不同下垫面对宁波市区夏季气温的影响

赵伍杰，丁烨毅，黄鹤楼，吴 敏

(1.浙江省宁波市气象台，浙江 宁波 315012;2.慈溪市气象局，浙江 慈溪 315300)

现代城市气候最显著的特征之一就是热岛效应，随着社会经济的发展，其有日渐严重的趋势［1］。城市下垫面性质改变导致下垫面物理和生物学特性改变，对城市气候有十分显著的影响。一方面，城市建筑的特殊热力性质等原因造成城市热岛现象的出现［2］，另一方面，城市中相对集中的水体和绿地由于具有与城市建筑区完全不同的热力特性，对城市气候具有一定的调节作用，可在一定程度上缓解城市热岛效应，改善城市生活环境［3-5］。国内外学者做了大量关于热岛效应及城市化对高温的影响研究［6-9］，将重点主要放在城市化引起的下垫面变化的增温作用，但下垫面类型复杂，具有极强的不均匀性，不同类型下垫面对气温有着不同的影响［10-12］，进一步分析不同下垫面热力性质对气温的影响有利于更好地了解热岛效应形成机制。

随着大气监测自动化技术的不断发展，自动气象观测站已成为目前气象观测的主要手段之一，大大提高了观测的时空密度;自动站所测数据误差基本都在允许范围之内［13］，且在观测时间上具有更好的统一性，使得在当前气象服务中发挥着越来越重要的作用［14-15］。作者利用宁波市不同城市下垫面上的自动气象观测站提供的逐时气温资料，分析不同下垫面上的气温变化特征，了解不同类型下垫面上的气温变化对城市气温变化的影响程度，为合理改善人类的生活环境以及城市土地利用规划提供科学依据。

1 资料与方法

利用宁波市自动站观测2010-2012年夏季6-9月的气温资料来研究不同下垫面上气温的变化特征及其对气温变化的影响。选取新河路、工程学院、信谊小学、儿童公园、姚江公园等5个具有不同下垫面特征的站点。根据站点周边地理环境分析，新河路站可代表城市建筑特征，工程学院可代表建筑和绿地的综合下垫面特征，信谊小学可代表城郊建筑特征，儿童公园站可代表城市绿地特征，姚江公园可代表绿地和水体综合下垫面特征。采用对比分析方法，分析夏季城市不同下垫面上的气温日变化、小时变化速率及典型天气下的变化特征，进而探讨城市不同下垫面对气温的影响。

2 结果与分析

2.1 气温变化特征

表1表明，夏季新河路的平均气温最高，白天平均气温高出其他站点0.5℃以上;各站夜间气温较接近，因此日较差的差异主要由白天气温决定，但日较差总体差异不大;除儿童公园外，其余各点极端最高气温均超过40℃，极端最高气温出现在新河路。

2.2 气温日变化

不同城市下垫面之间的气温日变化总体趋势一致 (图1)，最低气温和最高气温的出现时间分别为5:00和13:00。日落后至日出前的夜间各站气温基本一致，但白天新河路的高温特点明显，日最高气温高于其他站点0.7℃以上。新河路站白天气温较高，充分体现城市建筑对气温的增温作用;城市绿地、水体等能有效降低城市气温，尤其是在白天，使气温变化得到有效抑制，因此夏季城市绿地、水体等对城市气温的调节作用不可忽视。

表1 宁波夏季各站气温基本变化特征 ℃

2.3 气温变化速率

以相邻2 h(整点北京时)的平均气温差表示气温变化速率，得到了各站气温变化速率夏季日变化特征 (图1)。由图1可知，各站逐时平均气温的变化速率日变化趋势差异不大。各站均在6:00后开始升温，新河路站升温最快，其余各站升温速率接近，8:00达到各自最大升温速率，新河路升温速率1.3℃·h-1;各站均在14:00起开始降温，新河路降温最快，18:00新河路、工程学院、儿童公园、姚江公园达到各自最大降温速率，19:00信谊小学达到最大降温速率，各站降温速率均不高于0.9℃·h-1。

图1 宁波夏季各站逐时平均气温 (左)及其变化速率 (右)

总体来说，各站气温在日出后和日落前变化迅速。由图1可知，日出后各站气温差异突然加大，这是由于日出后不同下垫面吸收能量的速率和比热存在差异，致使升温速率不同;日落前时段存在着与日出后时段相同的机制，所以，日出后、日落前的气温变化速率对各站气温的日变化特征有着决定性作用。各站气温变化速率的具体特征为:大部分时段新河路气温变化速率要比其余站点高;日出后新河路升温最快，日落前新河路降温最快，夜间各站降温平稳。

2.4 典型天气下气温日变化及变化速率

选取晴天 (2012年7月25-31日)，阴天 (6月12日、6月15-16日，6月19-20日、6月28日、9月23日)，雨天 (8月7-8日、8月23-24日、9月13-15日)，分析各站在典型天气下逐时平均气温变化及其变化速率。

由图2可知，在晴天条件下，新河路白天气温较高，夜间气温较低，主要与地面长波辐射有关，白天辐射升温强，夜间辐射降温强，其余各站变化趋势接近;气温变化速率总体相似。

由图3可知，在阴天条件下，新河路站气温明显高于其他各站，其他各站气温差异不大，主要是由于城市建筑下垫面热容量大，贮存热量的能力强;气温变化速率，新河路站也大于其余各站，且波动较大，其余各站差异不明显。

图2 宁波夏季晴天各站逐时平均气温及其变化速率

图3 宁波夏季阴天各站逐时平均气温及其变化速率

由图4可知，在雨天条件下，各站气温和速率变化总体较一致，这主要和太阳辐射、地面辐射比较弱有关，速率变化也较小。

综上分析，逐时平均气温的变化速率仅与天气类型相关，与下垫面类型关联度不大。

3 小结与讨论

用宁波市区不同城市下垫面上设立的自动气象观测站3个夏季的逐时气温资料分析各种典型下垫面上的气温特点，结果表明不同下垫面条件对气温的日变化有重要影响。

夏季代表城市建筑特征的新河路平均气温最高，各站夜间气温较接近，日较差总体差异不大。不同城市下垫面之间的气温日变化总体趋势一致，但白天新河路的高温特点明显，说明城市建筑对气温的增温较强，城市绿地、水体等能有效抑制城市气温的上升。各站逐时平均气温的变化速率变化趋势差异不大，6:00开始升温，8:00达到各自最大升温速率，14:00开始降温;大部分时段新河路气温变化速率要比其余站点高。晴天新河路白天气温较高，夜间气温较低;阴天新河路站气温明显高于其他各站，雨天各站气温较一致;各种典型天气条件下，不同下垫面气温变化速率总体相似。

综上，绿地、水体对气温有较强调节作用，在城市规划和建设中，提高绿地面积，适当增加水体，无疑将对改善城市气候状况，缓解热岛效应发挥积极的作用。

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