城市气候效应研究进展

城市是人类社会发展的必然产物。随着城市的快速发展,城市气候效应凸显,并对社会经济可持续发展和人体健康等造成影响。基于国内外已有的研究成果,综述了城市气候效应,包括城市热岛效应、雨岛效应、混浊岛效应、干岛效应和雷暴岛效应的研究历史、现状及其与城市化、天气气候变化的相互关系,并对未来城市气候效应的研究方向及技术方法进行了展望。

西北地区城市化对城市气候环境的影响

以西北地区五个省会城市所在的地区为研究区域,分析了近50年西北地区城市气候的变化趋势,考察了城市发展对气候的影响,发现西北地区大城市存在显著的热岛效应、雨岛效应、干岛效应和暗岛效应。在此基础上建立了城市发展与城市气候变化之间的回归模型,证明西北地区城市发展对气候的影响不完全符合库次涅茨曲线特征。

北京地区自动站降水特征的聚类分析

利用2007—2010年北京123个自动气象站逐时降水观测资料,采用聚类分析方法,对北京的主城区、西部和北部区、东北区、东南区共分为4个区域的逐时降水时空分布特征进行了分析。结果表明:通过与实际地形和下垫面类型比较,自动站分类较为合理,避免了在区域划分方面的主观因素影响。主城区降水集中时段最为突出,集中出现在7月逐日20—00时,且降水强度最强,降水量较大,降水小时数不多。西部和北部区降水集中出现在6月逐日18—20时、7月逐日23时至次日03时,降水小时数最多,降水强度不大,降水量不大。东北区降水主要集中出现在7月逐日00—08时和17—23时,降水小时数较多,降水强度不大,降水量最大;东南区降水主要集中出现在7月的逐日02—04时,降水小时数少,降水强度较大,降水量较大。

济南市城市扩展与城市暴雨洪灾

阐述了济南市城市扩展历程和城市暴雨洪灾概况,分析了济南市城市暴雨洪灾的成因。研究结果表明,浅盆地形和多暴雨的气候条件是济南市城市暴雨洪灾的自然致灾因素,而城市扩展后,城市雨岛效应增加了市区暴雨出现的频率与强度,城市外部排水变为内部排水,对下垫面性质及自然沟道、洼地的改造使城市洪量增大,滞时减小等,加剧了济南市城市暴雨洪灾的量级和频度。为应对严峻的城市暴雨洪灾,提出了排蓄结合的应对措施。即从源头上减少流经城区的洪水量,加强排水系统的整治,建立健全雨情、水情遥测网和城市防洪调度决策支持系统。

上海降水百年变化趋势及其城郊的差异

采用上海龙华中心气象站 1 893～ 1 999年降水资料及上海周边郊县 1 960～ 1 999年降水资料 ,分析上海降水的时空特征 ,研究结果表明 :1上海年度降水存在着 2 a、 3.2 a、 35.2 a的准周期振动 ;上海百年气候按干湿状况可分为 6个时期 ,1 982年开始的这次多雨偏湿期周期趋向延长 ;上海降水的年际波动显著 ,旱涝灾害年发生概率为 1 8.7%。上海气候特征在长江和钱塘江之间平原地区有相当广泛的代表性。 2上海城郊降水存在着显著性差异。近 40 a市区降水增长率为郊县的 1 .5倍 ,城郊降水差异呈扩大趋势。上海城市雨岛效应主要存在于 6～ 9月的梅雨和台风雨期间 ,有明显的雨岛中心 ,全市降水北片稍大于南片 ;多年降水有明显的长期趋势。而秋末到春季并无雨岛现象 ,全市降水南片略大于北片 ;多年降水表现为较强烈的波动性。

上海城区雨岛效应及其变化趋势分析

选用1959-2007年上海市龙华站降水、气温资料及青浦、嘉定降水资料,运用累积曲线、距平统计和相对偏差对比等方法对上海地区降水量进行统计分析,并对上海市城区、郊区降水的时空特征进行对比。结果表明,上海城市气温和降水变化基本一致,城区、郊区降水存在显著差异,雨岛效应主要集中于5-10月汛期,21世纪城区、郊区降水差距有减小趋势。

城市化对青岛市崂山区雨岛效应的影响

针对城市化对雨岛效应的间接影响,以青岛市崂山区为例,在分析崂山区基本地形、水文气候状况的基础上,利用地表温度反演、土地利用分布、泰森多边形、回归分析等方法分析了崂山区城市化对雨岛效应的影响。结果表明,城区温度增高与降雨之间满足线性回归关系,可见城市化是崂山区雨岛效应的重要因素。

郑州市雨岛效应多方法集成评估及量化研究

为研究城市化发展带来的雨岛效应问题,选用郑州市1978—2018年社会经济资料和1960—2020年逐日降雨资料,在利用六阶段论和“S”形曲线法分析郑州城市化发展水平的基础上,多方法并举构建雨岛效应评估方法体系;基于年降水量、年汛期降水量对郑州市雨岛效应进行趋势和周期变化分析,并引入标准化距离法量化评估雨岛效应。结果表明:郑州市中心城区雨岛效应在1997年和2004年有明显突变增强趋势;年降水量、年汛期降水量雨岛效应增强趋势分别持续4 a和10 a,且分别具有8~10 a、15~20 a的第一主周期和17~20 a、6~10 a的第二主周期;标准化距离法计算的年降水量、汛期降水量增雨系数标准化显化值分别为0.261和0.643,说明郑州市雨岛效应集中于汛期。

城市化对云南高原楚雄市近年来雨岛效应的影响研究

利用2010-2015年楚雄市城市和郊区共10个气象站点的降雨量资料,采用城市和郊区对比等方法分析楚雄市的降雨特征,运用灰色关联度分析各气象因子、人文因子与雨岛强度的关联程度。结果表明:楚雄市近年来雨岛效应明显,降雨中心主要位于城市及其下风方向的苍岭;当出现小雨和中雨,大尺度大气环流场比较弱的条件下,楚雄市城市雨岛强度较强;楚雄市干湿季分明,月降雨量主要集中在雨季,城市雨岛效应在雨季更显著。影响楚雄市雨岛强度的因素中,关系最为密切的人文因子则为城区面积,而关系最为密切的气象因子是日照时数,且人文因子占较大比重。

不透水面扩张对郑州主城区降水特征的影响

为探究下垫面变化对高密度城市地区降水的影响,基于遥感技术反演郑州主城区1990—2019年的不透水面分布信息,并分析了其扩张特征;采用回归模型探讨不透水面比例与降水特征变化的相关性,识别了显著影响主城区降水的不透水面比例阈值,并采用城郊对比法多角度揭示了不透水面扩张对主城区降水的影响程度。结果表明:郑州主城区不透水面扩张趋势显著,扩张形态呈单一核心的“摊大饼”式扩张;不透水面比例与城郊降水强度比呈二次多项式函数关系,对主城区降水产生显著影响的阈值是30%;不透水面扩张导致主城区雨岛效应显著,增雨系数最高达1.39,主城区暴雨发生概率高于郊区53%,降水集中期晚于郊区约8 d,对主城区主汛期降水量变化的贡献率达44.39%;不透水面因具有高蓄热、低渗透的固有特征,对地表热力、动力条件具有显著影响,已成为城市化影响降水的主要影响因素之一。

沧州城区雨岛效应及其变化趋势初步分析

为了给防洪除涝部门提供可靠的参考依据,科学地掌握城市雨岛效应变化规律以及对沧州市主城区的影响,采用对比分析方法,利用主城区以及郊区2012~2017年具有代表性的雨量站降雨资料,对全年、汛期(6~9月)以及汛期每个月降水增幅等进行了分析对比,结果:沧州市主城区存在雨岛效应,一般出现在6、8~9月,且与该市的城市化程度正相关。

我国城市内涝现状及成因思考

在全球气候变化和城市化进程加快共同作用下,城市内涝问题越来越严重。采用文献分析法对我国城市内涝现状进行分析,指出降雨频发、影响范围逐年扩大、城市内涝问题研究滞后等问题,从自然因素和社会因素两个方面分析了我国城市内涝的成因,认为全球气候变化导致暴雨异常频发、自然格局水循环系统遭受破坏、城镇化加剧了“雨岛效应”、社会水循环系统建设能力不足、城市内涝预警体系和应对措施不够完善,最后提出了解决城市建设可持续发展的建议。

城市水文学研究综述

城市水文学是水文学的一个重要分支,20世纪80年代正式独立成为一门学科.城市水文学发展早期重点关注城市供排水工程设计等水文计算问题.随着全球城市化进程的推进,城市水文过程演化及其伴生效应日益凸显,城市水循环机理发生了深刻变化.城市"雨岛效应"、"干/湿岛效应"等现象日益明显,城市暴雨内涝、水污染等事件频繁发生,这些新问题使城市水文学研究出现了新任务和新领域.目前城市水文学基础研究大体可分为两大主要方向:城市化的水文过程及其伴生效应识别与描述;城市水文过程机理解析与模拟计算.城市化的水文效应方面的研究较多,对"雨岛效应"产生机理的认识也较统一,但对城市"干/湿岛效应"的研究结论在不同地区并不一致.城市化伴生效应方面,近些年对水环境以及水生态效应的研究得到了重视和加强,建立了城市水质模型和生态承载力理论等.城市水文过程机理解析与模拟方面,"自然侧"的降水-产汇流研究比较系统,已建立了包括城市屋面、硬化地面、城市绿地等复杂城市下垫面的降水-蒸发-径流定量模拟模型;"社会侧"对城市用水规律和需求预测研究比较充分,然而对城市人工取用水的耗水机理研究较少.总的来看,城市水文学未来的发展需从城市耗用水机理、城市水文极端事件模拟与综合应对,以及城市群叠加水文效应的定量评估和预测等方面寻求突破.

苏锡常地区城市发展对降雨的影响

苏锡常地区位于太湖流域的腹部地区,经济发达,是当今世界上较大的城市群之一,快速的城市化发展使该区自然环境产生了较大变化,并影响到当地水循环过程以及降水过程的变化。以该地区的苏州、无锡、常州3个典型城市为例,基于长系列降雨资料,在相同的气象背景条件下,通过城区与郊区雨量站同期资料的对比分析,采用线性回归、R/S分析、MK检验等方法,重点探讨城市化对降雨过程的影响。研究结果表明:在城市化缓慢期,城郊降雨差别不大。而随着城市化进程的加剧,城市化发展较快的苏州、无锡城市"雨岛效应"较为明显,而城市化发展相对缓慢的常州城市"雨岛效应"则不明显,并且在今后一段时间内,这种情况可能会持续存在。该研究为长江下游城市群的城市化发展对降雨影响的深入研究打下了基础。