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172 生态科学 25卷
表1 2000年9月14日11时气温模拟与实测结果比较(单位：℃)
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编号NumberG1001G1002G1004G1005G1010G1015G1023G1025G103l
为河网区和河口，其森林分布主要在从化、增城，并
从北向南逐渐减少。本文的研究区域为覆盖整个广州
的矩形区域(E112．950～114．2lo，N22．480～23．950)，
包括部分珠江口东西岸城市(佛山、东莞等)。
1．2数值模式简介及参数资料处理
本文数值试验所用模式为美国国家大气研究中心
(NCAR)和宾夕法尼亚州立大学(PSU)研制的中
尺度模式的第三版本MM5V3．6。该模式具有多重嵌
套、非静力平衡、四维资料同化及提供多种物理过程
选择的功能【l3’”J。
1．2。l参数设置模式采用双向反馈的四重嵌套网格，
水平格距分别为27、9、3、lkm，所取中心点为23．1。N，
113．50E，格点数分别为166×136、97x88、73x73、
6l×6l，最小区域计算范围为22．480～23．950N，
112．950～114．21。E。垂直分辨率为23层(6坐标)，
其顶层气压为100hpa，底层气压为1000hpa。边界
层方案为高分辫Blacl(adar方案；侧边界为松弛边界
条件：湿物理过程为显式Mixed—Phase方案；辐射方
案为云辐射方案。积分时间步长为60秒，积分时间为
2000年9月13日08时至15目08时，共积分48h，
主要了解14日的模拟状况。
1．2．2模式资料的输入地形与地表资料是美国地质
调查局30”×30”格点资料，模式初始和边界资料来自
美国环境预报中心和美国大气研究中心一日4次的
lo×10再分析格点资料。
2数值模拟结果与分析
本研究采用MM5第四重嵌套模拟的数据来分析研
究区域的城市热岛及其环境效应，其分辨率是lkm。
2．1城市气温数值模拟与实测资料比较
本文对2000年9月14日11时数值模拟(MM5)
与自动气象站(AWS)观测到的气温进行了对比分析，
以检验数值模拟精度，两者的气温情况见表l。
数值模拟与地面自动气象站观测的气温差一般在
0．7℃左右，其中在郊区相差较少，在城区站点特别是
海珠区和江高镇政府站相差较大，这可能是由两方面
原因造成的：其一是在模拟过程中没有考虑人为热的
影响，海珠区政府站受人为热影响较大；其二是受地
形和山体的影响，模拟的温度灵敏度不够，白云区地
形较复杂，资料输入的准确率还不够。但总体上来说，
本数值模拟方案模拟的气温误差较小、精度较高。
2．2广州城市热岛的遥感反演与数值模拟
本文选取2000年9月14日11时数值模拟(MM5)
与遥感(RS)反演的地表温度来研究广州城市热岛空
问分布特征，其中遥感图像选用的是广州2000年9
月l4日Landsat7一ETM+第六波段，具体反演方法参见
weng【2l，221和xu㈤等的研究，地温分布情况见图1。
数值模拟与遥感反演的高温和低温区域的位置、
形状、范围比较一致。高温中心出现在广州及其各区
城市化特别严重的区域，如广州的荔湾区、越秀区、
东山区、天河区、海珠区、开发区以及番禺各镇的工
业区等；较低温区域主要分布在城乡过渡带，以及广州
的花都、增城和从化等植被盖度较高的区域；低温区
域主要分布在广州北部，这与广州北部森林覆盖率高
有关；河流湿地的温度较周围温度低，．且河流廊道景
观把广州高温区域分成了几大块，充分说明河流湿地
景观对调节城市气候具有重要意义。
本文计算了广州各区地温的平均值，两种方法平
均地温差值在一0．5～1．7℃之间，其中东山区、荔湾区、
黄埔区、芳村区平均地温相差在0．7℃以上，其他各区
相差不大，且随面积增大广州平均地温的差别有减小
的趋势，说明数值模拟能较好反映较大尺度的温度情
况。地温出现差异的主要原因是因两者分辨率的差异、
下垫面的复杂性以及数值模拟中忽略了人为热等的影
响造成的，其中MM5的分辨率为1km，而RS的分
别率为60m，MM5下垫面类型取的是陆地类型中比
例最高的类型，计算的是lk血2范围内的平均地温。
在热岛强度求算过程中，考虑到广州地区城市化
较严重，没有严格意义上的郊区，所以以广州的平均
地温值为参考温度，各像元与平均值的差就是热岛(负
热岛，也称冷岛)强度值。数值模拟和遥感反演的热
岛强度最大区集中在越秀区、荔湾区、东山区、天河
区、海珠区、开发区等，热岛的最大值分别为6．7℃和
9．8℃。因此，广州热岛呈现出多个热岛中心的特征，
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2期 江学顶，等：快速城市化区域城市热岛及其环境效应研究 173
图1 广州2000年9月14日ETM+反演的地温与数值模拟的地温(a)ETM+反演的地温(b)数值模拟的地温
Fig．1LSTbyETM+retrievedandMM5simulatedonSep14th2000ofGuangzhou，(a)isforLSTbyETM+，(b)forsimulatedLST
其主要原因是广州城市化水平整体较高，形成了城市
群落。数值模拟和遥感反演的城市负热岛分布区域较
一致，其强冷岛强度分别为3．8～6℃、4．4～7．1℃，冷
岛主要分布于森林、水库、大型公园等。
通过以上对比发现，本文的数值模拟方案能较好
反应城市热岛和城市热环境的特征，并可用于精确分
析城市热岛的环境效应。
2．3城市热环境效应分析
数值模拟能有效研究遥感无法测得的城市气象条
件即城市热岛的环境效应，从而弥补利用遥感资料研
究城市热岛效应的缺陷，两者有效地结合有助于研究
城市热岛的形成条件及其环境效应等。
2．3．1城市热岛对近地层风和温度场的影响研究区
域02时、1时、20时的城市气温(2m)及近地面(10m)
风的分布如图2。城市热岛强度(2m气温差)的求算
以研究区域的平均气温值为参考，研究城区各点气温
与平均值的差就是2m高的热岛强度值。02时，广州、
佛山、东莞等地热岛明显，城区最高温度为24℃，主
要原因是这些区域工业化严重，绿地和森林覆盖率
较低；这些热岛区域出现小风辐合现象，使原来盛
行的北风变成了偏北风，且风速也从1．7m·s。1减小
到1．1m·s～；广州热岛最大强度达到3．3℃；海陆风对
广州番禺地区的影响较大，使盛行的北风变成了西北
风，同时珠江口东岸(东莞地区)也主要被海陆风环
流控制，但热岛环流明显消弱了海陆风。11时广州、
佛山等热岛区域连成了一个大的热岛区域，两地的市
中心出现强的热岛中心，总体上其空间分布与地温相
一致，广州热岛最大强度达到1．9℃；原来盛行的北风，
在热岛区域变成了偏北风，同时珠江口东岸城市也出
现了连成片的热岛区域，而且东莞等珠江口东岸城市
的热岛强度高于西岸的城市；在研究区域也出现了明
显的冷岛现象，珠江水系、水库、湖泊等形成了若干
小的冷岛。20时热岛环流明显，在广州、佛山等珠
江口西岸城市形成了大的热岛区域，该区域的热岛
强度达到4．4℃，该区域的风表现为辐合状态，风速
在1．5m·s。左右；东莞等珠江口东岸城市热岛区域较
小，但是东莞热岛的强度依然较大，由于受到陆风的
影响，其热岛环流被海陆风环流所掩盖，表现不明显，
但热岛中心依然改变了盛行风向和风速。三个时刻的
风温分布都表明广州北部区域由于森林覆盖率高，出
现了相对的低温区，同时珠江水系也有效地分割了城
市热岛，调节了区域气候。
2．3．2城市热岛对城市相对湿度的影响地表相对湿
度模拟结果见图3，表明由于城市化的影响，城乡相
对湿度差别较大。02时，广州、佛山城区存在相对湿
度的低值中心，大小为56％，形成了城市干岛，而珠
江口西岸的东莞也形成了几个低值中心，大小为69％。
11时，珠江口西岸的广州、佛山等城市均形成了范围
较大的相对湿度低值中心，大小为65％，而其周围的
郊区，相对湿度一般在60％左右；珠江口东岸的东莞
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174 生态科学 25卷
图2 2000年9月14日近地层风和温度模拟结果(a)02时(b)11时(c)20时
Fig．2SimulationresuItsof urI．acewindandtemperatuI．eat02：00(a)，11：00(b)and2 ：00(c)S印14m2000
形成更低的低值中心，大小为52％。20时，广州、佛
山和东莞分别形成湿度为54％、48％和45％的干岛中
心。另外水体景观所属区域的相对湿度都较高，这与
水汽蒸发有关。形成城市干岛中心的原因主要是因为
城市绝对湿度一般比郊区小，而气温又比郊区高，特
别是热岛中心的出现，使得城市干岛效应更明显。对
比分析图3与图1、图2表明广州城市干岛与热岛相
伴而生，02时和1l时热岛强度较小，相对湿度较高，
而20时热岛强度最大，城区相对湿度则最低。另外，
干岛出现的位置与热岛有一定的位移，其主要原因是
热岛环流与海陆风相互作用形成的局地环流在一定程
度上影响了城市水汽的输送和空间分布。
3结论
本文在利用中尺度模式MM5模拟城市热岛中使
用了四重嵌套和l蛔的高分辨率模拟方案，与自动
气象站观测的气温对比发现，该模拟方案对城市气温
的模拟效果较好；与遥感反演的地温对比发现，该模
拟方案能准确反应地表的温度状况，并能有效研究城
市热岛的空间分布特征。广州城市干岛与热岛相伴而
生，02时和11时广州热岛强度较小，相对湿度较高，
而20时热岛强度达到最大，城区相对湿度则最低；由
图3 2000年9月14日相对湿度模拟结果(a)02时(b)1l时(c)20时
Fig．3Simulation№sultsofreIa6vehumidnyat02：00(a)，11：00(b)and2 ：00(c)Sep14恤2000
万方数据
万方数据
快速城市化区域城市热岛及其环境效应研究
作者： 江学顶， 夏北成， 郭泺， JIANG Xue-ding， XIA Bei-cheng， GUO Luo
作者单位： 中山大学环境科学与工程学院,广州,510275
刊名： 生态科学
英文刊名： ECOLOGIC SCIENCE
年，卷(期)： 2006,25(2)
被引用次数： 8次

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