吳昊,王體健,方歡,馬亞平,韓永秋,黃澍,姚宇昂,史均清

(1.南京大學(xué) 大氣科學(xué)學(xué)院,江蘇 南京 210093;2.南京外國語學(xué)校,江蘇 南京 210008)

南京細(xì)顆粒物對城市熱島強(qiáng)度的影響

吳昊1,王體健1,方歡1,馬亞平1,韓永秋1,黃澍2,姚宇昂2,史均清2

(1.南京大學(xué) 大氣科學(xué)學(xué)院,江蘇 南京 210093;2.南京外國語學(xué)校,江蘇 南京 210008)

隨著城市化和工業(yè)化進(jìn)程的加快,南京城市熱島效應(yīng)顯著,細(xì)顆粒物污染加劇,對大氣環(huán)境、氣候變化和人體健康產(chǎn)生重要影響。本文基于觀測資料,分析了南京市不同顆粒物濃度水平下城市熱島強(qiáng)度的變化特征;利用光學(xué)特性模型OPAC(optical properties of aerosols and clouds model)和輻射傳輸模型TUV(troposphere ultraviolet-visible model)估計(jì)了氣溶膠的光學(xué)厚度及輻射強(qiáng)迫;定量分析了細(xì)顆粒物對城市熱島強(qiáng)度的影響及其可能機(jī)制。結(jié)果表明:南京城市熱島強(qiáng)度范圍為-0.5～1.3 K,冬季強(qiáng)于夏季。細(xì)顆粒物質(zhì)量濃度范圍為32～135 μg/m3,冬季高于夏季,城區(qū)和郊區(qū)差別不大;當(dāng)大氣中細(xì)顆粒物質(zhì)量濃度較高時,城市熱島強(qiáng)度相對較弱;南京城郊?xì)馊苣z光學(xué)厚度變化范圍為0.28～1.01,在地面產(chǎn)生的輻射強(qiáng)迫達(dá)-3.88～-4.72 W·m-2;由于城區(qū)和郊區(qū)下墊面、人為熱、細(xì)顆粒物濃度水平的差異,造成城郊近地面降溫的不同,導(dǎo)致細(xì)顆粒物對城市熱島強(qiáng)度的削弱,夏季減弱0.1 K,冬季減弱0.2 K。

城市熱島;氣溶膠;細(xì)顆粒物;輻射強(qiáng)迫;南京

0 引言

南京是長江三角洲地區(qū)的重要城市之一。近年來,伴隨著城市化和工業(yè)化進(jìn)程的加快,南京市以細(xì)顆粒物為特征的大氣污染日趨嚴(yán)重,城市熱島現(xiàn)象明顯加強(qiáng)。

城市熱島可以用城市熱島(urban heat island,UHI)強(qiáng)度來度量,它被定義為城區(qū)溫度減去郊區(qū)溫度,即城郊溫度差。城市熱島強(qiáng)度與下墊面粗糙度、地表反照率、人為熱等多種因子有關(guān),這些城鄉(xiāng)之間的環(huán)境差異均對城市熱島效應(yīng)有著不同程度的影響。

國內(nèi)外關(guān)于城市熱島的研究工作很多,主要集中在城市熱島的強(qiáng)度及其時空變化特征。Peterson et al.(1999)研究了全球農(nóng)村氣溫變化趨勢,以區(qū)別城市熱島效應(yīng)對全球增溫的影響。Hughes and Balling (1996)研究了城市對南非氣溫變化趨勢的影響。Jones et al.(1990)評估了城市化對大陸氣溫序列的影響。Weng and Yang(2004)根據(jù)城郊溫度歷史性的差異,分析城市發(fā)展對城市熱島效應(yīng)的影響,發(fā)現(xiàn)城市下墊面的擴(kuò)張對城市熱島強(qiáng)度和地表溫度變化具有顯著的影響。Lin et al.(2008)采用WRF模式對臺北城市熱島效應(yīng)進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)人為熱對城市熱島效應(yīng)與邊界層特性有很大影響。Han and Baik(2008)使用線性數(shù)值模擬方法研究了城市熱島效應(yīng)引起的能量循環(huán)與空氣對流,認(rèn)為城市熱島附近存在強(qiáng)降雨中心且對土壤沉降有影響。Giannaros et al.(2013)在WRF模式中耦合Noah陸面過程模型對城市熱島進(jìn)行研究,認(rèn)為城市熱島效應(yīng)在夜間最強(qiáng),白天較弱,太陽落山后有明顯的峰值。鄧蓮堂等(2001)對上海市城市熱島的變化特征進(jìn)行了初步分析,發(fā)現(xiàn)熱島強(qiáng)度日變化明顯,存在24 h的主要周期和12 h的次周期,一般是夜間熱島強(qiáng)于白天;其季節(jié)變化亦較顯著,秋冬季平均熱島強(qiáng)度較強(qiáng),夏季較弱;熱島中心存在位置漂移現(xiàn)象。馬玉霞等(2009)利用1956—2005年蘭州市日平均氣溫、日最高氣溫和日最低氣溫資料,分析了蘭州市50年城市熱島效應(yīng)的變化,結(jié)果表明1956—2005年蘭州市3種氣溫的城郊差均呈逐年上升趨勢,最低氣溫的城郊差上升最明顯。

氣溶膠作為液態(tài)或固態(tài)微粒在空氣中的懸浮體系,是大氣的重要組成部分。城市化導(dǎo)致城市下墊面性質(zhì)改變的同時,顆粒物濃度與成分也發(fā)生改變。當(dāng)顆粒物含量較高時會造成空氣污染現(xiàn)象,對邊界層發(fā)展演變的影響越來越明顯,并且對到達(dá)地面的太陽輻射產(chǎn)生影響,并改變地表能量平衡,使得近地面氣溫發(fā)生變化。王海嘯(1991)通過對蘭州市區(qū)和郊區(qū)大氣溫度廓線的比較,發(fā)現(xiàn)城市熱島效應(yīng)使城市低層大氣中上部的增溫大于郊區(qū),而下部則因污染物削弱了到達(dá)地面的太陽輻射,故增溫小于郊區(qū)。王海嘯(1993)認(rèn)為城市煙霧層削弱了地面熱通量,但增加了低層大氣中上部的增溫,從而增加了城市低層大氣的穩(wěn)定度。王海嘯和陳長和(1994)的研究表明,煙霧層的全天輻射效應(yīng)使低層大氣上部輻射能量收入為正,中下部輻射能量收入為負(fù),總的結(jié)果是使低層大氣稍稍冷卻并使穩(wěn)定度增加。煙霧層造成的地面接收短波輻射能量的減少量可由大氣逆輻射的增加量來補(bǔ)償;煙霧層使得地面溫度振幅變小。張強(qiáng)(2003)分析了蘭州市城區(qū)大氣邊界層觀測資料以及同期的污染物濃度監(jiān)測資料、自動氣象站觀測資料和常規(guī)氣象站輻射觀測資料,發(fā)現(xiàn)大氣中污染物對太陽輻射的吸收增溫與白天大氣逆溫層之間有明顯的正反饋機(jī)制,且這種反饋機(jī)制在白天大氣逆溫層的形成和發(fā)展過程中起主導(dǎo)作用。鄭飛等(2006)研究了復(fù)雜地形城市冬季邊界層對氣溶膠輻射效應(yīng)的響應(yīng),揭示了冬季氣溶膠輻射效應(yīng)對邊界層結(jié)構(gòu)的定量影響,主要特征為:夜間氣溶膠的長波輻射效應(yīng)使地面附近的氣溫增高,使低空大氣層冷卻,風(fēng)速減小;白天氣溶膠的短波輻射效應(yīng)使地面層內(nèi)明顯增溫,增溫最大值在混合層頂500～600 m高度。陳燕(2007)的研究表明,重污染氣象條件下出現(xiàn)長時間逆溫現(xiàn)象,城市群的發(fā)展使得城市夜間的逆溫強(qiáng)度增強(qiáng),逆溫持續(xù)時間增長。

由于城區(qū)、郊區(qū)的下墊面特性以及細(xì)顆粒物種類和濃度存在明顯差異,氣溶膠導(dǎo)致的輻射強(qiáng)迫會引起城郊?xì)鉁氐牟煌兓?從而可能對城市熱島強(qiáng)度產(chǎn)生影響。本文以南京為例,利用觀測資料分析細(xì)顆粒物濃度與城市熱島強(qiáng)度的變化特征及其相互關(guān)系,通過數(shù)值模型計(jì)算氣溶膠的光學(xué)厚度和輻射強(qiáng)迫,進(jìn)一步借助地表能量平衡方程定量研究細(xì)顆粒物對熱島強(qiáng)度的影響。

1 資料與模式

1.1 數(shù)據(jù)來源

氣溫觀測資料來自江蘇省氣象信息共享平臺(http://218.94.36.199:5050),時限為2011年1—12月,以北極閣測站(118°48′37″E,31°59′59″N)的氣溫?cái)?shù)據(jù)作為城區(qū)溫度代表,浦口測站(118°36′7″E,32°24′5″N)的氣溫?cái)?shù)據(jù)作為郊區(qū)溫度代表,時間分辨率均為1 h。北極閣測站海拔高度約65 m,利用多元大氣溫度—高度公式(溫度直減率為-0.65 ℃/(100 m))對測站數(shù)據(jù)進(jìn)行校正。

細(xì)顆粒物(PM2.5)質(zhì)量濃度數(shù)據(jù)來自南京市環(huán)境監(jiān)測中心草場門測點(diǎn)(118°44′55″E,32°3′26″N)和浦口測點(diǎn)(118°37′32″E,32°5′16″N),時間分辨率均1 h。根據(jù)PM2.5質(zhì)量濃度劃分不同污染程度,其中25～50 μg/m3為輕微污染,50～75 μg/m3為中度污染,大于75 μg/m3為重度污染。

1.2 氣溶膠光學(xué)厚度和輻射強(qiáng)迫

利用OPAC模型(optical properties of aerosols and clouds model)計(jì)算氣溶膠光學(xué)厚度;利用TUV模型(troposphere ultraviolet-visible model)計(jì)算氣溶膠在地面產(chǎn)生的輻射強(qiáng)迫。

1.2.1 OPAC模型

OPAC模型用于計(jì)算云和氣溶膠在不同光譜波段光學(xué)參數(shù)下的光學(xué)特性,適用于6種水云、3種冰云以及10種典型混合氣溶膠。根據(jù)大氣中的氣溶膠成分,OPAC可計(jì)算其混合所形成的光學(xué)參數(shù)。OPAC需要輸入的參數(shù)包括云或者氣溶膠種類、混合層高度、相對濕度、光譜波段等。

1.2.2 TUV模型

TUV模型適用于計(jì)算波長范圍在121～750 nm之間的光解系數(shù)、輻射強(qiáng)迫等參量,需要輸入的參數(shù)見表1。TUV模型提供3種計(jì)算輻射的類型:1)總向下輻射;2)接收到的各方向光輻射通量;3)凈輻射通量。

表1TUV模型輸入?yún)?shù)

Table 1 Input parameters of TUV model

參數(shù)用途經(jīng)緯度、日期、時間計(jì)算太陽高度角波長、高度格點(diǎn)輸出某一波長或者高度的光學(xué)通量地表反照率、氣壓、柱含量計(jì)算光解系數(shù)光學(xué)厚度、單次散射反照率、不對稱因子作為云和氣溶膠的參量參與運(yùn)算

1.3 地表能量平衡方程

在不考慮氣溶膠的情況下,地表能量方程為

E+RN=QH+QE+QG。

(1)

其中:E為人為熱;RN為凈輻射通量;QH為感熱通量;QE為潛熱通量;QG為土壤熱通量。凈輻射通量RN是指短波輻射通量與長波輻射通量之和,可表示為RN=RS+RG。其中:RS表示太陽短波輻射通量;RG表示大氣長波輻射通量與地面長波輻射通量之和。運(yùn)用地表能量平衡方程(1),可計(jì)算不考慮氣溶膠情況下城區(qū)和郊區(qū)的地表溫度。

在考慮氣溶膠的情況下,地表能量方程為

E+RF+RN=QH+QE+QG。

(2)

通過OPAC與TUV模型計(jì)算出氣溶膠在地表的輻射強(qiáng)迫RF,進(jìn)一步運(yùn)用地表能量平衡方程(2)計(jì)算考慮氣溶膠情況下城區(qū)和郊區(qū)的地表溫度。

1.3.1 短波輻射

地表吸收的太陽短波輻射(RS)為

RS=(1-γC)(A1sinφ+A2)(1-B1NB2)。

(3)

參考Kasten and Czeplak(1980)關(guān)于天空總云量對太陽短波輻射通量的修正,地表吸收的短波輻射通量RS主要取決于地表反照率γC、天空的云量N以及太陽高度角φ,取常數(shù)A1=990 W·m-2、A2=30 W·m-2、B1=0.74、B2=3.4。

1.3.2 長波輻射

長波輻射由大氣長波輻射和地面長波輻射組成。大氣長波輻射為

(4)

其中:εr為大氣比輻射率;C1=9.35×10-6K-2;C2=60 W·m-2,為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)。

地面長波輻射則是將地面視作黑體后由玻爾茲曼定律給出,

(5)

地面輻射溫度TS難以獲取,通過在近地面氣溫Tr處泰勒展開后獲得,

(6)

其中CH為地面加熱系數(shù)。

1.3.3 土壤熱通量

當(dāng)給定邊界條件和初始土壤溫度分布條件時,由土壤擴(kuò)散方程可以獲得土壤熱通量。一般直接采用土壤熱通量與地表凈輻射的線性關(guān)系式(Holtslag and Van Ulden,1983),

QG=CRRN。

(7)

其中CR為經(jīng)驗(yàn)參數(shù)。

1.3.4 潛熱通量

潛熱通量QE為

(8)

Van Ulden and Holtslag(1985)給出計(jì)算S的近似公式,

S=exp[0.055(Tr-279)]。

(9)

1.3.5 感熱通量

感熱通量QH表示為波恩比rBowen與潛熱通量QE的乘積,

QH=rBowenQE。

(10)

圖2 2011年南京PM2.5質(zhì)量濃度和溫度的逐月變化 a.郊區(qū);b.城區(qū)Fig.2 Monthly variations of PM2.5 mass concentration and temperature in Nanjing in 2011 a.suburb district;b.urban district

2 結(jié)果與分析

2.1 觀測資料分析

2.1.1 城市熱島強(qiáng)度

圖1給出了2011年南京城市熱島強(qiáng)度的逐月變化?？梢?南京城市熱島強(qiáng)度的變化范圍為-0.5～1.3 K,呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)差異。冬季城郊溫差大,城市熱島強(qiáng)度強(qiáng)。夏季城郊溫差低,城市熱島效應(yīng)弱,甚至出現(xiàn)城市冷島現(xiàn)象。由于本研究采用北極閣測站的溫度數(shù)據(jù)代表城市,該站氣溫除受到海拔高度影響外,一定的植被覆蓋也會導(dǎo)致氣溫降低,導(dǎo)致其城市代表性受到一定的影響。到了冬季,植被凋零,北極閣測站與浦口測站之間的植被差異影響可以忽略,因而城市熱島更加明顯。

圖1 2011年南京城市熱島強(qiáng)度的逐月變化Fig.1 Monthly variation of urban heat island intesity in Nanjing in 2011

2.1.2 PM2.5質(zhì)量濃度

圖2給出了2011年城區(qū)和郊區(qū)PM2.5質(zhì)量濃度和溫度的逐月變化?？梢?城區(qū)細(xì)顆粒物月均質(zhì)量濃度范圍為40～80 μg/m3,郊區(qū)細(xì)顆粒物質(zhì)量濃度范圍為30～70 μg/m3,冬季高于夏季。圖2表明,氣溫與PM2.5質(zhì)量濃度基本呈反相關(guān)關(guān)系。這是由于夏季氣溫高,大氣層結(jié)較不穩(wěn)定,垂直湍流發(fā)展旺盛,對細(xì)顆粒物的垂直擴(kuò)散作用加強(qiáng),導(dǎo)致近地面細(xì)顆粒質(zhì)量濃度降低。此外,夏季降水頻繁、降水量大,濕清除效率高也是導(dǎo)致PM2.5質(zhì)量濃度低的一個重要原因。

2.1.3 城市熱島強(qiáng)度與PM2.5質(zhì)量濃度的關(guān)系

圖3給出了日、周、月、季四個不同時間尺度上、不同細(xì)顆粒物污染水平下南京城市熱島強(qiáng)度的變化特征。

圖3 不同污染水平下城市熱島強(qiáng)度隨時間的變化 a.季節(jié)變化;b.周變化;c.月變化;d.日變化Fig.3 Variation of urban heat island intensity under different pollution levels a.seasonal variation;b.weekly variation;c.monthly variation;d.daily variation

圖3a給出了城市熱島強(qiáng)度的季節(jié)變化?？梢?冬季城市熱島強(qiáng)度在一年之中最高,夏季城市熱島強(qiáng)度出現(xiàn)“低谷”,甚至出現(xiàn)城市冷島現(xiàn)象。在輕微污染條件下,城市熱島強(qiáng)度在冬季約為1.3 K,夏季約為0.7 K;在高污染條件下,城市熱島強(qiáng)度在冬季為0.2 K,夏季為-0.1 K。

圖3b反映了城市熱島強(qiáng)度的周變化特征?？梢?城市熱島強(qiáng)度在一周內(nèi)并沒有出現(xiàn)劇烈變化的現(xiàn)象,周一到周四穩(wěn)定在1.1 K左右,周五出現(xiàn)城市熱島強(qiáng)度的小峰值,周六城市熱島強(qiáng)度達(dá)到最低,周日略有上升。

圖3c表明城市熱島強(qiáng)度月變化明顯。城市熱島強(qiáng)度在2月、3月達(dá)到一年之中高值,進(jìn)入5月后城市熱島強(qiáng)度明顯減弱,在8月達(dá)到了一年之中低值,出現(xiàn)了城市冷島現(xiàn)象。9月起,城市熱島強(qiáng)度又開始增強(qiáng),在12月出現(xiàn)峰值。

圖3d反映出城市熱島強(qiáng)度具有明顯的日變化特征。一般在18時后開始明顯增強(qiáng),凌晨維持高值,凌晨04時至早晨08時達(dá)到一天中的最大值,午后直至18時達(dá)到一天中的低谷。這是由于城區(qū)與郊區(qū)的下墊面性質(zhì)不同,導(dǎo)致儲熱能力存在差別,太陽落山后地表主要以放熱為主,城區(qū)溫度下降慢,郊區(qū)溫度下降快,城市熱島強(qiáng)度加大。

可見,城市熱島強(qiáng)度與空氣污染程度有關(guān),輕微污染條件下最強(qiáng),中等污染條件下次之,重度污染條件下最弱。當(dāng)PM2.5質(zhì)量濃度較高時,城市熱島強(qiáng)度較小,表明細(xì)顆粒物質(zhì)量濃度對城市熱島強(qiáng)度具有一定的削弱作用。

南京草場門和浦口測站PM2.5數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2?？梢钥闯?冬季細(xì)顆粒物質(zhì)量濃度明顯高于夏季,但城區(qū)與郊區(qū)的細(xì)顆粒物質(zhì)量濃度相差不大。

表2南京城區(qū)與郊區(qū)PM2.5質(zhì)量濃度

Table 2 PM2.5mass concentration in urban and suburb of Nanjing μg/m3

夏季冬季城區(qū)31.6134.8郊區(qū)44.9129.5

2.2 氣溶膠光學(xué)厚度和輻射強(qiáng)迫

2.2.1 PM2.5質(zhì)量濃度和光學(xué)厚度

利用上述PM2.5質(zhì)量濃度數(shù)據(jù),運(yùn)用OPAC模型計(jì)算了氣溶膠光學(xué)厚度(表3),南京城郊?xì)馊苣z光學(xué)厚度變化范圍為0.28～1.01,冬季高于夏季,城郊差別不大,與PM2.5質(zhì)量濃度的變化規(guī)律基本一致。

表3南京城區(qū)與郊區(qū)氣溶膠光學(xué)厚度

Table 3 Aerosol optical depth in urban and suburb of Nanjing

夏季冬季城區(qū)0.281.01郊區(qū)0.310.85

2.2.2 輻射強(qiáng)迫

基于上述計(jì)算的氣溶膠光學(xué)厚度,利用TUV模型計(jì)算了城郊?xì)馊苣z在地面產(chǎn)生的輻射強(qiáng)迫,夏季與冬季的計(jì)算結(jié)果見表4?？梢?氣溶膠在地面產(chǎn)生的輻射強(qiáng)迫為-3.88～-4.72 W·m-2,冬季強(qiáng)于夏季,城郊差異不大。

表4南京城區(qū)與郊區(qū)氣溶膠造成的輻射強(qiáng)迫

Table 4 Radiative forcing of aerosols in urban and suburb of Nanjing W·m-2

夏季冬季城區(qū)-3.88-4.72郊區(qū)-3.91-4.60

2.3 氣溶膠對城市熱島強(qiáng)度的影響

2.3.1 考慮與不考慮氣溶膠對城市熱島的影響

利用公式(1)和(2),分別計(jì)算考慮和不考慮氣溶膠兩種情況下,地表能量各分量達(dá)到平衡時的城市和郊區(qū)近地面氣溫,從而得到城市熱島強(qiáng)度。計(jì)算所用的主要參數(shù)見表5;計(jì)算結(jié)果見表6。

計(jì)算結(jié)果表明,無氣溶膠存在情況下,夏季城市熱島強(qiáng)度為0.9 K,冬季為1.4 K;存在氣溶膠的情況下,夏季城市熱島強(qiáng)度為0.8 K,冬季變?yōu)?.2 K;在氣溶膠影響下,城市熱島強(qiáng)度有所減弱,夏季減弱0.1 K,冬季減弱0.2 K,該計(jì)算結(jié)果與第2.1.3節(jié)的觀測結(jié)果一致。可見,氣溶膠輻射強(qiáng)迫對城市熱島強(qiáng)度存在一定影響,表現(xiàn)為氣溶膠的存在使得城市熱島強(qiáng)度有所減弱,且冬季強(qiáng)于夏季。

表5南京城、郊冬夏下墊面特征參數(shù)表

Table 5 Underlying surface parameters of urban and suburb of Nanjing in summer and winter

波恩比粗糙度/m地表反照率夏季城區(qū)2.001.000.14夏季郊區(qū)1.950.200.19冬季城區(qū)0.701.000.35冬季郊區(qū)0.850.010.60

表6夏季和冬季有無氣溶膠情況下的熱島強(qiáng)度

Table 6 Urban heat island intesity with or without aerosols in summer and winter K

城區(qū)溫度郊區(qū)溫度城市熱島強(qiáng)度夏季無氣溶膠310.0309.10.9夏季有氣溶膠310.4309.60.8冬季無氣溶膠271.8269.41.4冬季有氣溶膠273.3272.11.2

2.3.2 城市熱島強(qiáng)度隨污染水平的變化

上述研究表明,細(xì)顆粒物污染可以在一定程度上影響城市熱島強(qiáng)度的大小。為了定量研究不同顆粒物濃度水平對城市熱島效應(yīng)的影響,定義一個變量“污染系數(shù)”,該系數(shù)為變化輻射強(qiáng)迫與基準(zhǔn)輻射強(qiáng)迫之比,以第2.3.1節(jié)中計(jì)算的輻射強(qiáng)迫為基準(zhǔn)輻射強(qiáng)迫1。通過改變輻射強(qiáng)迫反映細(xì)顆粒物污染程度的變化,設(shè)定污染系數(shù)變動范圍為0～2。將變化的輻射強(qiáng)迫引入地表能量平衡方程,計(jì)算得到不同細(xì)顆粒物污染水平下的城市熱島強(qiáng)度(圖4)。計(jì)算結(jié)果表明,隨顆粒物污染水平的增高,城市熱島強(qiáng)度基本呈線性減弱,且同等污染水平下,夏季城市熱島強(qiáng)度小于冬季。

圖4 南京城市熱島強(qiáng)度與細(xì)顆粒物污染系數(shù)的關(guān)系Fig.4 The relationship between urban heat island and fine particulate matter pollution coefficient in Nanjing

3 結(jié)論

本文采用資料分析和模型計(jì)算相結(jié)合的方法,研究了南京城市熱島強(qiáng)度和細(xì)顆粒物質(zhì)量濃度的變化特征,并分析了細(xì)顆粒物對城市熱島強(qiáng)度的可能影響,得到以下主要結(jié)論:

1)南京城市熱島強(qiáng)度范圍為-0.5～1.3 K,冬季強(qiáng)于夏季。細(xì)顆粒物濃度水平范圍為32～135 μg/m3,冬季高于夏季,城郊差別不大。

2)南京城郊?xì)馊苣z光學(xué)厚度一般為0.28～1.01,由此產(chǎn)生的輻射強(qiáng)迫為-3.88～-4.72 W·m-2。

3)當(dāng)大氣中細(xì)顆粒物含量較高時,城市熱島強(qiáng)度較弱。細(xì)顆粒物對城市熱島強(qiáng)度起到一定的削弱作用,冬季削弱程度大于夏季。

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(責(zé)任編輯：倪東鴻)

ImpactsofaerosolontheurbanheatislandintensityinNanjing

WU Hao1,WANG Ti-jian1,FANG Huan1,MA Ya-ping1,HAN Yong-qiu1,HUANG Shu2,YAO Yu-ang2,SHI Jun-qing2

(1.School of Atmospheric Sciences,Nanjing University,Nanjing 210093,China;2.Nanjing Foreign Language School,Nanjing 210008,China)

With the rapid development of the urbanization and industrialization,heat island effect in Nanjing has been more striking.The air pollution of particulate matters has a bad impact on the atmospheric environment,climate change and citizens.This paper analyses variation characteristics of heat island intensity under different particulate matters concentration levels with the observations in Nanjing.The OPAC(optical properties of aerosols and clouds) and TUV(troposphere ultraviolet-visible) models are used to calculate optical thickness and radiation forcing of aerosols as well as study the physical mechanism of the aerosols affecting the heat island intensity.The heat island intensity of Nanjing,which is stronger in winter than in summer,changes between -0.5 K and 1.3 K.The fine particle mass concentration ranges from 32 to 135 μg/m3,which is higher in winter than in summer.The aerosols have an extinction effect on the heat island.The higher aerosols mass concentration,the lower heat island intensity.There is an apparent difference in different seasons.The optical thickness of aerosols in the suburb in Nanjing changes between 0.28 and 1.01 and the radiation forcing ranges from -3.88 W·m-2to -4.72 W·m-2.Due to the differences of underlying surface,anthropogenic heat and particulate matter concentration,the surface temperature declines differently in urban and rural area.In general,the particulate matter weakens the urban heat island as 0.1 K in summer and 0.2 K in winter.

urban heat island;aerosol;fine particle;radiation forcing;Nanjing

2013-07-30;改回日期2014-03-25

大學(xué)生本科創(chuàng)新計(jì)劃;國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(2010CB428503);國家人才培養(yǎng)基金資助項(xiàng)目(J1103410)

王體健,博士,教授,博士生導(dǎo)師,研究方向?yàn)榇髿馕锢砼c大氣化學(xué),tjwang@nju.edu.cn.

10.13878/j.cnki.dqkxxb.20130730001.

1674-7097(2014)04-0425-07

X513

A

10.13878/j.cnki.dqkxxb.20130730001

吳昊,王體健,方歡，等.2014.南京細(xì)顆粒物對城市熱島強(qiáng)度的影響[J].大氣科學(xué)學(xué)報,37(4):425-431.

Wu Hao,Wang Ti-jian,Fang Huan,et al.2014.Impacts of aerosol on the urban heat island intensity in Nanjing[J].Trans Atmos Sci,37(4):425-431.(in Chinese)