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目前,城市化已经是一个国家现代化水平的重要标志。城市化在加快经济发展的同时,也带了一些负面的问题,如环境问题。同时城市化也促使了城市气候的变化。城市化对气候最重要的影响之一就是城市热岛的出现。由于全世界范围内城市规模不断扩大、人为热迅速增长等因素,城市热岛现象已经从一般的气象问题变成了影响城市生态环境的一个重要因素。城市热岛效应对城市居民生活质量有着重要的影响。热岛效应已经成了科学界、管理者以至民众广泛关注的焦点。
本文的工作首先利用加密观测站资料分析了近几年来苏州夏季城市热岛特征,并利用1970~2007年历史资料分析了热岛强度年代际变化。同时利用区域边界层模式对苏州城市热场、风场等城市气象环境进行了数值模拟,针对苏州城市热岛的影响因子设置敏感性试验。最后建立了苏州热岛强度与气象因子之间的统计模型。本文得到了以下一些主要结论:
(1)苏州地区城市热岛特征苏州地区近几年夏季平均气温分布情况基本一致,苏州城区始终是气温高值区,沿太湖地区夏季的平均气温要比苏州城区气温低0.8~1.4℃,温差比较明显,体现了城市热岛效应。苏州夏季城市热岛基本呈上升趋势,但热岛强度总体不大。利用平均气温计算得到的热岛强度最大值是2007年的0.58℃。苏州城市热岛强度白天要明显高于夜间,一天中热岛强度一般呈双峰分布。最高值一般出现在上午的10~12时,次高值出现在18至20时。年平均热岛强度的年际变化表明,苏州地区总体热岛强度不大,在0.05℃~0.37℃之间变化,且呈上升趋势,上升幅度约0.0475℃/10年。根据平均气温、最高气温计算得到的热岛强度基本相似,变化趋势也比较一致,用最低气温计算得到的热岛强度波动比较大。科学地选择观测点能够真实反映城、郊气温分布及城市热岛效应。利用相关站点平均值代表城区和郊区气温更能真实反映城、郊气温和城市热岛特征。在热岛研究中应加大代表性观测站的设置密度。
(2)苏州城市热岛的数值模拟研究结果城市下垫面气温比郊区高,白天城市下垫面对气温的影响达到400米,夜晚最大影响高度约为250米。城区风速明显比郊区小,太湖水面风速始终最大。白天城区上升气流和郊区下沉气流形成一个明显的热岛环流,夜晚,太湖水面上气流上升,在城区与郊区接合部开始下沉,湖陆风环流系统清楚。城市化进程使得高温区即城市热岛不断向近郊区延伸。模拟个例1986年下垫面土地利用类型得到的苏州站与郊区气温差为0.44℃;1995年下垫面土地利用类型得到的气温差为0.73℃;2006年下垫面土地利用类型得到的气温差为1.36℃。1995年苏州站风速比1986年减小5.89%,2006年苏州站风速比1995年减小14.38%。1995年苏州站相对湿度比1986年减小3.1%,2006年苏州站相对湿度比1995年减小7.91%,城市干岛强度加大。目前人为热对热岛强度的贡献率为8.9%,当人为热是现在的2倍时,人为热对热岛贡献率增加到21%。东风时热岛强度比西风热岛强度要高18.8%。西风时城市干岛强度是7.6%,东风时城市干岛强度是5.5%。把太湖假设为农田时模拟得到的热岛强度比太湖是真实水体时得到的值要高0.14℃。
(3)苏州城市热岛强度与气象要素间的统计模型城市热岛强度与风速、风向、气温、地温、湿度、太阳高度角、云量以及大气稳定度等有关。建立了苏州城市热岛强度与气象要素间的统计模型。用该模型对2007年苏州热岛强度进行了模拟试验,模拟得到2007年夏季平均热岛强度相对误差约为8.7%。误差较小,说明该统计模型能够准确模拟热岛强度。