济南市城市热岛强度的变化特征

孙小丽，王式功，赵玉翠，王 华，刘新彦

(1.山东省济阳县气象局，山东济阳 251400；2.兰州大学大气科学学院，甘肃兰州 730000)



济南市城市热岛强度的变化特征

孙小丽1，2，王式功2，赵玉翠1，王 华1，刘新彦1

(1.山东省济阳县气象局，山东济阳 251400；2.兰州大学大气科学学院，甘肃兰州 730000)

利用2012—2014年济南市64个区域自动气象站的逐日逐时平均气温、逐日最高气温和最低气温资料，分析了济南市城市热岛强度的日变化和空间分布特征。结果表明，济南市城市热岛强度日变化表现为白天弱、夜间强的特点。不同季节济南市城市热岛中心空间分布上差别不大，主要是位于泉城广场等中心城区。

城市热岛；强度；日变化；空间分布；济南市

城市热岛是城市化对气温影响最突出的特征，也是城市气候最典型的特征之一，各地热岛强度的大小各不相同[1]，且随着城市的发展城市热岛强度不同程度地增强[2-5]。许多学者对城市热岛效应进行了研究，并取得了一定的成果[6-9]。Jusuf等[6]研究新加坡的土地利用与热岛效应的关系发现，不同的土地利用类型对于热岛效应的贡献率在白天和晚上是不同的；刘伟东等[8]研究指出，城市化对北京地区城区及近郊站点日平均气温和最低气温影响最大；李艳红等[9]分析发现，太原城市热岛效应不断增强，城市热岛效应的形成和加剧是城市发展的结果。改革开放以来，济南的城市建设快速发展，但其对城市热岛影响的研究比较少。笔者利用高密度的区域自动站资料，分析济南城市热岛强度的日变化特征，通过ArcGIS地理信息系统的反距离权重法详细研究济南市城市热岛强度的空间分布特征，揭示济南市城市化发展对城市热岛的影响，为城市规划、环境保护和生态建设提供参考。

1 资料与方法

1.1 资料来源 选取2012—2014年济南区域内64个区域自动站的逐日逐时平均气温、逐日最高气温和最低气温资料。考虑到区域自动站周边环境特点，结合缓冲区方法，以距泉城广场18 km为界限，18 km范围以内定义为城区站点，18 km范围以外定义为郊区站点，城郊站点分布如图1。由图1可见，城区站点分别是市政府、泉城广场、百花公园等12个站点，郊区站点分别是蟠龙山公园、外国语学校、历城二中等52个站点。

图1 济南市区域自动站缓冲区Fig.1 Buffer zone of regional automatic station in Ji′nan

1.2 分析方法 济南境内地貌复杂多样，各个区域自动站地形高度存在不同差异，如果不进行订正会带来气温偏差，因此在对区域自动气象站气温资料进行空间分析时以干绝热递减率进行订正，将各个测站的气温数据均订正到海平面高度。

分别计算济南市64个区域自动站，各站点2012—2014年各个季节的气温，在ArcGIS地理信息系统中利用反距离权重法(IDW)空间插值，得到济南市各个季节平均气温、最高气温和最低气温的空间分布情况。

2 济南市城市热岛强度的日变化特征

图2 2012—2014年济南市城市热岛强度日变化Fig.2 Diurnal variation of urban heat island intensity in Ji’nan City in 2012-2014

由图2可见，济南城市热岛强度的日变化非常明显，表现为白天弱、夜间强的特点。12：00—14：00热岛强度最弱，14：00以后，热岛强度开始明显加大，20：00—次日06：00热岛强度均较高，热岛强度均维持在1.8 ℃及以上，其中22：00—23：00热岛强度达最高，均为2.0 ℃。06：00以后随着日出热岛强度迅速下降，一直到19：00左右，热岛强度相对均较弱。这是因为白天城市下垫面的增温引起能量下传和储存，这部分能量在日落以后以长波辐射湍流热交换等形式提供给城市大气，部分地补偿了由于大气长波辐射而损失的能量，相对于降温较快的郊区，城市气温下降缓慢，形成了城市热岛[10]。而白天由于太阳短波辐射增温，近地面湍流作用加强，特别到中午的时候，太阳短波辐射最强，湍流无论在垂直还是水平方向的交换进一步增强，使得城郊之间温差变小，热岛强度较弱。

3 济南市城市热岛强度的空间分布特征

3.1 冬季 冬季平均气温、最高气温和最低气温的热岛强度最大的是最低气温，为1.2 ℃；最小的是最高气温，为0.5 ℃；平均气温的热岛强度为0.8 ℃。由图3可见，最高气温的高值区面积分布较大，济南城区以及南郊均表现为高值区，其热岛中心主要位于济南大学、泉城广场、热电公司、高新开发区以及南郊的西营枣林；平均气温的热岛中心主要分布在济南大学、市政府、泉城广场、热电公司；最低气温的热岛中心主要分布在济南大学、泉城广场、供销公司、热电公司以及南郊的跑马岭等地。平均气温、最高气温和最低气温从城区到郊区基本上均呈现温度递减的现象。

图3 2012—2014年济南市冬季平均气温(a)、最高气温(b)和最低气温(c)空间分布(单位：℃)Fig.3 Spatial distribution of average temperature(a)，maximum temperature(b)and minimum temperature(c)in winter in Ji’nan City from 2012 to 2014

3.2 春季 春季热岛强度最大的是最低气温，为0.7 ℃；最小的是最高气温，为0.4 ℃；平均气温的热岛强度为0.6 ℃。从图4可以看出，春季平均气温的城市热岛面积明显大于冬季，其热岛中心位于以泉城广场为中心的片状区域内，整个城区及周边的气温相对于郊区均较高。最高气温的热岛中心主要分布在泉城广场和百花公园周边以及平阴的孝直等区域，整个城区基本上均为气温较高的区域；最低气温的城市热岛面积较小，热岛中心主要分布在市政府、热电公司等地。

图4 2012—2014年济南市春季平均气温(a)、最高气温(b)和最低气温(c)空间分布(单位：℃)Fig.4 Spatial distribution of average temperature(a)，maximum temperature(b)and minimum temperature(c)in spring in Ji’nan City from 2012 to 2014

3.3 夏季 夏季热岛强度最大的是最低气温，为0.6 ℃；最小的是最高气温，为0.3 ℃；平均气温的热岛强度为0.4 ℃。由图5可见，夏季平均气温的城市热岛中心位于热电公司、交通学院、山东省农业科学院、供销公司范围内；最低气温的热岛中心分布在从交通学院到山东省农业科学院的带状区域内；最高气温的热岛中心分布较零散，主要中心位于泉城广场和泉城公园周边区域，在章丘、长清、平阴等地均有热岛中心，属于“多岛”效应。

图5 2012—2014年济南市夏季平均气温(a)、最高气温(b)和最低气温(c)空间分布(单位：℃)Fig.5 Spatial distribution of average temperature(a)，maximum temperature(b)and minimum temperature(c)in summer in Ji’nan City from 2012 to 2014

3.4 秋季 秋季热岛强度空间分布与冬季、春季、夏季类似，最大的是最低气温，为0.9 ℃；最小的是最高气温，为0.3 ℃；平均气温的热岛强度为0.5 ℃。由图6可见，秋季城市热岛面积比冬季、春季、夏季均小，其中平均气温的热岛中心位于济南大学、热电公司、山东省农业科学院，章丘的官庄气温也相对比较高；最低气温的热岛中心位于济南大学、市政府、供销公司、热电公司以及南郊的跑马岭等；最高气温的城市热岛分布面积很小，热岛中心位于泉城广场。

图6 2012—2014年济南市秋季平均气温(a)、最高气温(b)和最低气温(c)空间分布(单位：℃)Fig.6 Spatial distribution of average temperature(a)，maximum temperature(b)and minimum temperature(c)in autumn in Ji’nan City from 2012 to 2014

4 结论

(1)济南市城市热岛强度日变化表现为白天弱、夜间强的特点。

(2)济南市最低气温的热岛效应在各个季节均表现比较明显。城市热岛中心在不同季节空间分布上差别不大，主要是位于泉城广场、济南大学等中心城区。这与冉桂平等[11]研究的2007—2008年济南热岛位置比较一致，说明城市中心没有变化，城市热岛中心位置也没有大的变化。

[1] 周淑贞，束炯.城市气候学[M].北京：气象出版社，1994.

[2] REN G Y，ZHOU Y Q．Urbanization effect on trends of extreme temperature indices of National Stations over Mainland China，1961-2008[J]．Journal of climate，2014，27：2340-2360.

[3] 杨德保，王式功，王玉玺.兰州城市气候变化及热岛效应分析[J].兰州大学学报(自然科学版)，1994，30(4)：161-167.

[4] 林学椿，于淑秋，唐国利.北京城市化进程与热岛强度关系的研究[J].自然科学进展，2005，15(7)：882-886.

[5] 任春艳，吴殿廷，董锁成．西北地区城市化对城市气候环境的影响[J]．地理研究，2006，25(2)：233-241.

[6] JUSUF S K，WONG N H，HAGEN E，et al．The influence of land use on the urban heat island in Singapore[J]．Habitat international，2007，31(2)：232-242.

[7] OKE T R，EAST C.The urban boundary layer in Montreal [J].Boundary-bayer meteorology，1971，1(4)：411-437．

[8] 刘伟东，张本志，尤焕苓，等．1978-2008年城市化对北京地区气温变化影响的初步分析[J].气象，2014，40(1)：94-100．

[9] 李艳红，赵彩萍，李玉琴，等.太原城市化进程对城市热岛的影响[J].气象科技，2013，41(2)：360-364.

[10] 周淑贞，吴林.上海下垫面温度与城市热岛：气象卫星在城市气候研究中的应用之一[J].环境科学学报，1987，7(3)：261-268.

[11] 冉桂平，李瑞，任丹，等.济南市城市热岛效应的时空分布特征[J].西部资源，2011(6)：92-94.

Analysis of the Change Characteristics of Urban Heat Island Intensity in Ji′nan City

SUN Xiao-li1,2, WANG Shi-gong2, ZHAO Yu-cui1et al

(1. Jiyang Meteorological Bureau, Jiyang, Shandong 251400; 2. College of Atmospheric Sciences, Lanzhou University, Lanzhou, Gansu 730000)

By using the hourly and daily average temperature, daily maximum temperature, and the daily minimum temperature in 64 regional automatic meteorological stations in Ji′nan City from 2012 to 2014, we analyzed the diurnal variation and spatial distribution characteristics of urban heat island intensity in Ji′nan City. Results showed that the diurnal variation of the urban heat island intensity was weaker in the day and stronger in the night. Spatial distribution of urban heat island center showed little differences in different seasons in Ji′nan City, which was mainly distributed in Quancheng square and its surrounding downtown zones.

Urban heat island; Intensity; Diurnal variation; Spatial distribution; Ji′nan City

孙小丽(1977- )，女，山东莱州人，工程师，从事应用气候研究。

2016-09-07

S 16

A

0517-6611(2016)33-0175-03