全 文 ：沈阳近郊和远郊的热岛特征及其与城市化的关系*
李丽光1 摇 刘晓梅2 摇 赵先丽1 摇 王宏博1 摇 王笑影1 摇 张玉书1**
( 1 中国气象局沈阳大气环境研究所, 沈阳 110016; 2 沈阳区域气候中心, 沈阳 110016)
摘摇 要摇 基于气温数据,对 1961—2008 年沈阳近郊和远郊热岛强度的月、年和年代际动态变
化及其与城市化的关系进行研究.结果表明:沈阳近郊的月热岛强度和年热岛强度均高于远
郊,即从近郊到远郊,热岛强度呈减小趋势.近郊和远郊热岛强度的变化趋势在 3—11 月较为
一致,12 月至翌年 2 月相反,这可能与冬季取暖有关.近郊和远郊的年热岛强度在 2000 年前
呈上升趋势,2000 年后呈下降趋势. 年热岛强度与城市绿地面积、人口数量和建成区面积在
2000 年前呈显著的正相关(P<0郾 05),2000 年后呈显著的负相关(P<0郾 05);三者与年热岛强
度的关联度分别为 0郾 43、0郾 52 和 0郾 26.
关键词摇 沈阳摇 近郊摇 远郊摇 城市热岛摇 城市化
文章编号摇 1001-9332(2010)06-1609-05摇 中图分类号摇 X16摇 文献标识码摇 A
Characteristics of heat island effect in inner and outer suburbs of Shenyang and the relation鄄
ships with urbanization. LI Li鄄guang1, LIU Xiao鄄mei2, ZHAO Xian鄄li1, WANG Hong鄄bo1,
WANG Xiao鄄ying1, ZHANG Yu鄄shu1 ( 1 Institute of Atmospheric Environment, China Meteorological
Administration, Shenyang 110016, China; 2Shenyang Regional Climate Center, Shenyang 110016,
China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2010,21(6): 1609-1613.
Abstract: The monthly, annual, and inter鄄decade variations of heat island effect in inner and outer
suburbs of Shenyang and their relationships with urbanization were analyzed, based on the air tem鄄
perature data from 1961 to 2008. It was indicated that the monthly and annual heat island effect was
higher in inner suburb than in outer suburb, and decreased from inner suburb to outer suburb. The
variation trend of monthly heat island effect in inner and outer suburbs was similar from March to
November, but in contrary from December to next February, possibly due to the effects of heating in
winter. The annual heat island effect in both inner and outer suburbs had an increasing trend before
2000 but a decreasing trend after 2000, and was significantly positively correlated with the green
land area, population, and established construction area before 2000 (P<0郾 05), but significantly
negatively correlated with them after 2000 (P<0郾 05), the correlation degree being 0郾 43, 0郾 52,
and 0郾 26, respectively.
Key words: Shenyang; inner suburb; outer suburb; urban heat island; urbanization.
*国家自然科学基金面上项目(40605007)和国家重点基础研究发
展规划项目(2004CB418507鄄1)资助.
**通讯作者. E鄄mail: yushuzhang@ 126. com
2009鄄09鄄08 收稿,2010鄄03鄄24 接受.
摇 摇 城市热岛(urban heat island,UHI)是一种由于
城市建筑和人类活动导致热量在城区空间范围内聚
焦的现象,是城市气候最显著的特征之一[1] . 城市
热岛强烈地影响城市的物流和能流,改变城市生态
系统的结构和功能,同时也影响城市居民的健康.尤
其在全球气候变暖和高速城市化的背景下,城市热
岛对人们生存空间的质量产生了严重的不良影响.
有关城市热岛的研究对改善城市生态环境和城市居
民居住环境有重要的意义.
城市热岛概念自 19 世纪初提出以来,一直受到
科学家的高度关注[2-3] .到目前为止,已利用气象资
料[4-5]和遥感影像[6-7]以及模型模拟[2,8]等开展了
城市热岛时间[9-10]和空间[6]变化以及不同天气条
件下[11]的城市热岛特征研究,并对城市热岛与城市
气候[12]、城市能耗[13]、城市化进程[14-15]以及应对城
市热岛的措施[16-18]等进行探讨.但对热岛效应的梯
度变化及其与城市化关系的研究较少,制约了对城
市热岛的理解和相关对策的制定. 本研究基于气温
资料,比较了沈阳近郊和远郊热岛强度的月、年以及
应 用 生 态 学 报摇 2010 年 6 月摇 第 21 卷摇 第 6 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Jun. 2010,21(6): 1609-1613
年代际的变化规律,旨在探讨主要城市化指标对城
市热岛效应的影响,加深对城市不同区域热岛效应
及其影响因子的理解,为改善城市人居环境和减弱
城市热岛效应提供科学依据.
1摇 研究地区与研究方法
1郾 1摇 研究区概况
沈阳(41毅12忆—42毅17忆 N, 122毅25忆—123毅48忆 E)
位于中国东北地区南部、辽宁省中部,属温带半湿润
大陆性气候,降水集中,年温差较大,四季分明,年平
均气温 6郾 7 益 ~8郾 4 益,全年降水量 600 ~ 800 mm,
全年无霜期 150 ~ 170 d[19] .
1郾 2摇 资料来源
选取沈阳站、新城子站(1992 年建站)、康平站、
新民站、法库站和辽中站 6 个气象站 1961—2008 年
的气温资料.根据各站与城市中心的距离以及沈阳
的行政分区,选择沈阳站代表城市气象站,新城子站
代表近郊气象站,康平站、新民站、法库站和辽中站
代表远郊气象站(图 1). 气温资料来自辽宁省区域
气候中心资料室.沈阳历年城市绿地面积、人口数量
和建成区面积等资料来自《辽宁统计年鉴》 [20]和
《中国城市统计年鉴》 [21] .远郊年际和年代际热岛强
度的变化研究采用 1961—2008 年的气温资料,月热
岛强度的变化采用 1992—2008 年的资料.
图 1摇 气象站点分布图
Fig. 1摇 Location of the weather stations.
1郾 3摇 分析方法
城市热岛强度由城市站与郊区站的差值确定:
驻TI =T沈阳-T新城子
驻TO =T沈阳-(T康平+T新民+T法库+T辽中) / 4
式中:TI 为沈阳近郊热岛强度;TO 为远郊热岛强度;
T沈阳、T新城子、T康平、T新民、T法库和 T辽中分别为沈阳站、
新城子站、康平站、新民站、法库站和辽中站 6 个气
象站的平均温度.
城市热岛强度的月、年、年代变化采用 Excel 软
件进行统计,并利用 Excel VBA编程计算;采用 DPS
3郾 01 软件对城市化指标与城市热岛强度的灰色关
联度进行分析.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 沈阳近郊和远郊热岛强度的比较
2郾 1郾 1 热岛强度的月变化摇 从图 2 可以看出,沈阳
近郊的月热岛强度高于远郊,二者的月变化趋势在
3—11 月较为一致, 12 月至翌年 2 月相反. 表明近
郊和远郊的冬季热岛强度变化不同,这可能与冬季
取暖造成的城市人为热的释放增加有关. 近郊和远
郊月热岛强度的最大差值出现在 1 月,为 1郾 0 益;在
4—8 月差值均小于 0郾 1 益,其中,5 月和 6 月的差值
最小,均为 0 益 .可见,沈阳月热岛强度从近郊到远
郊呈减弱趋势.近郊和远郊的这种地域差异,对 9 月
至翌年 2 月的热岛强度有较大影响.
2郾 1郾 2 热岛强度的年变化摇 2000 年以前,沈阳近郊
和远郊热岛强度的年变化总体上均呈增强趋势,且
在 2000 年达到最大值,分别为 1郾 8 益和 2郾 2 益,在
2000 年后均呈减弱趋势(图 3). 1971—2000 年,沈
阳远郊的热岛强度以0郾 33 益·10 a-1的速度递增,
图 2摇 沈阳近郊和远郊热岛强度的月变化
Fig. 2 摇 Monthly variation of heat island intensity in inner and
outer suburbs of Shenyang.
a)近郊 Inner suburb; b)远郊 Outer suburb. 下同 The same below.
0161 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 21 卷
图 3摇 沈阳近郊和远郊热岛强度的年变化
Fig. 3 摇 Annual variation of heat island intensity in inner and
outer suburbs of Shenyang.
大于北京的 0郾 22 益·10 a-1的递增速率[4] .沈阳近
郊和远郊的年热岛强度呈同步变化,最大差值出现
在 2005 年,为 0郾 52 益;最小差值出现在 1998 和
2006 年,均为 0郾 08 益 . 总体来说,沈阳远郊的年热
岛强度小于近郊,年热岛强度从近郊到远郊呈减弱
趋势.
2郾 1郾 3 热岛强度的年代际变化摇 从图 4 可以看出,
沈阳远郊的热岛强度从 20 世纪 60 年代至 2008 年
呈先升高后降低的趋势;在 20 世纪 90 年代达到最
大值;从 90 年代到 20 世纪末的下降幅度为 0郾 07
益 .宋艳玲等[22]发现北京 20 世纪 60 年代、70 年代、
80 年代和 90 年代的热岛强度分别为 0郾 13 益、0郾 19
益、0郾 61 益和 0郾 78 益,均低于同期沈阳远郊热岛强
度.由于近郊气温资料的时间序列较短,未进行近郊
热岛强度的年代际变化分析.
2郾 2摇 城市化与热岛强度的关系
2郾 2郾 1 城市绿地面积与热岛强度摇 研究表明,城市
绿地面积的增加对城市热岛强度有明显的削弱作
用[15] .沈阳近郊和远郊的年热岛强度与绿化面积均
图 4摇 沈阳远郊城市热岛强度的年代际变化
Fig. 4摇 Inter鄄decadal variation of heat island intensity in outer
suburb of Shenyang.
呈二次曲线关系(图 5),即年热岛强度随着绿地面
积的增加先增强后减弱. 以年热岛强度最高值出现
的 2000 年为界,1992—2000 年,近郊和远郊的年热
岛强度均与绿地面积呈正相关(P<0郾 05);2000—
2007 年均呈负相关(P<0郾 05; 表 1).这表明增加城
市绿地面积有助于减缓城市热岛效应[23-24],但需要
达到一定面积时,绿地才能起到减弱城市热岛效应
的作用.在年热岛强度与绿地面积的关系中,近郊和
远郊的变化规律一致,表明年热岛强度与绿地面积
的关系受近郊和远郊地域差异的影响不大.
图 5摇 沈阳近郊和远郊热岛强度与绿地面积的关系
Fig. 5 摇 Relationships between heat island intensity and green
land areas in inner and outer suburbs of Shenyang.
表 1摇 沈阳年热岛强度与城市化指标的相关系数
Tab. 1摇 Correlation coefficients between annual heat island
intensity and urbanization indices in Shenyang
指标
Index
时段
Period
地点
Site
相关系数
Correlation
coefficient
绿地面积 1993—2000 近郊 Inner suburb 0郾 8938*
Green land areas 远郊 Outer suburb 0郾 8538*
2000—2007 近郊 Inner suburb -0郾 7705*
远郊 Outer suburb -0郾 8376*
人口数量 1993—2000 近郊 Inner suburb 0郾 9008*
Population 远郊 Outer suburb 0郾 7925*
2000—2007 近郊 Inner suburb -0郾 9337*
远郊 Outer suburb -0郾 9716*
建成区面积 1993—2000 近郊 Inner suburb 0郾 8376*
Urban construction 远郊 Outer suburb 0郾 7796*
areas 2000—2007 近郊 Inner suburb -0郾 8896*
远郊 Outer suburb -0郾 9190*
* P<0郾 05.
11616 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 李丽光等: 沈阳近郊和远郊的热岛特征及其与城市化的关系摇 摇 摇 摇 摇
2郾 2郾 2 人口数量与热岛强度 摇 沈阳近郊和远郊的
年热岛强度与城市人口数量均呈二次曲线关系(图
6),即年热岛强度随着人口数量的增加先增强后减
弱. 以年热岛强度最高值出现的 2000 年为界,
1993—2000 年,近郊和远郊的年热岛强度均与人口
数量呈正相关(P<0郾 05),2000—2007 年均呈负相
关(P<0郾 05,表 1). 近郊和远郊的地域差异不影响
热岛强度与人口数量的关系.有研究表明,乌鲁木齐
和哈尔滨的人口数量与热岛强度均呈正相关[25-26],
与本研究的结果不太一致. 这表明人口数量与城市
热岛强度的关系是复杂的. 人口数量与热岛强度的
关系可能还受到其他因子的影响.
2郾 2郾 3 建成区面积与热岛强度 摇 沈阳近郊和远郊
的年热岛强度与建成区面积均呈二次曲线关系(图
7).以年热岛强度最高值出现的 2000 年为界, 在
2000 年前,近郊和远郊的年热岛强度与建成区面积
均呈正相关(P<0郾 05),2000 年后均呈负相关(P<
0郾 05,表 1).近郊和远郊的地域差异不影响热岛强
度与建成区面积的关系.本研究中,城市热岛效应随
建成区面积的增大而增强,但当建成区面积增加到
一定值时,热岛强度与建成区面积呈负相关,这与建
成区面积与热岛强度呈正相关[26]的研究结果不完
全一致.
2郾 2郾 4 城市化指标与热岛强度的灰色关联度分析
摇 以年热岛强度为参考数列,城市化指标作为比较
数列进行的灰色关联度分析表明,城市绿地面积、人
图 6摇 沈阳近郊和远郊热岛强度与人口数量的关系
Fig. 6摇 Relationships between heat island intensity and popula鄄
tion in inner and outer suburbs of Shenyang.
图 7摇 沈阳近郊和远郊的热岛强度与建成区面积的关系
Fig. 7 摇 Relationships between heat island intensity and urban
construction areas in inner and outer suburbs of Shenyang.
口数量、建成区面积 3 个指标与年热岛强度的关联
度分别为 0郾 43、0郾 52 和 0郾 26,表明人口数量与沈阳
年热岛强度的关系最为密切.
3摇 讨摇 摇 论
我国气象台站的布点较少,分布不均匀,使得用
于城市热岛研究的气象资料较少,因此对同一城市
近郊和远郊热岛效应差异的报道较少.目前,中国气
象局正在全国范围内进行加密自动站的布设,未来
可以考虑利用加密自动站的气象资料,更深入地分
析近郊和远郊的城市热岛强度的异同,增进对城市
热岛及其影响因子的理解.
沈阳城市发展指标与城市热岛强度的关系较复
杂,城市发展指标对热岛强度的影响具有一定的阈
值.城市热岛强度是众多城市发展指标综合影响的
结果,关于各城市发展指标影响程度的评价尚需要
进一步研究.
2000 年以后,沈阳城市热岛强度呈下降趋势,
尤其在 2004 年以后趋势更为明显,这可能与沈阳市
政府的宏观调控政策有关.自 2002 年,沈阳市内大
部分工厂陆续迁出市区,导致市区人为热源减少,减
弱了城市热岛强度. 丁淑娟等[25]也认为,宏观政策
对城市热岛强度具有影响. 但对于宏观政策对城市
热岛强度的具体影响程度和影响方式,还需要进行
更深入的研究.
城市热岛强度与温度关系密切,气候变化对温
2161 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 21 卷
度的影响也会影响城市热岛强度,使得城市化与热
岛效应的关系更加复杂. 城市化和气候变化对城市
热岛强度的贡献率如何,应是未来需要关注的重点.
参考文献
[1]摇 Xiao R鄄B (肖荣波), Ouyang Z鄄Y (欧阳志云), Li W鄄
F (李伟峰), et al. A review of the eco鄄environmental
consequences of urban heat islands. Acta Ecologica Sini鄄
ca (生态学报), 2005, 25(8): 2055-2060 ( in Chi鄄
nese)
[2]摇 Oke TR. Canyon geometry and the nocturnal urban heat
island: Comparison of scale model and field observa鄄
tions. Journal of Climatology, 1981, 1: 237-254
[3]摇 Zhou S鄄Z (周淑贞). The influences of Shanghai urban
development on temperature. Acta Geographica Sinica
(地理学报), 1983, 38(4): 397-405 (in Chinese)
[4]摇 Ji C鄄P (季崇萍), Liu W鄄D (刘伟东), Xuan C鄄Y (轩
春怡). Impact of urban growth on the heat island in
Beijing. Chinese Journal of Geophysics (地球物理学
报), 2006, 49(1): 69-77 (in Chinese)
[5]摇 Lin X鄄C (林学椿), Yu S鄄Q (于淑秋). Interdecadal
changes of temperature in the Beijing region and its heat
island effect. Chinese Journal of Geophysics (地球物理
学报), 2005, 48(1): 39-45 (in Chinese)
[6]摇 Jiang Z鄄Y (江樟焰), Chen Y鄄H (陈云浩), Li J (李
京). Heat island effect of Beijing based on Landsat TM
data. Geomatics and Information Science of Wuhan Uni鄄
versity (武汉大学学报·信息科学版), 2006, 31
(2): 120-123 (in Chinese)
[7]摇 Yang B鄄Y (杨英宝), Su W鄄Z (苏伟忠), Jiang N (江
南). Time鄄space character analysis of urban heat island
effect in Nanjing City using remote sensing. Remote
Sensing Technology and Application (遥感技术与应
用), 2006, 21(6): 488-492 (in Chinese)
[8]摇 Priyadarsini R, Hien WN, David CKW. Microclimatic
modeling of the urban thermal environment of Singapore
to mitigate urban heat island. Solar Energy, 2008, 82:
727-745
[9]摇 Jiang X鄄D (江学顶), Xia B鄄C (夏北成), Guo L (郭
泺), et al. Characteristics of multi鄄scale temporal鄄spa鄄
tial distribution of urban heat island in Guangzhou. Chi鄄
nese Journal of Applied Ecology (应用生态学报),
2007, 18(1): 133-139 (in Chinese)
[10]摇 Zheng J鄄G (郑敬刚), Zhang J鄄G (张景光), Li Y (李
有). Heat island effect and human body comfortable de鄄
gree in Zhengzhou City. Chinese Journal of Applied
Ecology (应用生态学报), 2005, 16 (10): 1838 -
1842 (in Chinese)
[11]摇 Wang Q鄄C (王清川), Guo L鄄P (郭立平), Zhang S鄄H
(张绍恢). Urban heat island effect under different me鄄
teorological conditions over Langfang, Hebei Province.
Journal of Meteorology and Environment (气象与环境
学报), 2009, 25(6): 44-48 (in Chinese)
[12]摇 Crutzen PJ. New direction: The growing urban heat and
pollution “island冶 effect: Impact on the chemistry and
climate. Atmospheric Environment, 2004, 38: 3539 -
3540
[13]摇 Tomohiko I, Yukihiro K, Kazutake A, et al. Changes in
year鄄round air temperature and annual energy consump鄄
tion in office building areas by urban heat鄄island coun鄄
termeasures and energy鄄saving measures. Applied Ener鄄
gy, 2008, 85: 12-25
[14]摇 Ernesto J. Heat island development in Mexico City. At鄄
mospheric Environment, 1997, 31: 3821-3831
[15]摇 Fan L鄄Y (范丽雅), Liu S鄄H (刘树华), Liu H鄄Z (刘
辉志), et al. The impact of greenbelt on urban atmos鄄
pheric environment and air quality. Climatic and Envi鄄
ronmental Research (气候与环境研究), 2006, 11
(1): 85-93 (in Chinese)
[16]摇 Sasaki K, Mochida A, Yoshino H, et al. A new method
to select appropriate countermeasures against heat鄄island
effects according to the regional characteristics of heat
balance mechanism. Journal of Wind Engineering,
2008, 96: 1629-1639
[17]摇 Jiao X鄄J (焦绪娟), Zhao W鄄F (赵文飞), Zhang H鄄L
(张衡亮), et al. A study on reduction of the heat is鄄
land effect by three urban tree species. Acta Agriculturae
Universitatis Jiangxiensis (江西农业大学学报), 2007,
29(1): 89-93 (in Chinese)
[18]摇 Tang L鄄Z (唐罗忠), Li Z鄄Q (李职奇), Yan C鄄F (严
春风), et al. Mitigative effects of different vegetations
on heat island effect in Nanjing. Ecology and Environ鄄
ment (生态环境学报), 2009, 18 (1): 23 - 28 ( in
Chinese)
[19]摇 Zhang Y鄄H (张云海), Wang Y鄄F (王扬锋), Ma Y鄄J
(马雁军). Environmental characteristics around Sheny鄄
ang atmospheric ingredient monitoring station. Journal
of Meteorology and Environment (气象与环境学报),
2008, 24(4): 31-36 (in Chinese)
[20]摇 Liaoning Provincial Statistic Bureau (辽宁省统计局).
Statistical Yearbook of Liaoning Province ( from 1992 to
2007). Beijing: China Statistics Press (in Chinese)
[21]摇 Urban Social and Economic Team of National Statistics
Bureau (国家统计局城市社会经济调查总队). Ur鄄
ban Statistical Yearbook of China (from 1992 to 2007).
Beijing: China Statistics Press (in Chinese)
[22]摇 Song Y鄄L (宋艳玲), Zhang S鄄Y (张尚印). The study
on heat island effect in Beijing during last 40 years.
Chinese Journal of Eco鄄Agriculture (中国生态农业学
报), 2003, 11(4): 126-129 (in Chinese)
[23]摇 Wang Y (王摇 勇), Li F鄄B (李发斌), Li H鄄C (李何
超), et al. Study of spatial correlation between UHI and
VF based on RS and GIS. Research of Environmental
Sciences (环境科学研究), 2008, 21(4): 81-87 ( in
Chinese)
[24]摇 Zhou H鄄M (周红妹), Ding J鄄C (丁金才), Xu Y鄄M
(徐一鸣), et al. The monitoring and evaluation of rela鄄
tion between heat island effect and greenbelt distribution
in Shanghai urban area. Acta Agriculturae Shanghai (上
海农业学报), 2002, 18(2): 83-88 (in Chinese)
[25]摇 Ding S鄄J (丁淑娟), Zhang J鄄Q (张继权), Liu X鄄M
(刘兴明), et al. Quantitative relationship between ur鄄
ban development and heat island effect for Harbin City.
Advance in Climate Change Research (气候变化研究进
展), 2008, 4(4): 230-234 (in Chinese)
[26]摇 Zhao Z鄄M (赵志敏). The analysis on urban heat island
effect factors and the countermeasures on the issue. En鄄
vironmental Monitoring in China (中国环境监测),
2008, 24(6): 77-79 (in Chinese)
作者简介摇 李丽光,女,1973 年生,副研究员. 主要从事城市
热环境、生态遥感及气候变化研究,发表论文 10 余篇.
E鄄mail: llg7308@ 163. com
责任编辑摇 肖摇 红
31616 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 李丽光等: 沈阳近郊和远郊的热岛特征及其与城市化的关系摇 摇 摇 摇 摇