1951-2013年珠三角地区高温热浪的时空分布特征及其城市热岛效应的影响分析

论文总字数：18849字

目 录

1 引言 3

2 方法与数据 4

2.1 研究区域与观测数据 4

2.2 研究方法 6

2.2.1 高温热浪与暖夜的定义 6

2.2.2 时空分布特征的研究方法 6

2.2.3 城郊代表站的选择 7

2.2.4 城市热岛效应对高温热浪的贡献 8

3 结果分析 8

3.1 高温热浪的时间分布特征 8

3.1.1 高温热浪日数的时间分布特征 8

3.1.2 高温热浪强度的时间分布特征 9

3.1.3 夏季暖夜日数的时间分布特征 10

3.2 高温热浪的空间分布特征 11

3.2.1 高温热浪日数的空间分布特征 11

3.2.2 高温热浪强度的空间分布特征 13

3.3 城市热岛效应对高温热浪的影响 14

3.3.1 城郊高温热浪历年变化对比 14

3.3.2 城市热岛效应对于高温热浪强度和持续时间的影响 15

4 结论及讨论 18

参考文献： 19

致谢 22

1959-2012年夏季珠三角地区高温热浪的时空分布特征及其城市热岛效应的影响分析

肖帆

，China

Abstract:Based on the daily temperature data at 02h, 08h, 14h and 20h of the Pearl River Delta region during summer (June-August) of 1959-2012,this paper conducted an analysis of the temporal and spatial distribution characteristics of the days and intensity of summer heat waves and temporal distribution characteristics of extreme summer warmest night temperature in the Pearl River Delta Region,and the influence of the urban heat island effect on the high temperature heat wave in the Guangzhou region during the summer of 2000-2002. The results shows temporal and spatial distribution characteristics of days and intensity of heat waves in the Pearl River Delta are similar. In spatial distribution, there is a decreasing trend from north to south. In temporal distribution, there is a decreasing trend in the 1960s to the 1980s, and the trend is increasing in the 1980s and increasing significantly after the 21st century. The days of extreme summer warmest night are in a same temporal distribution trend,but high temperature exists more stable during night.Urban heat island effect will increase the severity of heat waves,and it's warming effects can be more obvious when it occurs to extreme temperature and night high temperature.

Keywords: Pearl River Delta Region; heat waves; temporal and spatial distribution; urban heat island effect

1 引言

当前高温热浪在全球，尤其是在社会经济快速发展的中国，已经逐渐成为一种与人类死亡率密切相关的气象灾害。极端高温天气容易引发一系列的热相关疾病，尤其对于本身抵抗能力弱的老弱病人群，长期处于高温天气下可能危及生命健康。已有许多学者在密切关注高温热浪对人类死亡的影响，比如栾桂杰等（2015）在调查北京市高温热浪对居民的死亡影响中发现，2010年北京热浪共造成558人超额死亡，导致人群总死亡率增加了22%。高温热浪不仅会危害人的身体健康，还可能影响到人们的正常生活。在高温环境下，城市用水、用电量剧增，医疗、交通、工农业等领域负担加重，制约了社会经济的快速发展。持续高温条件还易引发森林火灾和大面积蓝藻爆发，污染水资源，威胁生态环境（徐金芳等，2009）。因此，研究高温热浪的时空变化特征并探讨高温热浪的影响因素对人体健康、区域经济发展和生态环境等具有重要的实践意义。

目前城市化过程不断加快，城市热岛效应的增温作用对高温天气的时空分布及热浪发生的持续时间和强度产生的影响已经不容忽视。在中国大陆地区,国家级气象台站年平均地面气温的上升趋势中,至少有27.3%可归因于城市化影响（任玉玉等，2010）。随着城市化进程的加快，在未来数十年内城市地区的范围将不断扩大，将会有越来越多的人聚集在城市（联合国经济与社会事务部人口司，2016）。城市热岛效应的存在使得城市人口相对来说更容易受到高温热浪的威胁,同时城市人口的增多将使易受高温威胁的脆弱人群不断增加。此外，伴随着城市热岛效应出现的城市干燥气候（李国栋等，2012），以及趋于“暖干化”的城市高温热浪天气（侯依玲等，2008）也会降低城市居住的舒适度。因此在研究高温热浪的影响因子时，充分考虑城市热岛效应的影响，对城市居民有效应对高温热浪的发生有一定的指导意义。

目前国内外在城市化对高温热浪的增暖贡献方面的研究十分丰富。Argueso等（2015）使用区域气候模型代替全球气候模型模拟悉尼的城市结构和大气层的相互作用研究气候变化和城市化的共同作用对高温影响时发现，城市化会影响夜间温度变化和未来气候变暖，而夜间温度变化对高温变化起主导作用；Basara等（2010）在研究美国俄克拉荷马市一次严重的高温热浪过程中城市热岛效应的影响时发现，城市热岛效应增强了城区和城郊的高温强度且夜间增温更加明显，在高温条件下考虑湿度状况时，城市热变量表现出更高的温度；Li等（2015）利用北京通量观测塔数据分析城乡生态系统对热浪响应的差异，结果表明在热浪中城市热岛作用增强，尤其是是在晚上，说明热浪和城市热岛效应之间有协同作用，城乡流动热通量变化也有很大差异，农村潜热通量增加明显，城市感热通量增加明显。研究城市热岛效应对高温热浪的影响时，确定城市热岛效应的强度是关键的一步，在现有研究中，谈建国（2008）采用城区与近郊区、城区与远郊区的逐日最高温度之差来量化夏季的热岛强度；在Schatz.J等（2013）的研究中，用地面不透水率IMP来区分城市与农村，城市热岛效应的强度用IMP=100%的地区与IMP=0%的地区的日最高温度差和日最低温度差表示；Basara等（2010）在研究中则使用城区与农村不同站点的平均温度差来表示城市热岛效应。

本文选择珠三角地区为研究区域，因为珠三角地区是我国重要的经济支柱地区，其城市人口密度大，且受地理纬度影响，珠三角地区接收的太阳辐射总量大，年平均温度在20℃以上，高温热浪事件发生频率较多，强度较大，对广州等大城市人口健康产生重要影响（南方航空，2015，杜尧东，2013）。珠三角地区已有的研究中，陈桢华等（2011）在对珠三角高温特征及其主要影响因子的研究中发现，高温日数呈增加的趋势并且存在明显的年际变化和年代际变化；李海鹰等（2005）分析了1965-2004年珠三角高温天气及热带气旋的出现与高温天气的关系，发现珠三角的高温天气受副高及热带气旋外围下沉气流增温作用的影响；许薇等（2013）对1961-2010年广东省的高温天气变化进行了分析，结果表明50年来广东省各地区高温日数呈上升趋势，其中中部增温最明显。以上的研究结果和研究方法推动了对珠三角地区高温热浪的研究，尤其在对珠三角地区高温热浪天气的发展变化趋势分析上取得了长足进步。然而现有的研究主要关注天气系统对珠三角地区高温热浪的影响，较少具体分析城市热岛效应的影响。

基于以上研究背景，研究分析珠三角地区高温热浪在1959-2012年夏季的时空分布特征，并探讨城市热岛对高温热浪期间城区白天和夜间温度的影响。本文包含几个新颖元素，首先，珠三角作为一个人口密集且经济发展快速的地区，鲜少有研究具体分析该地城市热岛效应对高温热浪的影响；另一方面，本研究不仅考虑了城市热岛效应对夏季高温热浪的影响，还考虑了其对夏季暖夜日数以及高温热浪夜间温度的影响。相比日最高温度，城市热岛效应对日最低温度的影响似乎更大（Schatz.J等,2013），夜间高温的延续将加重高温热浪的危害。预计该研究对于深入研究高温热浪的发展趋势，为未来气候变化预测提供科学的理论依据，以及政府积极应对极端事件和随之而来的社会健康、环境影响等问题有一定的帮助及指导意义。

2 方法与数据

2.1 研究区域与观测数据

珠江三角洲位于广东省的中南部，包括广州、深圳、佛山、惠州、中山、东莞、珠海、江门和肇庆9个城市，其位置范围在21°30′-23°40′之间，研究范围及气象观测站点如图1所示。

图1 研究区域以及气象站分布

本文共采用1951年到2012年夏季（6，7，8月）广宁、高要、广州、增城、台山、佛冈、深圳、惠阳和河源9个国家基准气象观测站的气象观测资料，气象观测要素为气温，采用每日02h、08h、14h、20h（北京时）的气象观测数据。以上9个观测站的海拔高度范围在22.3-70.8米之间，所有站点海拔高度均在100米以下（表3），在一定程度上避免了分析城市热岛效应时因为海拔高度差异太大而造成的影响。

为保证所使用数据的可靠性，将所有观测数据中的缺测值除去，如果某站某一天任意时刻出现缺测，则该站在这天的全部观测数据不计入分析中。在表1中，站号表示在其左边标示的时期内有观测数据的站号，数据缺测率为某年某月某站的缺测天数占该月有观测数据的站点的总观测天数的百分比。通过统计1951-2012年共62年观测数据缺测值，发现在1951-1958年之间分别有不同站点的数据严重缺失，为了分析高温热浪在珠三角整体区域内夏季的时空变化特征，故取1959年6月至2012年8月共54个夏季的温度观测数据。通过对最终选取数据的严格质量控制，最终剔除了40个缺测值，全部数据容量为44712个，缺测率为0.09%。

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：18849字

相关图片展示：