青島市區(qū)近年來冬季氣溫暨熱島效應(yīng)研究

1、青島市區(qū)近年來冬季氣溫暨熱島效應(yīng)研究山東省青島第二中學(xué) 李嘉峰 摘 要：通過對青島市區(qū)兩個自動站2008至2014年每年冬季的實測氣溫數(shù)據(jù)的研究，結(jié)合以往的有關(guān)文獻資料，研究青島市近年來老市區(qū)冬季氣溫新的地域時空分布特征，并進一步研究近年來青島市區(qū)冬季熱島效應(yīng)的最新特征，并探究造成此情況的原因以及應(yīng)對措施。關(guān) 鍵 詞：冬季熱島效應(yīng)、工業(yè)、植被、應(yīng)對措施 城市熱島效應(yīng)是指城市因大量的人工發(fā)熱、建筑物和道路等高蓄熱體及綠地減少等因素，造成城市“高溫化”，城市中的氣溫明顯高于外圍郊區(qū)的現(xiàn)象。自從十八世紀(jì)以來，隨著工業(yè)化的推進，城市氣溫高于周邊地區(qū)的情況越來越顯著，并且進一步形成了城市熱島環(huán)流，深刻影

2、響城市局部氣候。 青島市位于東亞地區(qū)，主城區(qū)三面環(huán)海，終年受季風(fēng)氣候影響，尤其在冬季受蒙古和西伯利亞寒流影響較為明顯。主要植被類型為溫帶落葉闊葉林。自改革開放尤其是近年來，隨著城市人口的迅速增加，城市綠地的大規(guī)模減少和工業(yè)化尤其是火力發(fā)電站的迅速發(fā)展以及主城區(qū)產(chǎn)業(yè)格局的深刻調(diào)整，導(dǎo)致主城區(qū)原有的氣溫格局發(fā)生了深刻變化，冬季熱島效應(yīng)的特征有所變化。近年來頻頻發(fā)生霧霾天氣，給人民生活造成極大不便。為此，在青島市氣象局有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)的支持之下，我們選取并獲得了青島市區(qū)兩個有代表性的氣象自動觀測站青島站和嶗山站（李村站）2008年至2014年氣溫數(shù)據(jù)資料，并對其進行分析，綜合前人對于這一情況的有關(guān)研究，探究

3、青島市熱島效應(yīng)的最新情況，以便提出相應(yīng)應(yīng)對措施。嶗山站（李村站）址（海拔41米）青島站址（海拔67米）1觀測點的選取以及有關(guān)背景資料. 由左圖可以清晰地看出兩個自動站的相對位置：嶗山站（李村站），位于李滄區(qū)青峰路，是主城區(qū)北部地帶，相對而言靠近山地森林，人口密度相對較小，但這里緊鄰青島傳統(tǒng)的滄口工業(yè)區(qū)，有青島鋼廠等眾多高耗能產(chǎn)業(yè)分布在其周圍。青島站，位于市南區(qū)伏龍山，是青島半島突出地帶，為臨海城市中心地帶，人口車輛密集，工業(yè)起步較早，但已逐步規(guī)劃為人口居住區(qū)，大量污染產(chǎn)業(yè)開始逐步外遷。兩個自動站直線距離相距12.4公里。2兩個自動站近年來具有代表性的氣溫數(shù)據(jù)及其比較分析.由以下兩圖可以看知，在

4、一月份，無論是一天氣溫相對較低的2:00，還是氣溫相對較高的14:00，兩個站點的氣溫變化趨勢大體上統(tǒng)一，可見青島半島地區(qū)氣候的相對統(tǒng)一性。整個主城區(qū)同處于一個熱島環(huán)流體系之下。但在這一個體系之下，顯然兩地的氣溫還是存在較大差異，而這種差異在2:00和14:00下圖為2014年1月兩個氣象站每天14:00氣溫下圖為2014年1月兩個氣象站每天2:00氣溫這兩個時刻又是不同的。首先是2:00。在這一時刻，氣溫接近于一天中的最低氣溫。顯然可以看出，1月份的大部分日期，嶗山站（李村站）的氣溫都是低于青島站的。這應(yīng)當(dāng)是由于嶗山站（李村站）相對處于內(nèi)陸地區(qū)，靠海較遠，受大陸性環(huán)境影響較為深刻。同時晚上各

5、產(chǎn)業(yè)基本處于停止運行狀態(tài)，人為因素對氣溫的影響相對減弱。所以冬季夜晚該地區(qū)地面散熱較快，氣溫迅速降低。而青島站靠近海洋，受海洋熱力作用影響，晚上氣溫相對較高。而在一天中氣溫最高的14:00，則是嶗山站（李村站）的氣溫基本上高于青島站，有時竟可以達到3.5?？芍陙碛捎诶顪鎱^(qū)工業(yè)區(qū)的發(fā)展。尤其是青島鋼廠的擴建以及大量發(fā)電站的增建，在白天大量高耗能產(chǎn)業(yè)的運行，直接使得該地區(qū)熱量不斷累積，遠遠超過青島站地區(qū)，在14:00時達到一天的高峰；同時人為排放的大量煤灰、粉塵等污染氣體，以及二氧化碳、氧化二氮等溫室氣體，在城市上空形成一層“塵罩”，加劇了大氣逆輻射，導(dǎo)致李滄區(qū)城市熱島效應(yīng)進一步明顯，污染更為

6、嚴(yán)重。而市南區(qū)由于近年來城市改造，大量污染企業(yè)外遷，加之海洋環(huán)境影響較為明顯，雖然人口密度遠遠大于李滄區(qū)，但是熱島效應(yīng)大大減弱，且一天中溫差小于嶗山站（李村站）。這足以看出工業(yè)污染對城市環(huán)境的影響遠遠大于高人口密度對城市環(huán)境的影響。綜上所述，青島市區(qū)近年來氣溫格局和熱島效應(yīng)有以下特點：（1） 青島市冬季氣溫格局呈現(xiàn)“北高南低”的趨勢，高溫中心隨著產(chǎn)業(yè)格局轉(zhuǎn)型逐漸向北移動，在主城區(qū)北部重工業(yè)區(qū)氣溫尤其高。（2） 工業(yè)化等因素對于氣溫的影響遠遠大于人口因素。這一影響在一天中最高氣溫數(shù)據(jù)上表現(xiàn)得尤為明顯。（3） 青島市區(qū)冬季熱島效應(yīng)在一天中氣溫最高時（14:00）要更為嚴(yán)重（兩地氣溫差異變化是熱量差

7、異不斷累積的結(jié)果），在一天中氣溫最低時（2:00）表現(xiàn)并不明顯，主要趨近于東北亞地區(qū)的大環(huán)境變化趨勢。（4） 工業(yè)化導(dǎo)致的城市熱島效應(yīng)會導(dǎo)致熱島效應(yīng)較為嚴(yán)重的區(qū)域晝夜溫差加劇。（由于青島地區(qū)的熱島效應(yīng)還不算極其嚴(yán)重，所以人為因素并未大規(guī)模改變當(dāng)?shù)氐臍夂蚋窬郑赃@是以大氣候為主，輔以人為因素影響的區(qū)域性氣候產(chǎn)物。）3.嶗山站（李村站）城區(qū)近年來增溫趨勢.通過以上總結(jié)可知，李滄區(qū)冬季熱島效應(yīng)更為嚴(yán)重。為此，我們專門對李滄區(qū)近年來冬季氣溫變化進行研究。下面是嶗山站（李村站）2008年至2013年每年11月每日的平均氣溫。由以上兩圖可以明顯地看出，相較于2008年和2009年，自2010年起，李村站

8、11月氣溫開始大幅上升。在2009年還出現(xiàn)較多的氣溫低于5的情況，但在2010年，這種情況已經(jīng)非常少見。這種現(xiàn)象一直持續(xù)到2012年，直到2013年氣溫才有所回落。所以這絕不是某年的氣候突變，而是自2010年以來李滄區(qū)熱島效應(yīng)驟然加劇的惡果。第二，我們還可以發(fā)現(xiàn)，在08、09年，11月份的氣溫變化比較大，幅度在15到20度之間。但自2010年始，11月份的氣溫變化幅度明顯減小，基本上不超過15度。同時，在氣溫的年際變化方面，在08、09年，氣溫的年際變化程度還是比較大，但仍是自2010年始，每年的氣溫變化趨于統(tǒng)一，集中在5到15間。同時，隨著進入冬季，在08到10年，氣溫年際變化逐漸減小，氣溫

9、變化區(qū)域統(tǒng)一，但在第二幅圖中，這種情況已經(jīng)微乎其微。這可能是由于2010年李滄區(qū)城鎮(zhèn)化建設(shè)開始進入飽和狀態(tài)，全區(qū)范圍內(nèi)有大量道路、建筑工地等在施工，同時原有的大片農(nóng)田開始逐漸被改為建筑區(qū)，而城市綠地規(guī)模不足，導(dǎo)致大氣中粉塵增加，使得大氣逆輻射等增強。這樣一方面促使區(qū)域氣溫整體升高，同時又增強了對太陽輻射的削弱作用和夜間的保溫效果，使得整個時間段內(nèi)氣溫變化并不大。而這種情況一直持續(xù)下去，并處在一個相對穩(wěn)定的狀態(tài)，直到2013年才有所緩解，導(dǎo)致氣溫在10到13年年際變化并不大。我們再來分析一下李村站冬季一天的氣溫變化情況。由上圖可見，兩年同日的氣溫差距相當(dāng)之大，達5左右。當(dāng)然這，絕不僅僅是熱島效應(yīng)

10、所致。但從中我們?nèi)匀豢闯鰪纳衔缰林形?，兩年溫差逐漸擴大，從傍晚至凌晨，兩年溫差逐漸縮小。這也印證了上文“青島市區(qū)冬季熱島效應(yīng)在一天中氣溫最高時（14:00）要更為嚴(yán)重，在一天中氣溫最低時（2:00）表現(xiàn)并不明顯”的觀點。綜上所述，李滄區(qū)近年來冬季氣溫變化有以下特點：（1） 近年李滄區(qū)溫度上升明顯，遠超全市平均水平。（2） 自2010年始，氣溫開始大幅度上升，氣溫年際變化開始縮小，冬季溫差開始減小。（3） 除了工業(yè)污染導(dǎo)致熱島效應(yīng)加劇之外，建筑施工所帶來的大量粉塵也是加劇熱島效應(yīng)的重要因素。4. 應(yīng)對最新情況的緩解措施建議.（1） 青島與我國大部分地區(qū)一樣，工業(yè)區(qū)與生活區(qū)重疊，加上城市發(fā)展迅速，

11、人口稠密、工業(yè)集中，綠地、樹木減少，使得本地?zé)釐u效應(yīng)更為復(fù)雜。市政府應(yīng)當(dāng)繼續(xù)加快推進產(chǎn)業(yè)空間格局調(diào)整。將一些重污染產(chǎn)業(yè)盡可能遷往郊區(qū)，并置于城市熱島環(huán)流圈之外。在這一方面，應(yīng)當(dāng)著重注意滄口工業(yè)區(qū)高耗能產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級工作。一方面，引進先進技術(shù)，降低污染、能耗。另一方面，應(yīng)當(dāng)著手準(zhǔn)備將這些工廠逐步外遷，向遠郊區(qū)搬遷。（2） 青島的熱島環(huán)流受海陸風(fēng)影響顯著。如果在城市區(qū)域增加水體、綠地等自然地表覆蓋面積,則有利于城市的增濕減溫,促使局地流場發(fā)生變化,從而改善局地微氣象條件和大氣物理環(huán)境。必須要指出，植被對于緩解城市熱島效應(yīng)，改善城市局地小氣候有著不可或缺的作用。 （晝間植被蒸騰作用，大量水分通過氣孔

12、蒸騰及角質(zhì)蒸騰在葉子表面汽化吸熱降溫，在降低植物體溫度的同時，也降低了周圍氣溫，使得人造林氣溫較低。同時，蒸騰作用還使人造林空氣濕度較大，空氣中含有水汽和水汽凝結(jié)物較多，使大氣逆輻射增強，從而使地面有效輻射（地面長波輻射量減去大氣逆輻射量的差，關(guān)系地面實際測量溫度）減弱，使人造林氣溫在低溫時相對較高。同時植被還可以吸附粉塵等小顆粒。）應(yīng)當(dāng)盡可能增加綠地范圍，以小塊綠地為主，大塊綠地為輔的形式散落于城市中間。屋頂綠化在用地緊張的地區(qū)可以嘗試推廣。需要注意的是，政府部門應(yīng)當(dāng)注意喬灌草的比率，不能盲目種植。（3） 應(yīng)當(dāng)適度加強城市中的水域面積。在公園中適度修建人工湖等水域，注意對現(xiàn)有濕地水體的保護。在條件允許的情況下，應(yīng)當(dāng)考慮建立城市濕地。例如沿李村河，海泊河沿線進行綠化和建立濕地保護水體。（4） 對于在中午熱島效應(yīng)尤為強烈的問題，建