杭州城市热岛空间分布及时域-频域多尺度变化特征 - 生态环境学报
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骆 杨 等 : 杭 州 城 市 热 岛 空 间 分 布 及 时 域 - 频 域 多 尺 度 变 化 特 征 2203(a)(b)(c)(d)图 3 小 波 变 换 系 数 实 部 (a. 春 季 ; b. 夏 季 ; c. 秋 季 ; d. 冬 季 )Fig.3 The real part of wavelet analysis of different seasons(a. spring; b. summer; c. autumn; d. winter)市 热 岛 强 度 的 周 期 变 化 具 有 显 著 的 差 异 性 。 四 季 城市 热 岛 在 时 间 频 域 上 都 存 在 24 h(1 日 )、168 h(1周 ) 和 1490 h( 约 2 个 月 ) 的 周 期 。 另 外 , 春 季 城市 热 岛 在 时 间 频 域 上 还 存 在 一 个 288 h、754 h 的 周期 ; 夏 季 城 市 热 岛 在 时 间 频 域 上 还 存 在 一 个 232 h、838 h 的 周 期 ; 秋 季 城 市 热 岛 在 时 间 频 域 上 还 存 在一 个 608 h、936 h 的 周 期 ; 冬 季 城 市 热 岛 在 时 间 频域 上 还 存 在 一 个 540 h、1018 h 的 周 期 。以 日 为 周 期 的 热 岛 强 度 变 化 特 征 的 主 要 因 素有 :(1) 局 地 气 候 系 统 的 日 变 化 , 例 如 : 海 陆 风 、山 谷 风 的 转 变 ;(2) 地 面 长 波 辐 射 、 近 地 层 的 显热 与 潜 热 湍 流 交 换 以 及 人 为 热 的 日 周 期 变 化 。 而 以周 为 周 期 的 热 岛 强 度 变 化 成 因 主 要 与 人 类 活 动 及城 市 大 气 污 染 物 排 放 的 “ 周 末 效 应 ” 有 显 著 的 关 系[38-39] , 在 工 作 日 , 工 厂 或 机 动 车 辆 等 排 放 的 人 为 热和 大 气 污 染 物 比 周 末 要 多 [40] 。 以 2 个 月 为 周 期 的 变化 特 征 与 一 些 较 大 尺 度 的 自 然 变 化 相 关 , 例 如 太 阳活 动 与 地 球 自 转 造 成 的 太 阳 辐 射 变 化 、 大 尺 度 气 候系 统 变 化 等 [33] 。3 结 论利 用 杭 州 市 2006 年 2 月 ~2007 年 2 月 20 个 自动 观 测 站 的 逐 时 数 据 , 使 用 ANUSPLIN 软 件 结 合薄 盘 样 条 函 数 法 插 值 , 能 够 较 好 地 反 映 出 杭 州 市 各季 节 的 热 岛 空 间 分 布 并 能 反 映 其 变 化 特 征 。 杭 州 市热 岛 的 季 节 特 征 主 要 表 现 为 : 夏 秋 季 时 较 强 , 而 春冬 季 强 度 较 弱 , 这 是 天 气 系 统 、 地 表 长 波 辐 射 、 人为 热 和 下 垫 面 特 性 共 同 作 用 的 结 果 。杭 州 热 岛 强 度 分 布 总 体 趋 势 是 杭 州 市 主 体 城区 最 大 , 向 外 辐 散 , 逐 渐 减 弱 。 一 方 面 , 杭 州 的 植被 和 森 林 覆 盖 度 从 西 向 东 逐 渐 减 少 , 其 中 市 区 覆 盖度 最 低 , 如 在 主 体 城 区 的 东 西 两 侧 各 存 在 一 个 较 为明 显 的 冷 岛 , 这 里 分 别 为 西 湖 景 区 及 下 沙 区 与 主 体城 区 的 预 留 空 地 ; 另 一 方 面 , 热 岛 出 现 的 地 区 分 别对 应 着 主 题 城 区 、 主 要 的 开 发 区 和 机 场 。 因 此 , 杭州 的 植 被 覆 盖 、 森 林 覆 盖 及 城 市 的 功 能 区 划 是 影 响杭 州 市 热 岛 空 间 分 布 的 主 要 原 因 。运 用 小 波 分 析 方 法 分 析 了 杭 州 2006 年 度 四 季热 岛 的 小 波 特 征 。 从 整 体 上 看 , 秋 冬 季 小 波 图 的 小波 系 数 要 大 于 春 夏 季 , 说 明 秋 冬 季 的 气 温 变 化 幅 度较 大 。 并 发 现 : 杭 州 市 不 同 季 节 的 城 市 热 岛 强 度 的周 期 变 化 具 有 显 著 的 差 异 性 。 四 季 城 市 热 岛 在 时 间频 域 上 都 存 在 24 h(1 日 )、168 h(1 周 ) 和 1 490
2204 生 态 环 境 学 报 第 18 卷 第 6 期 (2009 年 11 月 )h( 约 2 个 月 ) 的 周 期 。 以 日 为 周 期 的 热 岛 强 度 与局 地 气 候 系 统 的 日 变 化 、 地 面 长 波 辐 射 和 近 地 层 的显 热 与 潜 热 湍 流 交 换 以 及 人 为 热 的 日 周 期 变 化 ; 而以 周 为 周 期 的 热 岛 强 度 变 化 成 因 主 要 与 人 类 活 动及 城 市 大 气 污 染 物 排 放 的 “ 周 末 效 应 ” 有 显 著 的 关系 ; 以 2 个 月 为 周 期 的 变 化 特 征 与 一 些 较 大 尺 度 的自 然 变 化 相 关 , 例 如 太 阳 活 动 与 地 球 自 转 造 成 的 太阳 辐 射 变 化 、 大 尺 度 气 候 系 统 变 化 等 。参 考 文 献 :[1] 周 淑 贞 , 束 炯 . 城 市 气 候 学 [M]. 北 京 : 气 象 出 版 社 , 1994: 315-334.ZHOU Shuzhen, SHU Jiong. Urban Climate[M]. Beijing: China MeteorologicalPress, 1994: 315-334.[2] 祝 宁 , 李 敏 , 柴 一 新 . 哈 尔 滨 市 绿 地 系 统 生 态 功 能 分 析 [J]. 应 用 生态 学 报 , 2002, 13(9): 1117-1120.ZHU Ning, LI Min, CHAI Yixin. Ecological functions of green landsystem in Harbin[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2002, 13(9):1117-1120.[3] 祝 宁 , 王 成 , 周 洪 泽 , 等 . 哈 尔 滨 市 瞬 时 热 力 场 空 间 格 局 分 析 [J].应 用 生 态 学 报 , 2003, 14(11): 1955-1958.ZHU Ning, WANG Cheng, ZHOU Hongze, et al. Analysis on instantaneousspatial pattern of thermal force field in Harbin[J]. ChineseJournal of Applied Ecology, 2003, 14(11): 1955-1958.[4] SAITOH T S, SIMADA T, HOSHI H. Modeling and simulation of theTokyo urban heat island[J]. Atmospheric Environment, 1996, 30(20):3431-3442.[5] 孙 奕 敏 , 边 海 . 天 津 市 城 市 热 岛 效 应 的 综 合 性 研 究 [J]. 气 象 学 报 ,1988, 46(3): 12-18.SUN Yimin, BIAN Hai. A comprehensive study on urban heat islandeffect in Tianjin[J]. Acta Meteorologica Sinica, 1988, 46(3): 12-18.[6] TAHA H. Urban climates and heat islands albedo, evapotranspirationand anthropogenic heat[J]. Energy and Buildings, 1997, 25: 95-103.[7] LANDSBERG H E. The Urban Climate[M]. New York: AcademicPress, 1981: 275-304.[8] KARL T R, DIAZ H F, KUKL A G. Urbanization: Its detection andeffect in the United States climate record[J]. Journal of Climate, 1988,(1): 1099-1123.[9] KUKLl A G, GAVIN J. Urban warning[J]. Journal of Climate andApplied Meteorology, 1986, 25: 1265-1270.[10] OKE T R, MAXWELL G B. Urban heat island dynamics in Montrealand Vancouver[J]. Atmospheric Environment, 1975, 9: 191-200.[11] OKE T R. City size and the urban heat island[J]. Atmospheric Environment,1973, 7: 769-779.[12] SPRONEKEN-SMITH R A. Comparison of summer and winter timesuburban energy fluxes in Christchurch, New Zealand[J]. InternationalJournal of Climatology, 2002, 22: 979-992.[13] 周 淑 贞 . 上 海 城 市 气 候 中 的 “ 五 岛 ” 效 应 [J]. 中 国 科 学 : B 辑 , 1988,(11): 1226-1234.ZHOU Shuzhen. “The five island” effect of urban climate of Shanghai[J].Science in China, Ser. B, 1988, (11): 1226-1234.[14] 周 淑 贞 . 温 室 效 应 与 城 市 热 岛 [J]. 上 海 环 境 科 学 , 1990, 9(9): 28-32.ZHOU Shuzhen. The greenhouse effect and urban heat island[J].Shanghai Environmental Sciences, 1990, 9(9): 28-32.[15] SHU J, LI C Y, LONG H N, et al. On some features of the urban climateof Shanghai-ten-year’s research review(1983-1992)[C]// ICHI-NOSE TOSHIAKI. International symposium on monitoring and managementof urban heat island, proceeding. Kanagawa: Keio University,1997: 35-51.[16] 桑 建 国 , 张 治 坤 , 张 伯 寅 . 热 岛 环 流 的 动 力 学 分 析 [J]. 气 象 学 报 ,2000, 58(3): 321-327.SANG Jianguo, ZHANG Zhikun, ZHANG Boyin. Dynamical analyseson heat island circulation[J]. Acta Meteorologica Sinica, 2000, 58(3):321-327.[17] 张 景 哲 , 刘 继 韩 , 周 一 星 , 等 . 北 京 城 市 热 岛 的 几 种 类 型 [J]. 地 理学 报 , 1984, 39(4): 428-435.ZHANG Jingzhe, LIU Jihan, ZHOU Yixing, et al. Some patterns ofthe heat island in Beijing[J]. Acta Geographica Sinica, 1984, 39(4):428-435.[18] 周 淑 贞 , 张 超 . 上 海 城 市 热 岛 效 应 [J]. 地 埋 学 报 , 1982, 37(4):372-382.ZHOU Shuzhen, ZHANG Chao. Urban heat island in Shanghai[J].Acta Geographica Sinica, 1982, 37(4): 372-382.[19] 陈 沈 斌 , 潘 莉 卿 . 城 市 化 对 北 京 平 均 气 温 的 影 响 [J]. 地 理 学 报 ,1997, 52(1): 27-36.CHEN Shenbin, PAN Liqin. Effects of urbanization on the annualmean temperature of Beijing[J]. Acta Geographica Sinica, 1997, 52(1):27-36.[20] 徐 兆 生 , 沈 建 柱 . 北 京 城 市 热 状 况 及 热 岛 形 成 原 因 的 探 讨 [J]. 地 理研 究 , 1987, 6(3): 17-24.XU Zhaosheng, SHEN Jianzhu. An analysis of the temperature situationand the causes of urban heat island in Beijing[J]. GeographicalResearch, 1987, 6(3): 17-24.[21] 邓 莲 堂 , 束 炯 , 李 朝 颐 . 上 海 城 市 热 岛 的 变 化 特 征 分 析 [J]. 热 带 气象 学 报 , 2001, 17(3): 273-280.DENG Liantang, SHU Jiong, LI Chaoyi. Characteristics analysis ofShanghai urban heat island[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2001,17(3): 273-280.[22] 任 永 建 , 周 锁 铨 , 吉 宗 伟 , 等 . 基 于 遥 感 的 绍 兴 市 热 岛 效 应 研 究 [J].科 技 通 报 , 2008, 24(4): 473-479.REN Yongjian, ZHOU Suoquan, JI Zhongwei, et al. Study on heat islandeffect based on remote sensing in Shaoxing city[J]. Bulletin ofScience and Technology, 2008, 24(4): 473-479.[23] 张 新 刚 , 周 斌 , 王 珂 . 杭 州 市 热 岛 效 应 的 遥 感 监 测 [J]. 科 技 通 报 ,2004, 20(6): 501-505.ZHANG Xingang, ZHOU Bin, WANG Ke. Change detection of heatisland in Hangzhou city based on Landsat TM6[J]. Bulletin of Scienceand Technology, 2004, 20(6): 501-505.[24] 李 强 , 周 锁 铨 , 向 亮 , 等 . 杭 州 湾 城 市 群 热 岛 时 空 特 征 分 析 [J]. 科技 通 报 , 2009, 25(4): 395-418.LI Qiang, ZHOU Suoquan, XIANG Liang, et al. The analysis on temporal-spatialcharacters of urban agglomeration island effect in HangzhouBay[J]. Bulletin of Science and Technology, 2009, 25(4):395-418.[25] 杭 州 统 计 局 . 杭 州 统 计 年 鉴 [M]. 北 京 : 中 国 统 计 出 版 社 , 2006:19-21.Bureau of Statistics of Hangzhou. Hangzhou Statistical Yearbook[M].Beijing: China Statistics Press, 2006: 19-21.[26] 孙 善 磊 , 周 锁 铨 , 魏 国 栓 , 等 . 环 杭 州 湾 地 区 城 市 扩 张 的 遥 感 动 态监 测 [J]. 自 然 资 源 学 报 , 2008, 23(2): 327-355.SUN Shanlei, ZHOU Suoquan, WEI Guoshuan, et al. Dynamic monitoringof urban expansion in the region around Hangzhou Bay[J].Journal of Natural Resources, 2008, 23(2): 327-355.[27] HUTCHINSON M F, GESSLER P E. Splines-more than just a smoothinterpolator[J]. Geoderma, 1994, 62: 45-67.[28] HUTCHINSON M F. ANUSPLIN Version 4. 3 User Guide. Canberra:The Australia National University, Center for Resource and EnvironmentStudies, 2004[EB/OL]. http: //cres. anu. edu. au/ outputs/ sofuware.php.[29] HUTCHINSON M F. The application of thin plate splines tocon-tinent-wide data assimilation, Data Assimilation Systems, BMRCResearch Report NO. 27[R]. Melbourne: Bureau of Meteorology, 1991:
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骆 杨 等 : 杭 州 城 市 热 岛 空 间 分 布 及 时 域 - 频 域 多 尺 度 变 化 特 征 2203(a)(b)(c)(d)图 3 小 波 变 换 系 数 实 部 (a. 春 季 ; b. 夏 季 ; c. 秋 季 ; d. 冬 季 )Fig.3 The real part of wavelet analysis of different seasons(a. spring; b. summer; c. autumn; d. winter)市 热 岛 强 度 的 周 期 变 化 具 有 显 著 的 差 异 性 。 四 季 城市 热 岛 在 时 间 频 域 上 都 存 在 24 h(1 日 )、168 h(1周 ) 和 1490 h( 约 2 个 月 ) 的 周 期 。 另 外 , 春 季 城市 热 岛 在 时 间 频 域 上 还 存 在 一 个 288 h、754 h 的 周期 ; 夏 季 城 市 热 岛 在 时 间 频 域 上 还 存 在 一 个 232 h、838 h 的 周 期 ; 秋 季 城 市 热 岛 在 时 间 频 域 上 还 存 在一 个 608 h、936 h 的 周 期 ; 冬 季 城 市 热 岛 在 时 间 频域 上 还 存 在 一 个 540 h、1018 h 的 周 期 。以 日 为 周 期 的 热 岛 强 度 变 化 特 征 的 主 要 因 素有 :(1) 局 地 气 候 系 统 的 日 变 化 , 例 如 : 海 陆 风 、山 谷 风 的 转 变 ;(2) 地 面 长 波 辐 射 、 近 地 层 的 显热 与 潜 热 湍 流 交 换 以 及 人 为 热 的 日 周 期 变 化 。 而 以周 为 周 期 的 热 岛 强 度 变 化 成 因 主 要 与 人 类 活 动 及城 市 大 气 污 染 物 排 放 的 “ 周 末 效 应 ” 有 显 著 的 关 系[38-39] , 在 工 作 日 , 工 厂 或 机 动 车 辆 等 排 放 的 人 为 热和 大 气 污 染 物 比 周 末 要 多 [40] 。 以 2 个 月 为 周 期 的 变化 特 征 与 一 些 较 大 尺 度 的 自 然 变 化 相 关 , 例 如 太 阳活 动 与 地 球 自 转 造 成 的 太 阳 辐 射 变 化 、 大 尺 度 气 候系 统 变 化 等 [33] 。3 结 论利 用 杭 州 市 2006 年 2 月 ~2007 年 2 月 20 个 自动 观 测 站 的 逐 时 数 据 , 使 用 ANUSPLIN 软 件 结 合薄 盘 样 条 函 数 法 插 值 , 能 够 较 好 地 反 映 出 杭 州 市 各季 节 的 热 岛 空 间 分 布 并 能 反 映 其 变 化 特 征 。 杭 州 市热 岛 的 季 节 特 征 主 要 表 现 为 : 夏 秋 季 时 较 强 , 而 春冬 季 强 度 较 弱 , 这 是 天 气 系 统 、 地 表 长 波 辐 射 、 人为 热 和 下 垫 面 特 性 共 同 作 用 的 结 果 。杭 州 热 岛 强 度 分 布 总 体 趋 势 是 杭 州 市 主 体 城区 最 大 , 向 外 辐 散 , 逐 渐 减 弱 。 一 方 面 , 杭 州 的 植被 和 森 林 覆 盖 度 从 西 向 东 逐 渐 减 少 , 其 中 市 区 覆 盖度 最 低 , 如 在 主 体 城 区 的 东 西 两 侧 各 存 在 一 个 较 为明 显 的 冷 岛 , 这 里 分 别 为 西 湖 景 区 及 下 沙 区 与 主 体城 区 的 预 留 空 地 ; 另 一 方 面 , 热 岛 出 现 的 地 区 分 别对 应 着 主 题 城 区 、 主 要 的 开 发 区 和 机 场 。 因 此 , 杭州 的 植 被 覆 盖 、 森 林 覆 盖 及 城 市 的 功 能 区 划 是 影 响杭 州 市 热 岛 空 间 分 布 的 主 要 原 因 。运 用 小 波 分 析 方 法 分 析 了 杭 州 2006 年 度 四 季热 岛 的 小 波 特 征 。 从 整 体 上 看 , 秋 冬 季 小 波 图 的 小波 系 数 要 大 于 春 夏 季 , 说 明 秋 冬 季 的 气 温 变 化 幅 度较 大 。 并 发 现 : 杭 州 市 不 同 季 节 的 城 市 热 岛 强 度 的周 期 变 化 具 有 显 著 的 差 异 性 。 四 季 城 市 热 岛 在 时 间频 域 上 都 存 在 24 h(1 日 )、168 h(1 周 ) 和 1 490
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