城市热岛效应对九台站主要气象要素的影响

刘瑞琪，李佳，李玉环

（长春市九台区气象局，吉林长春130500）

天气和气候变化影响着人们生活的方方面面，气象观测资料是否准确，对天气预报和气候分析等具有重要意义。随着城市规模不断扩大，原处于郊区的气象站不可避免地受到城市化的影响。“城市热岛”效应导致气象要素值发生变化，致使气象观测资料失去了代表性、准确性和比较性。

1 观测场环境介绍

九台区气象站（54069）为国家一般气象站，建于1957年11月，位于九台区前进路 64号（125°48′E，44°10′N），观测场海拔高度174.5m。20世纪90年代后期开始，随着九台城市化发展，气象站逐渐被建筑物包围，观测环境不断恶化，在观测场的西南侧建起了多栋住宅楼，观测场60.0m范围内出现居民房，南侧30.0m建有机动车道，大气污染较严重，九台站成为一个比较典型的城市气象观测站。本文以1987年为界，研究城市热岛效应对九台站主要气象要素的影响。

2 资料

本文以九台区气象站1960年～2008年的年平均气温、极端最低气温、极端最高气温、年平均气压和年平均风速为研究资料，数据选自地面观测月报表，资料通过质量控制。

3 气象要素变化情况

3.1 气温变化

由1960年～2008年平均气温、极端最低气温和极端最高气温标准化距平时间序列图（图略）可见，原气象站的年平均气温、极端最低气温和极端最高气温均呈上升趋势，这种气温增长趋势大致与当前全球变暖背景下北半球中高纬度地区的温度上升趋势相一致[1]。其中，极端最低气温从20世纪80年代到90年代，出现了跳跃变化；年极端最高气温整体上升趋势较缓慢；年平均气温变化情况接近于年极端最低气温的波动情况。分别计算得出年平均气温与极端最低气温和极端最高气温时间序列的相关系数达0.84和0.62，二者都通过99%的置信度检验[2]。

从表1可以看出，20世纪90年代后期年平均气温、极端最低温度、极端最高温度较前期都有所上升，年平均极端最低温度上升最为显著。

综上可见，最低气温较最高气温对整体气温升高的贡献更大，分析原因是随着城市化的加快，城市热岛效应逐渐加强，其主要由城市下垫面特性、人为热量释放和空气污染三个因素决定[3]。白天城市下垫面和人为热量释放对大气为加热作用，而空气污染中的气溶胶在白天呈“阳伞”效应，削弱到达地面的太阳短波辐射，部分抵消了前两者的加热作用，从而抑制了地面温度的升高；夜间地面因长波辐射冷却，热通量方向向下，空气处于稳定层结状态。边界层内湍流扰动弱，空气污染物扩散能力下降，保温效应增强，造成最低温度较最高温度显著升高的现象。

表11960 年～2008年九台市气象站部分气象要素统计的平均值

3.2 气压变化

由1960年～2008年平均气压时间序列图（图略）可见，1960年～2008年地面平均气压整体线性趋势性变化不明显；90年代前期，年平均气压呈线性递增趋势；90年代后期，呈线性递减趋势，近20年气压较90年代前期下降了1hPa。

气压与大气温度、大气密度、风和天气现象等关系密切。可见，城市热岛效应对九台站地面气压下降有一定影响。

3.3 风的变化

1960年～1987年多年平均风速为3.4m/s，1988年～2008年多年平均风速为2.4m/s，后者较前者低1m/s；从1960年～2008年平均风速时间序列图（图略）可见，年平均风速下降趋势明显，90年代后期开始趋于稳定状态。由1988年～2008年风向频率玫瑰图（图略）可见，主导风为偏南风，但偏西风的扰动频率增多。

风速除受大尺度风场控制外，还与城市的地理环境和城市化有关。城市化改变了城市边界层的动力、热力结构，提高了城市的粗糙度，减弱了大尺度风场；另一方面，风速降低不利于空气污染和人为热排放的散失，使得城市化对温度的影响更局地化。

4 总结与讨论

通过对九台站1960年～2008年的气温、气压和风等资料的分析，得到如下结论：随着九台城市化速度的加快，致使城市热岛强度明显增加，造成了年平均气温、年极端最低温度、最高温度上升，年平均极端最低温度上升最为显著。年平均气压略有下降，年平均风速明显下降，偏西风的扰动频率增多。

明显的城市热岛效应特征，使气象观测场的观测资料在很大程度上失去了代表性、准确性和比较性。根据《关于气象探测环境保护的通知》等相关文件，迁站迫在眉睫。在今后迁址时要充分考虑城市发展因素的影响，避免频繁迁址。

[1]《气候变化国家评估报告》编写委员会.气候变化国家评估报告[M].北京:科学出版社,2007.

[2]施能.气象统计预报[M].北京:气象出版社,2009.

[3]任国玉.地表气温变化研究的现状和问题[J].气象,2003,29(08):3-6.