弱天气背景下天津三次局地突发暴雨中尺度特征及触发机制

利用ERA5再分析(0.25°×0.25°)、加密自动气象站、多普勒天气雷达和变分多普勒天气雷达分析系统等高时空分辨率资料,对比分析了2018年7月22日、2019年7月18日、2021年8月23日天津中心城区三次局地突发性暴雨过程的中尺度特征及其触发机制。结果表明:三次局地突发性强降雨均无明显天气尺度系统主导,但环境大气具备较高的对流不稳定能量和较小的对流抑制能量,抬升凝结高度仅0.2~0.4 km,且低层均存在一定的湿层。局地突发性暴雨的发生与城市热岛及海陆下垫面特征差异造成的中小尺度系统有关,暴雨发生前天津中心城区与沿海地区之间的温差和气压差增大,中心城区附近温压场具有明显的非均匀分布特性,中尺度暖低压及其东侧的高温度梯度为局地对流发生提供了有利的中尺度环境条件。此外,暴雨发生前沿海地区均出现了明显的海风加强,城市热岛暖低压辐合与海风风速辐合共同作用使得中尺度辐合强度明显加强,是局地突发性暴雨发生的主要原因,初生的γ中尺度对流单体均位于地面强辐合中心边缘上空。

热岛环流的动力学分析

文中根据线性化的大气方程组求得了城市热岛环流的理论模式。利用此模式分析了温度场和流场的三维结构，并和观测结果做了对比。在解析解中，研究了大气条件诸如风速、湍流扩散系数、Ragleigh摩擦以及层结的影响，同时讨论了重力波对温度分布垂直结构的效应。

基于地表参数变化的南京市热岛效应时空演变特征分析

针对城市热岛效应引发的一系列生态安全、居民健康等问题,选择传统“火炉城市”南京市为研究区,利用Landsat影像反演地表温度(land surface temperature,LST),进而获得研究区热岛空间分布,分析热岛重心转移情况,最后以空间叠加、回归统计分析方法分析建筑、植被、水体对于LST的影响程度。结果表明:2000—2020年南京市热岛、强热岛斑块随着建成区的扩张而扩张,面积占比由6.48%上升到40.81%,而绿岛、强绿岛区则由37.38%下降到13.39%,地表温度呈现明显城乡梯度差;热岛、强热岛斑块重心转移方向与城镇重心转移方向一致,都呈“先南后西”方向偏移,绿岛、强绿岛转移方向则相反;下垫面覆盖对地表温度的影响分别是建筑>植被>水体。该研究成果可为南京市城市规划以及热岛效应缓解提供一定依据。

天津城区一次γ中尺度短时暴雨的热动力环境分析

利用睿图-短期预报子系统的精细化预报结果、地面加密自动站、多普勒雷达、FY-4A卫星的逐5 min可见光云图以及北京探空等资料,对2018年7月22日发生在天津城区的一次突发性γ中尺度短时暴雨的热动力环境进行了详细分析。结果表明:此次暴雨发生在500 hPa副热带高压控制范围内,是由城区孤立风暴造成的一次局地强降水过程,具有范围小(不足20 km)、生命史短(1~2 h)、雨强大(62.4 mm·h^(-1))、中尺度边界层环境复杂等特点。暴雨是在上游降水系统的冷池边界还远离天津城区时,由城市热岛、上游冷池出流前的边界层弱冷空气、系统性东北风和午后逐渐形成的中尺度海风共同作用造成的。下垫面水平热力差异及地表能量平衡的结果导致天津中心城区形成较为显著的热岛效应,热岛强度达2~4℃,与热岛效应伴随的城市热岛暖低压的形成与发展导致城区形成中尺度辐合中心。上游降水产生的中尺度高压(上游降水区)和天津城市热岛暖低压(下游非降水区)之间的气压梯度导致冷池前沿形成了一支超越冷池出流边界而率先到达天津城区的一支北风,这支边界层弱冷空气与系统性东北风、海风在城市热岛暖低压作用下均向城区汇合,进一步增强了城区辐合中心的强度及维持时间。垂直方向上,沿城区的纬向、经向分别形成了两个方向相反的、非对称的中尺度次级环流,其上升支正好位于天津城区。上游冷池出流前中尺度锋区东移造成的水汽集中以及热岛效应伴随的局地热量累积使城区逐渐发展为高湿高能区,且垂直方向上不稳定度增强,为局地暴雨的发生提供了有利的中尺度环境条件。

东洞庭湖湖陆风特征分析

采用岳阳国家气候观象台(简称岳阳站)资料分析东洞庭湖的湖陆风日变化和季节变化特征,结合临湘与华容国家气象站、区域自动气象站资料分析2017年8月4—23日湖区气温、湖陆风、相对湿度的时空四维变化特征,结果表明:岳阳站湖陆风昼夜交替,夏季最强、冬季最弱;湖风强弱主要与南、北风频率相关,城市热岛强弱主要和湖、陆风相关。湖(水)面反光增温效应使湖区一定时空内气温升高,湖面上空气温在中午前后随高度降幅大,夜晚逆温明显;岳阳城市热岛效应明显,以傍晚前后最为突出。受东部丘陵山脉大地形影响,夏季东洞庭湖东北部出现明显的实际湖陆风,西南部主要表现为风速大小的日周期性变化,湖陆风与城市热岛、山谷风存在叠加效应,近距离水体、山丘、建筑物、树木植被等对测站风、气温与湿度等作用明显;实际湖陆风随高度先增大后减小,200 m高度仍存在明显的湖陆风。湖心相对湿度随高度递减明显,湖陆风使岳阳站空气湿度变化显著。

呼和浩特市城市空间扩展的热岛效应研究

本文以呼和浩特市区为研究对象,选取1987年、1990年、2001年、2010年和2016年共5期的影像作为数据源。进行不同土地利用类型分类,采用单窗算法反演出地表温度,对比各土地利用类型之间的地表温度和对热环境的影响程度,并进一步分析城市空间扩展与热岛效应之间的关系。得出各土地利用类型的地表温度具有明显差异,建设用地和未利用土地温度高,耕地温度最低。从各土地利用类型对热环境影响程度来看,建设用地和耕地的热效应贡献度较大,其次是未利用地、水域和林地,草地贡献度最小。1987—2016年热岛中心迁移方向与城市重心迁移方向一致,表明城市扩展与热岛效应扩散趋势具有空间一致性。

新城建设中公园降温效果及其影响因素

以北京城市副中心通州区为研究区,以单通道算法反演地表温度,从公园局部环境温差、建成前后降温效果对比、降温稳定性等方面构建了7个降温指标,评估新城建设过程中2000—2017年公园整体及个体降温效果,并分析了公园特征参数和内部地表参数对降温效果的影响。结果表明:2000—2017年,通州区新建公园16个,62.5%具有降温效果和降温稳定性,与建成前相比最大可降低2.40℃;公园整体降温面积和降温温差显著增加,降温距离减小;公园个体最大降温距离为210 m,最大降温面积为284.79 hm2,最大降温程度为3.80℃,最大降温速率为0.33℃·m-1;降温幅度与公园面积呈正相关,降温稳定性与植被覆盖度呈正相关,降温面积与归一化差分水体指数(NDWI)和公园面积呈正相关;不透水表面比例(ISA)、公园建成年份与各降温指标相关性均较弱。研究结果为优化公园布局以缓解城市热岛效应提供了依据。