城市热岛现象的存在，使的夜晚表现出较高的城市热岛强度。

对不同季节而言，在10时-15时出现最低值，其后各季节热岛强度出现不同程度的增强。在00时-7时冬季热岛强度呈现小幅度的起伏，而夏季平稳下滑，春秋季节平稳略有下降。

冬季在夜间3时达到一天的最大值(0.9℃),在7时-10春秋冬三季热岛强度呈现较为明显幅度的下降，下降幅度分别为0. 7℃、1.0℃、0.5℃，秋季热岛强度下降最大，冬季最小，在10时-15时各季节热岛强度变化较为平缓，最小热岛值春夏秋冬分别在 9-10时(0. 2°C)、7时(0. 1°C)、17-20时(0.2°C)、17-18时(0. 0°C)。其后热岛强度迅速攀升，各季节的最大值分别在4时(1. 6°C)、15-21时（0.4 °C)、8-11时（1.4°C)、10时(0. 9°C)。总体来看，春秋季热岛效应最强，夏季最弱。

3 降水对热岛效应的影响分析

统计2020年（2020年3月1日到2021年2月28日）期间有降水时逐日平均气温的热岛效应UHI，并统计了无热岛效应情况，冬季（2020年12月-2021年2月）有明显降水（0.1毫米以上），呈现无热岛现象。夏季（6-8月）无热岛效应日数占比分别达到100%、94%、90%。分析表明降水能降低城市温度，缩小了城郊之间的温度差值,从而使城市热岛效应降低。

4  高温、低温对热岛效应的影响

统计了2020年6-8月≥35.0°C的高温日的热岛效应情况，6月上旬中期前热岛效应不明显，反而呈现冷岛效应情况。8月有弱的热岛效应。

2020年12月中旬到2021年1月低温的热岛效应情况分析，弱热岛效应日数占比50%，中等热岛效应日数占比20%，强热岛效应日数占比7%，无热岛效应日数占比23%。

这表明低温天气比高温天气热岛效应更为明显，一次强冷空气的影响，郊外空旷区比城区人口密集区降温更为显著，热岛效应也更显著。

5  风对热岛强度的影响

以2020年为例，2020年春季、夏季、秋季、冬季风向玫瑰图，最多风向以1、4象限风为主，即以东北风-东南风为主，夏季因风向、降水等原因，导致夏季的热岛效应明显比春季、秋季、冬季偏低。风速等级的变化与热岛效应呈负相关关系。

根据2020年3-12月及2021年1-2月日平均风速统计，当日平均风速增大时，不论春夏秋冬，热岛效应呈现下降趋势，呈现负相关关系，风速弱，反而加剧热岛效应强度。

6 淮安区国民生产总值与热岛强度的相关分析

统计2005年到2022年淮安区地区生产总值与热岛强度数据，进行相关统计分析，得出R=0.9834，呈现正相关关系，表明热岛强度随着地区生产总值的增长而呈现上升趋势。

7 城市化、建成区面积等与热岛强度的相关分析

2007-2020年间淮安区城市化率增长幅度大，与热岛强度呈现正相关关系，相关性R=0.8284，相关系数分布如图所示。

淮安区2007年城市建成区面积仅有22km2，2020年增长到45km2,这一发展与城市热岛强度的发展基本一致，建成区总量面积与热岛强度呈正相关关系。

8  热岛效应的综合分析及减缓热岛效应的应对策略探讨

总体分析，淮安区城市存在弱热岛效应，这与近些年淮安区城市发展密切相关。淮安区的城市结构中心区为古城区，属于历史文化名城保护区，外围为新城区，故城市的热岛效应并不明显。2019年到2021年年热岛强度都为0.6℃，都为弱热岛强度。

近10年来随着淮安区城市规模向外围延伸，城区商品房的发展，道路设施的完善，人口的增加，使得城区与乡镇的温差越来越大，热岛效应趋于加强。根据一些研究，可以通过增加城市绿化面积、控制大气污染规模、提倡低碳生活、应用新型建筑材料、科学规划城市布局等方式降低减缓城市热岛效应。

参考文献

[1] 陈智龙, 董雨琴, 陈凌静,等. 城市热岛效应变化及其影响因素分析研究[J]. 江苏林业科技, 2021, 048(006):34-40,52.

[2] 张树钦, 黄哲帆, 唐若莹,等. 广东汕头市近十年来城市热岛效应分析[J]. 中国海洋大学学报（自然科学版）, 2022(052-008).

作者简介：刘成（1977.11）男，汉族，江苏淮安市淮安区，本科学历，工程师，从事气象工作。