天津城市热岛强度的精细化时空分布特征研究

以天津市为例,利用2009—2017年自动气象观测站逐时气温资料,应用相对客观的遥感选站方法,选取市区周围有代表性的4个乡村参考气象站,分析了天津市城市内部热岛强度(UHII)的精细化时空变化特征,并评估了城市热岛效应对最高、最低和平均气温的影响。结果表明,(1)9年来,天津市中心六区为UHII最强区域,并由强热岛区向四周辐射,市中心的绿地和水体对UHII的增强具有一定的缓解作用;UHII冬季最强,市区达到2.0℃以上,秋季次之,夏季和春季较弱,且具有秋、冬季向东部扩展的季节变化特征。(2)年和四季平均UHII日变化较为相似,均表现为夜间强,白天弱,且具有相对稳定的高值、低值和两个快速变化时段。22:00(北京时间,下同)到次日06:00为相对稳定的高值时段,11:00—16:00左右为相对稳定的低值时段,而16:00—22:00为快速上升时段、06:00—11:00为快速下降时段。(3)城市热岛效应对日最低气温的影响大于对日最高气温的影响,城乡最低气温差值可达2℃以上,平均气温差值在1.0℃以上,而最高气温几乎没有差异。文章还表明,目前天津市自动气象站网能够满足对城市气候的精细变化特征分析研究的需求,对于连续监测本地气候变化具有重要作用。该文章不仅能为减缓城市热岛效应的政策制定提供理论依据,也能为开展城市规划低碳化工作提供科学参考。

天津市单次极端低温过程中城市热岛对建筑负荷的影响

基于自动气象站实测资料,通过模拟天津市办公建筑逐时供暖负荷,重点分析了极端低温过程中城市热岛对建筑小时供暖负荷的影响,以期为精细化供暖调控和节能设计提供参考。结果表明:2009—2017年城市和乡村办公建筑供暖负荷均呈减少趋势,城市供暖负荷较乡村平均每年减少7.46%。城市热岛强度(Urban heat island intensity,UHII)每上升1℃,城市办公建筑年供暖负荷较乡村减少2.19 kWh/m^2,即热岛强度的增加使城市办公建筑供暖需求有所减少,有利于城市建筑的供暖节能。以2016年1月21~25日典型极端低温过程为例,研究发现,低温过程中城乡小时供暖负荷明显增加,较低温前和低温后增加约10%~20%。受大尺度天气过程影响,低温过程中城乡气温差异变小,UHII减弱。低温前和低温后城市供暖负荷较乡村减少约6%~8%,而低温过程中城市较乡村仅减少约3%;另外,在低温过程中,北京时间07:00~19:00的高负荷时段城乡供暖负荷差异不明显,这些结果表明低温过程中城市热岛对办公建筑供暖负荷的影响不大。

辽宁省城市热岛强度特征及等级划分

根据气象站资料累积时间、资料连续性、站点位置、城郊站间距离、站点数量、迁站情况,对辽宁省61个气象站进行筛选,并利用选出的城郊代表站的月和年气温数据,分析了辽宁省热岛强度的变化范围及幅度,确定了热岛强度等级.结果表明:辽宁省铁岭站、大连站、鞍山站、朝阳站、丹东站、锦州站6个气象站可作为城市气温的代表站,台安站等18个气象站可作为郊区气温的代表站;1980—2009年,辽宁省6个代表城市的热岛强度年变化不同,除铁岭为微弱下降外,其他5市均表现为上升趋势,铁岭年热岛强度较强,大连年热岛强度较弱;6个代表城市的月热岛强度变化也不同,丹东、锦州、铁岭的月热岛强度呈明显的"U"型分布,6市最大热岛强度均出现在1月,最小热岛强度均出现在5—8月,具有冬季强、夏季弱的特点.6市热岛强度的年、月变化范围分别为0.57～2.15℃和-0.70～4.60℃,年和月热岛强度分别有97.8%和72.3%集中在0.5～2.0℃.辽宁省热岛强度可划分为无、弱、强和极强4个等级.

城市热岛效应对天津市居住建筑供暖和制冷负荷的影响

城市热岛效应已对建筑能源需求产生了重要影响,评估城市热岛效应影响下建筑的真实能耗需求及城乡差异对既有建筑的节能调控和未来建筑的方案设计都具有重要意义。论文以天津自动气象站2009—2017年逐时观测数据为基础,应用卫星遥感选站方法,选取天津市区周围4个有代表性的乡村参考气象站,对典型居住建筑全年逐时负荷进行了动态模拟,定量评估了城市热岛强度对不同时间尺度(年、日和小时)建筑负荷的影响。结果表明:(1)随着城市热岛强度(IUHI)的增强,城市居住建筑供暖负荷减少、制冷负荷增加,且年平均供暖负荷的减小幅度大于年平均制冷负荷的增加幅度。IUHI每上升1℃,城市年平均供暖负荷较乡村减少4.01 kWh/m2、年平均制冷负荷增加1.05 kWh/m2。(2)冬季供暖期和夏季制冷期逐日负荷变化表现为:供暖期的高负荷时段主要集中在12月下旬至翌年1月下旬、制冷期为7月下旬至8月上旬,高负荷时段城市日平均供暖和制冷负荷分别较乡村约减少10%、增加6%。(3)日内供暖负荷和制冷负荷小时变化均表现为夜间强于白天。在供暖期和制冷期,北京时间18:00至次日07:00时段无论在城市或是乡村都是高负荷时段;11:00至15:00时段在供暖期是低负荷时段,而在制冷期是高负荷时段,这可能与气温和供暖制冷需求有关。研究表明,应充分考虑小时、日尺度热岛强度对用能的影响,提高供暖和空调运行调控的精细化水平,以期达到降低供暖和制冷能耗的目的。

2015年冬季苏州城市热岛特征研究

基于Landsat土地利用类型分类资料、夜间灯光影像资料、自动气象站资料以及大气边界层探测资料,划分出城市、郊区以及湖区代表站,分析了苏州2015年1月城市热岛日变化、昼夜差异特征以及城、湖温度差日变化特征,并对苏州城市热岛分布特征以及城、湖大气边界层结构差异进行分析。结果显示:(1)白天热岛强度小,09～17时热岛强度均小于1℃,最小值仅为0. 2℃;夜间热岛强度大,19～05时热岛强度维持在1. 2℃以上,最大值为1. 7℃。(2)城、湖温差白天为正,夜间为负,市区变温速率比湖区快约0. 2℃/h。(3)苏州白天热中心形状不规则,范围大,城郊温差小,夜间形成单一封闭稳定热中心,热中心形状与市区有较好对应,城、郊温差维持在1. 5℃左右。冬季地面盛行西北风,太湖湖陆风现象显著,湖陆风和盛行风向共同影响城市热羽向西南方向发展。(4)城、湖虚位温廓线在白天差异小,均有不稳定边界层形成,夜间市区仍维持不稳定边界层,而湖区有稳定边界层发展,近地层内干岛效应显著。(5)城市热岛影响范围有明显日变化特征,白天城市热岛影响范围小于40 m,夜间大于200 m。