盘锦地区城市热岛效应对降水的影响研究

袁潮 易希延 孙卓

摘 要 选取选取盘锦地区34个区域自动气象站 2010-2015 年逐日平均气温以及2010-2012年降水资料，运用统计对比分析方法，研究城市热岛效应的季节差异及其对降水的影响。结果表明： （1）盘锦地区表现出一定程度的城市热岛效应，但强度并不大。以夏季最为明显，春季和冬季次之，秋季热岛效应最弱。（2）城市热岛效应对盘锦地区年总降水量分布的影响远不如大尺度天气系统，但对弱降水的分布有一定影响， 最主要表现在夏季午后的局部热对流。（3）在合适的环境条件下，城市热岛环流和海陆风环流耦合，在城区附近形成边界层辐合线，并加强边界层内中心城区风场垂直切变，这种强迫有利于对流降水的加强和维持。

关键词 城市热岛；季节；对流降水；海陆风

1 引言

近些年来，我国的城市化进程在飞速发展，同时人口迅速膨胀以及城市规模不断扩大造成城市下垫面的急剧变化。其导致的城市热岛效应及其对区域气候系统的影响，已经受到气象学者的广泛关注。目前大多数科学工作者主要对于气候变暖的趋势及增温幅度、城市热岛及气候变暖原因等方面开展研究工作。

“热岛强度”定义为城市中心区的温度最高值与郊区温度的差值，用两个代表性测点的气温差值（即热岛强度）表示。越来越多的气象学者开始关注热岛效应与城市及周边地区大气环境、天气现象（降水）及天气系统等存在相互作用。孙继松等对北京城市热岛效应的年际变化及其对降水的影响进行统计分析，结果显示热岛效应对降水量、降水日数的影响存在明显的季节和地域特征。束炯等对发生于上海的一次特大暴雨研究表明： 海风锋和城市热岛的共同作用，可能是强降水的触发机制。城市热岛效应、海陆风等局地小气候与天气尺度系统有着密切的联系。本文对盘锦地区城市热岛效应季节变化特征分析的基础上，重点研究热岛效应对降水的影响，并尝试给予简要的原因分析与讨论。

2 资料和方法

选取盘锦地区34个区域自动气象站2010-2015 年逐日平均气温以及2010-2012年降水资料。分季节研究盘锦地区城市热岛效应，同时统计时段内每个观测站点的≤1mm（弱降水）作为一个弱降水日，研究热岛效应对降水的影响。并运用典型个例对城市热岛环流及海陆风环流触发局地对流天气进行诊断分析。

3 城市热岛年际变化特征

从盘锦地区2010-2015年四季平均气温统计情况来看（略）。以双台子及兴隆台代表城区，周边地区代表郊区，总体上盘锦地区表现出了一定程度的城市热岛效应，体现在城区平均气温较周围郊区偏高，但以温差来表示热岛效应的强度，盘锦地区热岛效应强度并不大，温差大概在1℃左右。以夏季最为明显，春季和冬季次之，秋季热岛效应最弱。夏季盘锦地区平均气温整体上呈至东北部内陆向西南沿海地区温度递减趋势，但由图1中可见明显的出现以双台子及兴隆台为中心的温度大值区。秋季一般受较强的变性高压控制，各地气温较为均一，加之冷暖空气活跃，而且热岛效应只在无风或弱风的条件下存在，当风力增大时热量会很快被带走，对热岛效应产生一定程度的破坏。

4 热岛效应对降水的影响

4.1 弱降水日数对比分析

为了尽可能略去天气尺度系统对降水造成的干扰，选取≤1毫米日数来代表弱天气过程给盘锦地区带来的降水，这种降水往往是发生在弱天气尺度系统背景下，能最大程度体现局地性、小尺度系统对降水的影响。由图1可以看出，≤1毫米降水日数大值区主要有两个，一个位于西南沿海地区，一个位于双台子站。形成图2两个中心可能的解释为：以双台子站为中心的降雨区主要由城市热岛效应引起，城市热岛效应使城区弱降雨增加，主要原因是城区温度高，城市热岛效应使城市上空层结不稳定，容易形成对流云和对流性降水，形成一个气流在城市上空上升，周围地区下沉并向城区幅合的环流圈。加之城区上空有更多的凝结核，从云物理角度也更有利于降雨过程的云滴增长。统计还显示，热岛效应对降雨的影响最主要表现在夏季午后的局部热对流。以西南沿海为中心的降雨区可能与海陆风的影响有一定关系，有研究指出[6]，城市热岛与海风锋叠加而成的辐合线能激发局地不稳定能量的释放，从而产生局地强对流天气。

4.2 典型个例

2013年9月2日08时一次由城市热岛效应触发的午后对流性降水过程，500hpa高空（图略）我市处于东北冷涡底部，冷涡后部有横槽引导冷空气下滑，高空冷平流强迫配合地面为暖性弱高压控制，同时天空状况晴好，午后地面存在明显的辐射增温，高低层温度差动平流造成大气层结不稳定，为对流天气的发生提供了环境背景。在城区附近由于热岛效应形成中尺度辐合线（图2a），触发了雷暴在此地进一步增强发展，此外，城市建筑物高低不一，粗糙的下垫面使降水雨系减慢，延长了降水时间。从雷达反射率因子回波（图2b）可以看到，不断有回波自西北向东南移动，经过我市上空在市区回波有所加强，并出现较长之间的停滞，强回波位于地面辐合线偏南一侧，之后回波快速东南移，强度有所减弱。实况降水（图略）也显示出市区（兴隆台区）降水明显大于周边地区。

5 小结与讨论

①盘锦地区表现出一定程度的城市热岛效应，但强度并不大。以夏季最为明显，春季和冬季次之，秋季热岛效应最弱。②城市热岛效应对年总降水量分布的影响远不如大尺度天气系统，但对弱降水的分布有一定影响， 最主要表现在夏季午后的局部热对流。③城市热岛环流和海陆风环流耦合，在城区附近形成边界层辐合线，并加强边界层内中心城区风场垂直切变，这种强迫有利于对流降水的维持。

作者简介：袁潮（1988.5-），男，汉族，辽宁盘锦人，本科，助理工程师，研究方向：氣象防灾减灾。