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。

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。