中国东部季风区不同气候带城市热岛效应的差异

贾文茜 任国玉 , 于秀晶 张永强 , 张盼峰

1 湖北省气象服务中心，武汉 430205

2 中国地质大学（武汉）大气科学系，武汉 430070

3 中国气象局气候研究开放实验室，国家气候中心，北京 100081

4 吉林省气候中心，长春 130062

5 吉林师范大学旅游与地理科学学院，吉林 136000

1 引言

城市热岛效应（Urban Heat Island,UHI）是城市气候的基本特征。揭示我国不同气候带特大城市的UHI时空特点及其差异性，理解造成这种UHI地带差异的原因，不仅有助于丰富城市气候学理论，而且对于我国南北不同气候和自然功能区特大型城市未来发展规划和城市运行管理，也具有实际指导意义。

近年来，出于对地表气温变化问题的关注，对UHI的研究集中在单站或区域平均UHI强度（UHII）长期趋势上（宋艳玲和张尚印,2003;Peterson,2003;Weng and Yang,2004; 于淑秋 等,2005;陈正洪等,2007;Ren et al.,2007,2008;唐国利等,2008;张爱英等,2010;Bian et al.,2015;丁硕毅等,2015;刘伟东等,2016;Jia et al.,2019;Tysa et al.,2019），研究指出城市热岛效应在单个城市或区域尺度上对城市气象站气温观测趋势有显著的高估作用，且对日最低气温趋势估计的影响最为明显。Ren et al.（2008）指出1961～2000年间华北地区年平均气温增温率为0.29°C/10 a，其中国家级站点的城市化增温率为0.11°C/10 a，城市化增温贡献率达到37.9%，大型城市城市化增温贡献率最高，达到47.1%；张爱英等（2010）指出1961～2004年间，城市化引起的增温占国家站总体增温趋势的27.33%，其中江淮区域城市化影响最大，增温贡献率达到55.48%；Tysa et al.（2019）利用遥感数据将全国所有站点分成了受不同城市化程度影响的6类，发现不同城市类别站点的平均最低气温受城市化的影响最明显。此外，有关单个城市站的城市化影响研究也表明，最低气温增暖趋势高于平均气 温（Ren et al.,2007;Bian et al.,2017;Jia et al.,2019）。

同时对于典型城市UHII气候学特征方面的研究也得到进一步重视。受区域气候条件、地理位置以及人为因素的影响，不同城市的热岛强度有不同的季节分布，我国北方城市秋冬季节热岛效应更为明显，春夏季较弱（白虎志等,2005;郑祚芳等,2006;卞韬等,2012）。南方地区不同城市下垫面类型和地理位置不同，其UHII季节分布也不同。Jia et al.（2019）用武汉市1961～2015年国家站资料得出平均气温UHII夏季最强，冬季最弱，而最低气温UHII则在秋季最明显；邓莲堂等（2001）研究了上海城市热岛效应，指出夜间UHII在秋季最强，而白天UHII则在春季和初夏的梅雨季节相对较强，在秋季达到最低值；杨士弘等（1984）则表明广州的城市热岛效应在晚秋11月最强。

受自动站资料长度和密度限制，有关城市热岛强度空间分布和日内变化特征的研究仍然较少。早期工作通常仅利用某一年或者某几个月的数据分析描述UHII的时空特征（周淑贞和张超,1982;杨士弘等,1984;邓莲堂等,2001;张光智等,2002;Kim and Baik,2005;Chow and Roth,2006;李亮,2008）。随着城市自动气象站网建设的展开，城市市区观测点逐渐增多，UHII精细化特征的个例研究得到加强。胡文志等（2009）发现，1989～2006年香港市日出后城郊温差迅速下降，于10:00（当地时间）转为负值，14:00达到最低值，夜间表现为明显的热岛效应；Tan et al.（2010）指出2005～2007年上海市夏季UHII日变化比较明显，夜间为稳定的强热岛阶段，日出后UHII逐渐减弱，08:00（北京时间，下同）达到最小值，随后热岛效应快速增强；Yang et al.（2013）利用2007～2010年自动站观测资料分析了北京市UHII特征，发现21:00至06:00和11:00至16:00分别为平稳的高值和低值时段，高值区出现在市区四环以内；瓦力江•瓦黑提等（2018）表明乌鲁木齐市城市热岛强度在08:00至17:00为下降时期，17:00至22:00为上升时期，22:00至次日08:00为稳定的强热岛阶段；孟凡超等（2020）指出天津市UHII在11:00至16:00和22:00至次日06:00分别为稳定的低值和高值时段阶段。

前人利用不同时间长度的气象站气温观测资料，对中国区域内不同地理位置的单个城市UHII特征进行了分析。研究表明，中国北方城市90年代后期以来年平均UHII基本分布在1.0°C以上，秋冬季和夜间的热岛强度最明显（白虎志等,2005;郑祚芳等,2006;卞韬等,2012;孟凡超等,2020）；南方城市湿度大，冬季没有北方城市取暖排放人为热，UHII总体上小于北方城市（丁硕毅等,2015;Jia et al.,2019），且中午前后的热岛强度较强（Tan et al.,2010;赵雪婷等,2019），但也有研究表明南方有的城市夜间的热岛强度高于白天（邓莲堂等,2001;李春梅等,2006）。城市热岛强度受背景气候、下垫面和人为热排放方式以及参考站选取方法的影响，不同的城市UHII在时空特征上有何具体差异，目前并没有系统研究。

高密度自动站观测网的建立以及连续的逐时气温观测资料数据，为城市热岛的时空特征研究提供了基础，有关UHII时空特征的研究也得到加强。但目前对于城市UHII的精细化特征研究还比较缺乏，且近年来有关热岛效应的研究集中在单个城市或者区域，参考站的选择方法也是不尽相同。因此利用相对客观的选站方法和同一时段的气温观测资料，分析位于不同气候带的城市UHII时空精细化特征差异及其原因是十分有必要的。

本文选取长春、北京、武汉、广州市为中国东部季风区南北不同气候带的代表性城市，利用2015年的卫星遥感土地利用数据，综合考虑了不同空间尺度上城市化对观测站气温的影响，选取乡村参考站，计算UHII，比较分析不同气候带各城市建成区UHII空间分布差异及其候、日内变化特征差异。本文研究对理解城市热岛效应、探究不同城市、不同气候区的热岛形成机制以及城市气候生态研究等具有借鉴意义。

2 资料与方法

2.1 数据来源

长春、北京、武汉和广州4个城市均处于季风区，但纬度差异很大。北方的两个城市，长春位于东北中部，属于中温带季风气候，冬季寒冷多雪，夏季温凉湿润；北京位于华北平原北部，属于暖温带季风气候，冬季较冷少雪，夏季温热多雨。南方的两个城市，武汉位于长江中游、江汉平原，是典型的中亚热带沿江湿地型城市，冬季湿冷，夏季闷热；广州位于华南珠江三角洲，属于南亚热带季风气候，冬季短暂温湿，夏季漫长闷热。四个特大城市的地理位置，包括其所处的气候带，表示在图1中。

图1 长春、北京、武汉和广州四个城市地理位置和气候特点分布Fig. 1 Geographical location and climatic characteristics of the four cities

本文使用了2012～2014年和2016～2017年南北4个城市及其周围的自动站小时气温资料。2015年资料缺失严重，故未采用。资料来源于中国气象局国家气象信息中心。本文还使用了中国科学院资源环境科学与数据中心（http://www.resdc.cn/[2018-05-10]）共享的2015年中国土地利用资料，空间分辨率是1 km×1 km。

2.2 质量控制

南北4个城市自动站气温数据质量不同，为了保证在有气温观测数据的前提下，站点数量足够多，通过筛选，得出4个城市站点记录数据量均较多的时间段是2012年9月至2014年8月以及2016年1月至2017年12月（共4年），即本文UHII的研究时段。本文对该时间段的资料进行了质量控制，质量控制参考前人研究（中央气象局,2003;杨萍等,2011;张志富等,2013），包括了极值性错误数据检查，跳跃性错误数据检查，不完整记录数据处理。其中定时值缺测规定，一个月中记录缺测7次及以下，按实有记录做月统计但缺测8次或以上时，该定时不做月统计；一个月中，各定时平均值缺测6个或以下，日平均按实有定时平均值做月统计，若缺测7个或以上则相应的月平均视为缺测。

若某站点某月的数据不符合以上标准，则舍弃该站点。武汉市内自动站数量较少，因此特规定如下：除了遵循以上标准外，另外符合48个月内缺测率小于等于7个月，且每年缺测率小于等于3个月且不全集中在一个季度内的站点也予使用。

根据以上规定，分别对4个城市自动站小时气温资料做质量控制。通过质量控制的站点分布如图2所示。

图2 （a）长春市、（b）北京市、（c）武汉市、（d）广州市城市自动气象站分布Fig. 2 Distributions of automatic weather stations in (a) Changchun,(b) Beijing,(c) Wuhan,and (d) Guangzhou

2.3 城市站和乡村站的选择

土地利用数据（Land Use and Cover Change,LUCC）可直观反应观测站周围城市化水平和过程，目前LUCC数据已被广泛用于城市热岛和城市景观格局等城市气候方面的研究中（Ren and Ren,2011;杨元建等,2011;He et al.,2013）。研究表明城市化对观测站气温的影响主要来源于3个不同空间尺度：来自观测站附近建筑物的微尺度、来自类似公园的局地尺度、来自整个城市的中尺度影（Gallo et al.,1996; 任 国 玉 等,2010;Tysa et al.,2019）。本文利用2015年LUCC数据，将每个城市最大城镇用地矩形（圆形）的长边（直径）作为最大半径，以1 km半径为起始缓冲区，将每个站点周围不同缓冲区范围内城镇面积的比例作为筛选参考站的依据。该方法综合考虑不同空间尺度内城市化对站点气温观测的影响。具体城市站和参考站的选取步骤如下：

（1）提取4个城市卫星遥感反演的2015年土地利用资料中城镇用地数据，将每个城市市区内最大城镇用地矩形（圆形）的长边（直径）作为最大半径，记为L；

（2）以每个自动站站点为圆心，分别做半径为1、2、3，4、5、7、9、11,…,Lkm的缓冲区，计算每个缓冲区内城镇用地面积的百分比；

（3）将1～5 km不同缓冲区内城镇用地面积百分比均小于3%，且7～Lkm不同缓冲区内城镇用地面积百分比均小于15%的站点定为乡村站，将1～5 km缓冲区内城镇用地面积百分比大于70%的站点定为城市站。

在保证站点量足够的前提下，城市站和乡村站的遴选还要遵循以下原则：

（1）根据2015年土地利用资料中提取的水体用地数据，去除距岸边1 km范围内的站点；

（2）乡村站与城市站的平均海拔高度差值绝对值小于30 m。

若符合以上条件，同一个方向有多个备选乡村站，考虑站点气温资料质量，站点分布均匀性以及与城市站的距离，确定最后的乡村站。4个城市的城市站和乡村站空间分布和海拔分别如图3和表1所示。

图3 （a）长春市、（b）北京市、（c）武汉市、（d）广州市城市站及附近乡村站分布Fig. 3 Distributions of city stations and nearby rural stations in (a) Changchun,(b) Beijing,(c) Wuhan,and (d) Guangzhou

表1 不同城市的城市站和乡村站平均海拔Table 1 Average elevation of urban and rural stations in different cities

2.4 热岛强度的定义

城市热岛强度（Urban Heat Island Intensity,UHII）计算方法采用城乡站地面气温之差来表示（Jia et al.,2019）。

其中，Ti为城市站的站点气温，Tj为乡村站的站点气温。

在计算单个城市站UHII时，城市站气温与所有乡村站平均气温之差为该城市站的UHII。日平均、候平均和年平均分别是24小时、5天和12个月相应气象要素的平均值，0～6候为1月，以此类推。四季划分采用气候学方法，即春季为3～5月，夏季为6～8月，秋季为9～11月，冬季为12月至次年2月。

分析UHII日内变化特征时，为了使处于不同经度的地区具有可比性，把长春、武汉和广州三地的小时数据转化为地方时，即分别在北京时间基础上调增和调减与120°E地方时的时差，三地与北京时差分别为+0.36、−0.38、−0.45小时。再利用内插方法获得各地整点时刻的气温和UHII数值。如果没有特别说明，结果分析中的时间均指地方时。

3 结果分析

3.1 UHII空间分布和季节变化

长春、北京和武汉3个城市市中心热岛效应均在0.90°C以上（见图4），其中长春市中心城区的UHII在0.90～1.62°C之间，年平均最高UHII为1.62°C，最高三站年平均UHII为1.51°C（图5）；北京市中心城区的年平均UHII分布在0.90～2.18°C，最高值为2.18°C，最高三站年平均UHII为2.07°C；武汉市的热岛效应整体较弱，中心城区和江夏区北部年平均UHII介于0.90～1.41°C，单站和最高三站UHII平均值分别为1.41°C和1.39°C；广州市UHII空间分布受地势和河口水体影响，呈现“北低南高”态势，市辖区、番禺区以及接壤的佛山市为热岛高值区域，年平均UHII在0.60～1.19°C之间，最高单站和三站年平均UHII在4个城市内最小，分别为1.19°C和1.18°C。

图4 2012年9月至2014年8月和2016年1月至2017年12月（a）长春市、（b）北京市、（c）武汉市、（d）广州市年平均热岛强度（Urban Heat Island Intensity,UHII）空间分布（黑色实心点代表每个城市内通过质量控制的站点）Fig. 4 Spatial distributions of the annual average Urban Heat Island Intensity (UHII) of (a) Changchun,(b) Beijing,(c) Wuhan,and (d) Guangzhou(black dots represent the stations that pass the quality control) during Sep 2012−Aug 2014 and Jan 2016−Dec 2017

图5 2012年9月至2014年8月和2016年1月至2017年12月长春市、北京市、武汉市、广州市城区平均、最高三站平均和最高单站年平均热岛强度比较Fig. 5 Comparisons of annual average UHII of the urban area,the highest three-station,and the highest single-station in Changchun,Beijing,Wuhan,and Guangzhou during Sep 2012−Aug 2014 and Jan 2016−Dec 2017

3.2 UHII日内变化

图6a表明，长春、北京和武汉市年平均小时UHII表现的日内变化特征基本一致，均可分成4个阶段：两个稳定阶段（夜晚高值和白天低值）、午后到傍晚的快速上升阶段和清晨到上午的快速下降阶段。广州市UHII日内变化分为3个阶段：夜间的高值稳定阶段，清晨至午后（15:00）的缓慢下降阶段和午后（15:00）至傍晚的缓慢上升阶段。

图6 （a）长春市、北京市、武汉市、广州市UHII及其（b）与北京市UHII差值的日变化Fig. 6 Daily variations of (a) UHII of Changchun,Beijing,Wuhan,and Guangzhou and (b) difference from Beijing UHII for Changchun,Wuhan,and Guangzhou

长春市的两个UHII稳定阶段是20:00至次日05:00和10:00至14:00，分 别在1.60°C和0.10°C上下浮动，05:00至10:00为下降阶段，14:00至20:00为上升阶段；北京市在21:00至次日06:00和11:00至16:00为稳定高值和低值阶段，UHII平均值分别为1.60°C和0.25°C，期间为过渡阶段；武汉市的两个UHII稳定阶段为22:00至次日06:00和12:00至15:00，平均值分别1.48°C和－0.02°C；广州市UHII稳定高值阶段为21:00至次日06:00，平均UHII为1.16°C。

长春市、北京市、武汉市、广州市均表现为夜间热岛效应明显高于白天，其中除了15:00至21:00长春市UHII更强外，北京市UHII高于另外3个城市（图7b）。武汉市热岛强度在正午阶段出现了较长时间（12:00至15:00）的零值甚至“冷岛效应”，即城市区域气温等于或小于乡村，由此导致UHII日内变化幅度较大。广州市夜间21:00至次日07:00 UHII最小，10:00至14:00较高，其UHII日内变化幅度最小。

图7为四个城市候平均UHII的年内变化情况。长春市和北京市的UHII均表现为秋冬季节大于春夏季节，季节变化也比较明显。长春市年平均UHII为0.96°C（表2），冬季平均UHII最大，达到1.30°C，秋季次之，春季最小。冬季第1候即1月初UHII值最大，为1.59°C；夏季第32候即6月初UHII最小，为0.42°C（图7a）。北京市年平均UHII值为1.06°C，冬季平均UHII值为1.51°C，秋季其次，夏季最小（0.71°C）。候平均最大UHII发生在第72候即12月末，为1.97°C，第40候（7月中旬）的热岛强度最小，为0.38°C。

图7 （a）长春市、北京市、武汉市、广州市候平均UHII及其（b）与北京市UHII差值的年变化Fig. 7 Annual variations in (a) pentad average UHII of Changchun,Beijing,Wuhan,and Guangzhou and (b) the difference from Beijing UHII for Changchun,Wuhan,and Guangzhou

表2 长春市、北京市、武汉市、广州市城区年平均和季节平均热岛强度Table 2 Comparison of the average annual and seasonal UHII of Changchun,Beijing,Wuhan,and Guangzhou

武汉、广州市的UHII季节变化较小，秋冬略高，春夏季稍低。武汉市年平均UHII为0.91°C，秋季平均UHII达到1.26°C，冬季次之，春季最小（0.74°C）。但最大（第68候）和最小（第7候）侯平均值均出现在冬季。广州市年平均UHII为0.78°C，秋季平均最高（0.88°C），冬季次之，春季最低（0.65°C）。最大候平均UHII发生在第68候（12月初），为1.32°C，春季第20候即4月上旬的UHII最小。

北方城市UHII年内变化幅度远大于南方城市，其中北京市冬季的热岛效应最显著（图7b）。南方城市夏季的热岛效应相对更明显，尤其是在30～36候即初夏时段。武汉市在36～48候的热岛强度最强，仲夏季节UHII高于北京市，最高达到了0.72°C。长春市整个夏季的UHII基本高于北京市。

图8表示我国南北方四个城市城区平均UHII小时—候分布剖面。北方城市热岛效应一般表现为冬、秋季夜间更强，持续时间长，春夏季较弱，持续时间短，UHII小时—候分布图呈现“纺锤形”。长春市初秋和冬季晚上热岛强度最强，UHII在1.60°C以上，晚春、初夏和晚秋夜间热岛强度较弱；白天的热岛强度明显小于夜间，其中夏季41～42候即7月下旬白天有一热岛相对高值区；晚夏和初秋白天（09:00至15:00）出现了－0.4～0°C的极小值。北京市秋冬季节尤其是冬季夜间热岛效应最强，UHII在2.0°C以上；春夏季夜间的热岛效应较弱；夏季43～46候即8月上中旬白天（11:00至15:00）出现UHII相对高值区，热岛强度在0.6～0.8°C之间；秋季和初夏白天部分时间段内UHII最小，甚至出现负值。

图8 （a）长春市、（b）北京市、（c）武汉市、（d）广州市平均城市热岛强度的小时—候剖面图Fig. 8 Hour−temporal profile of the average UHII of (a) Changchun,(b) Beijing,(c) Wuhan,and (d) Guangzhou

南方城市UHII小时—候分布图呈现“柱状”，这和晨昏界限时间季节变化小有关，季节变化和日内变化均比北方城市小。武汉市夏、秋季部分时间段夜间的热岛效应也很强，但总体上夜间高值时间段更加分散。相比北方城市，武汉市白天UHII更弱，秋、冬季白天11:00至16:00 UHII甚至出现负值。夏季40～42候即7月中下旬夜间和白天均有一UHII高值区。

相比其他3个城市，广州市秋、冬季夜间UHII高值时间段极少，强度也明显低于其他几个城市；但白天的热岛效应在4个城市中相对较强，春、秋季和冬季白天的UHII基本为正值，初夏32～34候即6月上中旬白天有一UHII为0.8～1.0°C的高值时间段，但夏季40～44候即7月下旬和8月上旬白天（12:00至18:00）出现了较长时间段的极低值或负值。

4 讨论

北方城市一般表现为冬季的城市热岛效应最强，其次是秋季，春季和夏季的热岛效应较弱。这与先前对北方城市热岛效应的研究结论基本一致（白虎志等,2005;郑祚芳等,2006;卞韬等,2012）。南方城市秋季的热岛效应更强，冬季和夏季次之。其中武汉市秋季热岛效应明显高于其他3个季节。广州市UHII季节间的差异最小。对于同一城市，由于使用不同的参考站选择方法、研究时段以及气温资料，所得到的季节UHII排序结果也会不同。本文采用统一的方法、观测资料和研究时间段，并采用客观标准选取乡村站，因而所得结果具有可比性和可靠性。

表3给出了本文和前人利用站点资料对4个城市热岛效应季节性的分析结果。对于长春市，李亮（2008）和王宁（2016）均利用国家站气温数据，与本文利用加密的自动站小时气温资料得出的春季最小，夏季次之有所不同。造成这一差异的原因，也有可能是随着近些年夏季空调用量的加大，人为热释放增加，使得夏季城市热岛效应有所提升。对于北京市，前人得出的冬季UHII最强，秋季次之，夏季最小，并指出夜间UHII高于白天，其结论与本文完全一致。但王喜全等（2006）以天安门广场站为城市站，朝阳气象站为乡村站，得出北京市夏季UHII最高，冬季次之，春季最小。这和本文的结论差异很大。

表3 长春市、北京市、武汉市、广州市季节UHII比较Table 3 Comparison of seasonal UHII in Changchun,Beijing,Wuhan,and Guangzhou

武汉市热岛强度的季节分布结果与前人得出的结论亦有所不同。需要指出的是，以往研究采用的是国家基本、基准站，只选取了武汉站为城市站，结果可能受到资料非一性和偶然性等因素影响。当然，不同的分析结果也可能和选取的资料时段不同有关。广州市年平均UHII空间分布特征与前人研究结果基本一致（杨士弘等,1984;丁硕毅等,2015），但李春梅等（2006）仅利用了2005年自动站气温资料，与本文的结论有所差异。

南北城市热岛效应季节上的差异来自于背景气候条件和人为热的释放方式的双重作用。北方秋冬季降水少，云量少（刘柏鑫,2017），近地面大气逆温和静稳天气利于城市热岛现象的形成与发展，冬季取暖等引起的人为热释放量大于其他季节（王耀庭等,2020），致使冬季UHII在四季中最明显；夏季人为热释放量较冬季少（王耀庭等,2020），受西南和东南气流影响，大气湿度高，云量多，城市热岛现象不易发生；春季则主要由于平均风速大（王楠等,2019），也不利于UHI现象形成和发展。

南方城市秋季UHII最高，这可能源于秋季 “秋高气爽”，少雨少云，风速偏小，同时城区内及其周围湖泊水体储存的热量造成一定程度的边界层大气增温效应，有利于增强城市热岛效应；南方城市冬季UHII并不明显，这是由于冬季人为热释放远小于北方城市（Yang et al.,2014），而相对湿度高于北方，云量多（刘柏鑫,2017），不存在北方城市明显的逆温现象，热量输送和消散更加容易，可能是这个季节UHII相对较低的主要因素。

武汉仲夏季节受副热带高压控制，云量少，晴天多（贺懿华等,2007），大气层结相对稳定，加之近十几年来夏季空调使用越来越普遍，人为热释放量偏大，季节平均UHII相对比较高。广州春季和夏季降水量较多，相对湿度大，阴天日数多（高亭亭等,2012），一方面不利于地面接受太阳短波辐射，另一方面云和水汽也减弱了乡村地面有效辐射，夜晚乡村降温缓慢，使得城乡温差不容易增加，因此广州市春夏季UHII普遍偏弱。

长春、北京、武汉和广州四个城市UHII空间分布和日内变化具有一致性，均表现为城市中心和夜间的热岛效应更强，这取决于城市热岛效应的形成机制（周淑贞和束炯,1994）。对于UHII日变化来说，北方城市夜间UHII整体高于南方城市，冬季表现更为明显。除了北方冬季背景气候和人为热的释放更有利于形成强热岛效应外，地表温度也通过感热和潜热影响着气温（赵雪婷等,2019）。南北方城市下垫面性质一致，城市内波文比均比乡村大，白天热量更多的以感热方式加热周围大气；北方冬季乡村土壤湿度低于南方地区（刘荣华等,2017），夜间感热放热较强，乡村气温降低得比南方快（图略），有助于北方夜间城乡气温差增大。

4个城市夏季白天均有一个高值时间段，原因可能和夏季白天空调用量大、能耗高有关（李兆坚和江亿,2009;王耀庭等,2020）。4个城市中广州市白天UHII整体相对较高，除了人为热释放因素外，这可能也由于南方乡村土壤含水量高于北方乡村，比热容大，白天乡村近地面气温升温更慢，城乡气温差更大。此外，与其他3个城市不同，武汉市中午和午后UHII最低、凌晨和清早UHII偏高，这可能和武汉市内水体较多有关。武汉市内有大小湖泊近100个，城市内较多的水体在白天吸收和储存更多的热量，对周围环境起到降温作用，夜间周围环境降温，水体放出白天储存的热量，从而对周围环境起到升温作用。

长春市夏季早晨UHII快速减弱开始时间（05:00）早于其他城市，傍晚快速增强时间（19:00）晚于其他城市，冬季则相反；这使得长春UHII在日—年变化剖面图上呈现的哑铃形状愈发清晰，主要原因是长春市位于44°N，在4个城市中纬度最高，夏半年日出时间较早、日落时间推迟，冬半年则相反，致使昼夜UHII强弱转换时间的季节差异较大。

通过分析对比南北城市热岛强度的不同时空尺度上的变化，可以发现，城市规模大小、发展程度和区域背景气候条件是UHII的决定性因素。植被覆盖、土壤湿度情况和人为热的释放时间和方式则是影响南北城市UHII季节性和日内变化差异的主要原因。

本文对中国东部季风区南北城市热岛强度的气候学特征差异进行了比较分析，并获得了一些初步结果。但本研究也存在一些局限性。主要包括：武汉市内自动站数量较少，气温观测质量较差，在质量控制方面不够严格。受自动站数量和数据质量影响，除北京市外，其他3个城市乡村站的选取存在一定困难，所选的站点数量和方位条件约束受限；其次本文只分析了南北城市UHII的时空特征，对于不同气候带城市在不同的天空状况、风力等级、环流形势等天气类型条件下热岛强度有何具体的差异并未涉及；最后，本文参考前人的研究结果，仅定性分析了南北各城市内UHII季节、日内分布差异的原因，并未进行定量对比分析，且引起南北UHII差异的因子及其贡献程度本文也并未进行深入探讨。所有这些，均有待今后开展进一步研究。

5 结论

本文利用高密度自动站小时观测资料，选择我国东部季风区地跨中温带、暖温带、中亚热带和南亚热带4个代表性城市（长春、北京、武汉和广州市），分析比较不同气候带城市UHI的气候学特征差异。主要结论如下：

（1）北方城市热岛强度较大，冬季低层大气多逆温和静稳天气，利于热岛的发生发展。长春市年平均UHII为0.96°C，冬季最强，为1.30°C，秋季次之，春季最小；北京市年平均UHII为1.06°C，冬季最强，达到1.51°C，秋季次之，夏季最小。

（2）南方城市UHII相对较弱，秋季少雨少云，UHII高于其他季节。武汉市年平均UHII为0.91°C，秋季最高为1.26°C，冬季和夏季次之；广州市UHII在4个城市中最小，年平均UHII为0.78°C，秋季为0.88°C，冬季次之，夏季最小，UHII季节间差异也最小。

（3）南北城市热岛效应均表现为夜间UHII高于白天，其中北方秋冬季夜间高值时段长，白天低值时段短；南方城市武汉市内水体较多，白天UHII负值时间段最长，日内变化幅度最大；广州市四季温和，UHII日内变化幅度在四个城市中最小。

本文表明的我国南北不同气候带城市热岛强度的时空差异，对于城市管理部门因地制宜、因时制宜、科学规划和调控城市环境、能源消费、水热供应，具有一定参考价值。