不同下垫面条件下城区温湿度变化规律研究

何诗玥

摘 要：城市化的快速发展改变了城市范围内下垫面条件，并进而影响城市微气候变化，城市的空气温湿度受天气和下垫面的影响较大。为研究和分析不同天气条件下城市微气候的变化规律，选择湖北省天门市某中学校园作为典型城区研究对象，选择草地、树林、水面、水泥地、路面等五种主要活动区域类型，于2018年6月26日～7月4日的不同天气条件下开展持续监测，通过实地对距离地面1m、2m、3m高度大气的温湿度数据监测，定量分析不同活动区域类型的温湿度变化规律。结果表明，城市中不同类型的活动区域的局地气候具有明显差异；不同下垫面条件下温湿度随测量高度有一定的差异；不同下垫面条件下，环境气候条件对其温湿度影响规律不同。由此说明，在城市规划中，对不同下垫面的合理规划和设计能够有效解决城市热岛效应问题。

关键词：城市热岛 下垫面 温度 湿度

中图分类号：TV213.4 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）07（b）-0096-06

Abstract： The air temperature and humidity of the cityare greatly affected by the weather and the underlying surface.Therefore， atthe main campus of huazhong university of science and technology，chooses the five main types of activity areas of square， grassland， woodland， highway and lake.On April 27 and April 29， 2018， the temperature and humidity data in the atmosphere of 1m， 2m and 3m are monitored on the ground during the period from 8：00 to 21：00 in different weather conditions，quantitative analysis of temperature and humidity differences in different activity area types.The results showed that，Firstly， there are obvious differences in the local climate of different types of activity areas in cities. Second， with different underlying surface conditions， temperature and humidity vary with height. Third，over different underlying surface conditions， the influence of environmental and climatic conditions on temperature and humidity is different.Finally， the rational planning and design of different underlying surfaces can effectively solve the urban heat island effect problem in urban planning.

Key Words： Urban Heat Island； Underlying surface； Temperature； Humidity

當前城镇化建设推动着城市快速发展，人们更加关注由此带来的自然气候的变化。其中，由于城市下垫面的改变，不同下垫面的热容量、热传导率使得城市空气的温度与湿度都有一定的差异性，从而影响城市气候，同时也在一定程度上作用于地区气候和大气环流的变化过程 ，局地气候变化已经成为影响城市可持续发展的一个不容忽视的因素。在研究下垫面改变与气候变化的相应关系中，很多学者对不同纬度、类型的城市做了城、郊气温对比观测 ，都发现城区气温高于郊区的热岛现象[1～3]。周淑贞[4]研究过上海城市发展对气温的影响；纪迪等[5]研究了太湖流域下垫面改变与气候变化的相应关系；从波等[6]研究了河北廊坊城市化进程对降水特征的影响；刘娇妹等[7]研究了北京市冬季不同景观下垫面温湿度变化特征；胡喜生等[8]对城市绿化与热岛效应的关系进行了较为系统的分析；许多学者对城市热岛的演变与成因进行了分析[9-10]，这些分析中下垫面均为主要因素。我国在城市热岛的研究方面近年来取得了许多成果，研究主要采用了近年的气象资料的温度数据、实地观测和遥感监测的方法。

本文通过在2018年6月26日～7月4日对湖北省天门市某中学校园作为典型城区研究对象，选择草地、树林、水面、水泥地、路面等五种主要活动区域类型，对不同校内不同活动区域及其不同下垫面距离地面1m、2m、3m高度温湿度进行观测与对比分析，从定量的角度分析了温湿度变化规律，探讨了不同下垫面温湿度的动态变化对城市的热环境带来的影响。

1 研究区域与方法

1.1 研究区域

温湿度观测在湖北省天门市城区某中学校园进行。其位于湖北省天门市中心，位置为北纬N30°65′33.16″东经E113°17′29.61″，区域气候为亚热带季风气候，具有光照充足、气候湿润、春温多变、初夏多涝、伏秋多旱、生长期长、严寒期短的气候特点。一年中，1月平均气温最低，为3.8℃；7月平均气温最高，为28.2℃；6～8月降水量占到全年的39%，形成雨与热同季节；12月降水量最少为23.4mm，6月降水量最多为181.0mm。

1.2 研究样点选择与测量方法

观测点设立某中学校园，选取五个典型下垫面，分别为草地、树林、水面、水泥地和路面，这五个观测点地理位置和地表特征都不相同，避免人类活动及高层建筑物的影响。其中树林为次生杉木林地，郁闭度 85%以上；草地为结缕草草地，盖度00%；测量仪器为电子温湿度数据记录仪，同时对距离地面1m、2m、3m高度的温湿度的日变化进行观测，设置每隔300s采集一组数据。

2 实验结果

2.1 不同下垫面的温湿度对比

由测定结果可知，不同下垫面条件下温湿度差异较大，其中，以路面的温度最高，达到了36.2℃，其最低温度也较低为25.6℃，同时具有最高的湿度和最低湿度，说明在路面的温湿度变化幅度较大。不同下垫面温度变化幅度大小依次为路面>水面>水泥地>树林>草地，湿度变化幅度大小依次为路面>水泥地>水面>草地>树林（如表1所示）。

图1给出了不同下垫面情况的温度变化随时间的变化过程，其中以路面温度上升最快，在10：00～14：00均保持较高的温度；其他几种下垫面（草地、树林、水面、水泥地等）均在13：00出现最大值，由此说明温度在日间变化中具有鲜明的时序特征。

图2给出了不同下垫面情况的湿度变化随时间的变化过程，不同下垫面的湿度与温度变化呈现相反趋势，即在温度上升的同时，湿度下降，在10：00～14：00均保持较低的湿度，由此也说明湿度在日间变化中也具有鲜明的时序特征；不同下垫面的湿度在夜间均保持较高湿度（超过了90%）。

2.2 不同高度的温湿度对比

如图3、图4所示，不同下垫面条件下温湿度随测量高度有一定的差异；在草地、林地、水面中，越靠近下垫面，温度越低，湿度越高，这说明下垫面的蒸发作用对温湿度有较大影响；但在水泥地和路面中，由于地表反射率的影响，一般表现为靠近下垫面的空气温度上升较快。

2.3 温湿度变化影响因素分析

为了对温湿度变化的影响因素进行分析，按照不同下垫面间的温湿度数值计算其差值，并与当地气象站所得的背景温湿度和风速等级进行分析，结果如图5～图10所示。如图所示，环境气象条件对下垫面间的温湿度差异具有一定的影响，但相关影响因素不明显。针对温度变化，如在环境温度较高时，路面温度一般高于草地温度（如图5所示），而在风速较大时，水泥地温度明显高于草地（如图7所示）；针对湿度变化，在温度较高时，树林湿度一般小于草地湿度（如图8所示），风速较大时，路面湿度一般小于草地濕度（如图10所示）。由此说明，不同下垫面条件下，环境气候条件对其温湿度影响规律不同，风速变化可能导致下垫面蒸发差异，由此可能造成温湿度变化。

3 结语

通过在不同下垫面实地观测， 分别对距离地面1m、2m、3m的空气温湿度进行实测， 得到如下几点结论。

（1）城市中不同类型的活动区域的局地气候具有明显差异，本研究得出 ，由于其下垫面性质差异，不同下垫面温度变化幅度大小依次为 路面>水面>水泥地>树林>草地，湿度变化幅度大小依次为 路面>水泥地>水面>草地>树林。其温湿度变化存在明显的时序特征。

（2）不同下垫面条件下温湿度随测量高度有一定的差异；在草地、林地、水面中，越靠近下垫面，温度越低，湿度越高；但在水泥地和路面中，一般表现为靠近下垫面的空气温度上升较快。

（3）不同下垫面条件下，环境气候条件对其温湿度影响规律不同，风速变化可能导致下垫面蒸发差异，由此可能造成温湿度变化。

（4）在城市规划中，对不同下垫面的合理规划和设计能够有效解决城市热岛效应问题。

参考文献

[1] 宋艳玲，董文杰，张尚印.等.北京市城、郊气候要素对比研究[J].干旱气象，2003，21（3）：66-68.

[2] 冯晓刚.城市热岛效应演变与成因遥感研究[D].陕西：陕西师范大学，2011.

[3] 张顺谦，周长艳.成都市晴天热岛效应的时空分布特征与成因[J].应用生态学报，2013，24（7）：3-4.

[4] 周淑贞.上海城市发展对气温的影响[J].地理学报，1983， 38（4）：397-405.

[5] 纪迪，张慧，沈渭寿.太湖流域下垫面改变与气候变化的响应关系[J].自然资源学报，2013，28（1）：1-3.

[6] 从波，孙艺桃，刘艳杰.河北廊坊城市化进程对降水特征的影响[J].干旱气象，2014，32（5）：739-742.

[7] 刘娇妹，杨志峰.北京市冬季不同景观下垫面温湿度变化特征[J].生态学报，2009，39（6）：3249-3251.

[8] 胡喜生，洪伟，吴承祯.城市绿化与热岛效应的关系研究进展[J].吉林师范大学学报：自然科学版，2012，（1）：84-86.

[9] 傅桦.全球气候变暖的成因与影响[J].首都师范大学学报：自然科学版，2007，28（6）：11-1521.

[10]彭江良，吴息，江志红，等.南京冬季城、郊下垫面能量平衡特征分析[J].气象科学，2008，28（1）：21-29.