胡江波，孟 茹，徐 鈺

(漢中市氣象局，陜西漢中 723000)

城市熱島是指城市中的氣溫明顯高于外圍郊區(qū)的現(xiàn)象，是城市氣候最顯著的特征之一[1-3]。熱島效應(yīng)一般用兩個代表性測點的氣溫差值(即熱島強(qiáng)度)表示。城市熱島強(qiáng)度與區(qū)域氣候、城市化程度、地形等諸多因素有關(guān)[4]，因而各地城市熱島效應(yīng)也呈現(xiàn)出明顯的區(qū)域性特征[5-6]。前期很多學(xué)者對城市熱島效應(yīng)進(jìn)行了大量研究，相關(guān)研究區(qū)域及成果主要集中在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，人口密集的大中城市[7-10]，而中小城市，尤其是處于西部地區(qū)中小城市熱島效應(yīng)研究相對較少。漢中市北依秦嶺，南屏巴山，屬于北亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，冬無嚴(yán)寒，夏無酷暑，四季分明，是聯(lián)合國教科文組織公認(rèn)的全球同一緯度生態(tài)環(huán)境最適合人類生存及居住的地方，以良好的生態(tài)環(huán)境聞名于世。近年來隨著漢中城市化進(jìn)程的加快、城鎮(zhèn)企業(yè)迅速發(fā)展以及人口密度的快速增加，導(dǎo)致城鄉(xiāng)溫度差異增大，城市熱島效應(yīng)日益嚴(yán)重，對城市發(fā)展及人居生活環(huán)境造成一定的影響。本文利用2009—2018年城區(qū)站及郊區(qū)站的氣溫觀測數(shù)據(jù)，采用氣溫對比法對漢中市熱島效應(yīng)變化規(guī)律及其氣象影響因子進(jìn)行了分析，旨在緩解漢中城市熱島效應(yīng)，建設(shè)生態(tài)文明綠色環(huán)保城市及維持城市可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 資料與方法

所用資料為漢中國家基本氣象站和望江、金寨、漢王、鋪鎮(zhèn)4個鄉(xiāng)村區(qū)域站2009—2018年逐時氣溫資料，所有資料記錄連續(xù)、質(zhì)量穩(wěn)定。漢中國家基本氣象站定義為城區(qū)站，該氣象站位于漢中市城區(qū)中心，是漢中市人口最密集、建筑物最多、城市化程度最高的區(qū)域，臺站所在位置海拔高度509 m。望江、金寨、漢王、鋪鎮(zhèn)4個鄉(xiāng)村區(qū)域站定義為郊區(qū)站，與漢中站距離為10～18 km。由于漢中市是中小城市，所轄面積較小，該4個郊區(qū)站位于郊區(qū)鄉(xiāng)村，周邊沒有高大建筑物，人口密度小，植被覆蓋度高，能夠較好代表漢中周邊郊區(qū)的特征，海拔高度489～559 m，城區(qū)站和郊區(qū)站海拔高度相差50 m以內(nèi)，對氣溫的影響較小，分析時不考慮海拔高度引起的氣溫差異。所選城區(qū)站和郊區(qū)站均隸屬于同一個氣候區(qū)。

在分析漢中城市熱島效應(yīng)年、季、月、日變化時選取漢中國家基本氣象站氣溫與郊區(qū)站氣溫平均值之差代表漢中城市熱島效應(yīng)強(qiáng)度[11-12]，即T=Tx-Ta，其中，T為城市熱島效應(yīng)強(qiáng)度；Tx為漢中國家基本氣象站氣溫；Ta為望江、金寨、漢王、鋪鎮(zhèn)4個郊區(qū)站氣溫平均值。

2 年平均氣溫變化特征

圖1為2009—2018年漢中及周邊郊區(qū)4站年平均氣溫變化情況，根據(jù)圖1可見，近10年來，漢中城區(qū)站年平均氣溫均高于周邊郊區(qū)4站，2012年開始城區(qū)站氣溫呈明顯增加趨勢，郊區(qū)4站氣溫變化相對平緩，呈緩慢增加趨勢?？傮w來看，漢中城區(qū)站溫度平均每年升高0.12 ℃，郊區(qū)站溫度平均每年升高0.04 ℃，即城區(qū)站和郊區(qū)站均呈增溫趨勢，但城區(qū)站增溫幅度明顯大于郊區(qū)站，城區(qū)站與郊區(qū)站在2013年前氣溫變化差距較小，2013年后溫差迅速增大。

圖1 2009—2018年漢中及周邊郊區(qū)4站平均氣溫年際變化

3 城市熱島效應(yīng)強(qiáng)度變化特征

3.1 年變化

漢中市熱島效應(yīng)強(qiáng)度近10年平均值為0.7 ℃，呈明顯逐年增加趨勢(圖2)，平均每年增加0.07 ℃。近10年，漢中市熱島效應(yīng)強(qiáng)度最小值為0.3 ℃(2009年)，最大值為1.0 ℃(2017年)，最大與最小熱島效應(yīng)強(qiáng)度差值達(dá)0.7 ℃。2009—2011年熱島效應(yīng)強(qiáng)度相對較弱，基本在0.5 ℃以下，2012年開始熱島效應(yīng)強(qiáng)度明顯增加，達(dá)到0.7 ℃，2013年稍有回落，降為0.5 ℃，2014年以后熱島效應(yīng)迅速增加，熱島強(qiáng)度均值在0.8 ℃以上。這可能與近年來漢中市城鄉(xiāng)一體化進(jìn)程加快和人為活動有關(guān)。分析結(jié)果與其他大中城市熱島效應(yīng)強(qiáng)度減弱的趨勢[13]有所差別。

圖2 2009—2018年漢中市熱島效應(yīng)強(qiáng)度年際變化

3.2 季節(jié)變化

漢中市熱島效應(yīng)強(qiáng)度呈現(xiàn)明顯的季節(jié)變化特征。由表1可看出，近10年春、夏、秋、冬四季均存在明顯的熱島效應(yīng)，季平均強(qiáng)度分別為1.3、0.5、0.8、1.0 ℃，其中春季最強(qiáng)，冬季次之，夏季最弱。前5年(2009—2013年)熱島效應(yīng)強(qiáng)度表現(xiàn)為冬季最強(qiáng)，春季次之，夏季最弱；后5年(2014—2018年)則是春季明顯較強(qiáng)，達(dá)到1.8 ℃，冬季其次，夏季最弱。后5年除夏季熱島效應(yīng)強(qiáng)度與前5年相比較沒有變化外，春、冬、秋季均有所增加，且春季增加最為明顯。

表1 2009—2018年漢中市熱島效應(yīng)強(qiáng)度季節(jié)變化 單位：℃

3.3 月變化

通過圖3可看出，近10年漢中市熱島效應(yīng)強(qiáng)度呈現(xiàn)出明顯的月變化特征，各月均存在熱島效應(yīng)，其強(qiáng)度在0.3～1.4 ℃，其中8月—次年2月熱島效應(yīng)強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，2月達(dá)到最強(qiáng)為1.4 ℃，2—8月逐漸減弱，8月最弱為0.3 ℃。前5年(2009—2013年)和后5年(2014—2018年)熱島效應(yīng)強(qiáng)度月分布特征同近10年基本一致，除7—8月外，后5年各月熱島效應(yīng)強(qiáng)度較前5年均有所增加，其中3—5月增加最為明顯。

圖3 2009—2018年漢中市熱島效應(yīng)強(qiáng)度月變化

3.4 日變化

選取2016—2018年漢中城區(qū)站和郊區(qū)站代表月1月(最冷月)和7月(最熱月)逐小時平均氣溫資料，計算分析漢中市熱島效應(yīng)強(qiáng)度日變化。漢中市1月(最冷月)和7月(最熱月)熱島效應(yīng)的日變化特征大致相似(圖4，以08—19時為白天，20時—次日07時為夜間)，總體表現(xiàn)為夜間強(qiáng)白天弱的特點，但個別時段存在差異。1月12—15時熱島效應(yīng)消失，出現(xiàn)城區(qū)氣溫低于郊區(qū)的現(xiàn)象，即“冷島”效應(yīng)現(xiàn)象，16時以后轉(zhuǎn)為熱島效應(yīng)，強(qiáng)度開始快速加強(qiáng)，一直延續(xù)到22時，達(dá)到峰值(1.3 ℃)，隨后在高位平穩(wěn)波動，至次日08時后迅速減弱。7月11—14時出現(xiàn)冷島效應(yīng)，15時開始轉(zhuǎn)為熱島效應(yīng)，隨后一直持續(xù)到夜間21時達(dá)到峰值(1.9 ℃)，此后逐漸減弱，直到次日10時降到最弱。由于城區(qū)大氣污染較郊區(qū)嚴(yán)重，氣溶膠顆粒多，白天對太陽輻射具有一定的削弱作用，從而削弱了氣溫升高的幅度；而郊區(qū)空氣質(zhì)量較好，白天太陽輻射強(qiáng)，地面吸收大量熱量，城市熱島強(qiáng)度減弱，甚至導(dǎo)致郊區(qū)氣溫比城區(qū)高，即冷島現(xiàn)象。另外，城區(qū)夜晚大氣擴(kuò)散條件相對郊區(qū)較差，同時空氣污染物較多，能夠反射更多的地面長波輻射,導(dǎo)致城區(qū)夜晚氣溫較高，使得城區(qū)和郊區(qū)氣溫差大，夜間城市熱島效應(yīng)明顯。

圖4 2009—2018年漢中市熱島效應(yīng)強(qiáng)度日變化

4 城市熱島效應(yīng)強(qiáng)度與氣象因子相關(guān)分析

城市熱島效應(yīng)強(qiáng)度與氣象因子密切相關(guān)[13]，氣象因子的變化對熱島效應(yīng)強(qiáng)度有較大影響。影響漢中城市熱島效應(yīng)強(qiáng)度的氣象因子主要有氣溫、云量、相對濕度等。研究表明，年平均熱島效應(yīng)強(qiáng)度與年平均氣溫(圖5a)呈正相關(guān)，與年平均低云量(圖5b)和相對濕度(圖5c)呈負(fù)相關(guān)。年平均熱島效應(yīng)強(qiáng)度與年平均氣溫、年平均相對濕度的相關(guān)關(guān)系通過α=0.05的顯著性檢驗；與年平均低云量的相關(guān)關(guān)系通過了α=0.01的顯著性檢驗；但與年日照時數(shù)、年降水量、年平均風(fēng)速的相關(guān)性較小(圖5d、e、f)，未通過顯著性檢驗。

圖5 2009—2018年漢中市年均熱島強(qiáng)度與年平均氣溫(a)、年平均低云量(b)、年平均相對濕度(c)、年日照時數(shù)(d)、年降水量(e)和年平均風(fēng)速(f)變化曲線

5 結(jié)論與討論

(1)近10年，漢中城區(qū)站年平均氣溫均高于周邊郊區(qū)4站，2012年開始城區(qū)站氣溫呈明顯逐年增加趨勢，郊區(qū)4站呈緩慢增加趨勢，2013年以后城區(qū)站與郊區(qū)站溫差迅速增大。漢中市熱島效應(yīng)強(qiáng)度近10年平均值為0.7 ℃，呈明顯逐年增加趨勢，特別是2014年以后熱島效應(yīng)迅速增加，熱島強(qiáng)度均值在0.8 ℃以上。

(2)漢中市近10年熱島效應(yīng)強(qiáng)度呈現(xiàn)明顯的季節(jié)變化特征，表現(xiàn)為春季最強(qiáng)，冬季次之，夏季最弱。前5年(2009—2013年)熱島效應(yīng)強(qiáng)度表現(xiàn)為冬季最強(qiáng)、春季次之、夏季最弱，后5年(2014—2018年)則是春季明顯較強(qiáng)，冬季其次，夏季最弱；后5年除夏季與前5年沒有變化外，春、冬、秋季均有所增加，且春季增加最為明顯。

(3)漢中市近10年熱島效應(yīng)強(qiáng)度呈現(xiàn)出明顯的月變化特征，各月均存在熱島效應(yīng)，強(qiáng)度在0.3～1.4 ℃之間，其中8月—次年2月熱島效應(yīng)強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，2月最強(qiáng)，之后逐漸減弱，8月最弱。

(4)漢中市熱島效應(yīng)的日變化特征明顯，1月(最冷月)和7月(最熱月)熱島效應(yīng)均表現(xiàn)為夜間強(qiáng)、白天弱的特點。1月12—15時出現(xiàn)冷島效應(yīng)，16時以后轉(zhuǎn)為熱島效應(yīng)，強(qiáng)度開始快速加強(qiáng)，一直延續(xù)到22時，隨后在高位平穩(wěn)波動， 至次日08時后迅速減弱； 7月11—14時為冷島效應(yīng)，隨后轉(zhuǎn)為熱島效應(yīng)一直持續(xù)到夜間21時達(dá)到峰值，此后逐漸減弱，直到次日10時降到最弱。

(5)漢中市年平均熱島效應(yīng)強(qiáng)度與年平均氣溫呈顯著正相關(guān)，與年平均相對濕度和低云量呈顯著負(fù)相關(guān)。