全 文 ：马 艳，陈 尚，郝 燕，黄 容，孙桂平，杨育强，徐晓亮. 环胶州湾湿地规划对局地气象环境影响的个例分析[J]. 生态科学,
2011. 30(1)：70-77.
MA Yan, CHEN Shang, HAO Yan, HUANG Rong, SUN Gui-ping, YANG Yu-qiang, XU Xiao-liang. Analyses of the influence of
wetland on local meteorological environment around Jiaozhou Bay of Qingdao [J]. Ecological Science, 2011. 30(1)：70-77.
环胶州湾湿地规划对局地气象环境影响的个例分析
马 艳 1，陈 尚 2，郝 燕 1，黄 容 1，孙桂平 3，杨育强 1，徐晓亮 1
1 青岛市气象局，青岛，266003
2 国家海洋局第一海洋研究所，青岛，266061
3 北京航天航空大学，北京，100191
【摘要】基于青岛市 2008 年发布的城市总体规划（2006～2020），利用城市尺度边界层大气数值模式模拟不同湿地类型和不同
湿地面积建设方案下，青岛环胶州湾地区大气温度、风速的变化特征，并对环胶州湾湿地变化潜在的风险进行了分析。数值分
析表明，城市水体湿地的设置有利于城市气温的减小，缓解城市热岛效应和提高地面风速；湿地面积减小，会造成局部地区气
温升高，风速下降。影响气温、风速变化的区域主要集中在湿地面积增加和减少区域附近。与水体湿地比较，沼泽湿地对城市
气象环境的调节作用较弱。这些认识对环胶州湾地区城市规划应重点考虑的因素给予了技术支撑。
关键词：胶州湾；湿地；城市规划；气象环境；数值模拟
doi:10.3969/j.issn. 1008-8873.2011.01.013 中图分类号：Q178.532 文献标识码：A 文章编号：1008-8873(2011)01-070-08
Analyses of the influence of wetland on local meteorological environment around
Jiaozhou Bay of Qingdao
MA Yan1, CHEN Shang2, HAO Yan 1, HUANG Rong1, SUN Gui-ping2, YANG Yu-qiang1, XU Xiao-liang1
1 Qingdao Meteorological Bureau, Qingdao，266003,China
2 First Institute of Oceanography, SOA, Qingdao, 266061, China
3 Beijing University of Aeronautics & Astronautics, Beijing，100191, China
Abstract: Based on the concept planning of the city (2006 ~ 2020) issued by Qingdao Urban Planning Bureau in 2008, the variations of
urban atmospheric temperature, wind speed around the Jiaozhou Bay are simulated under the different conditions of ecological wetland
area and wetland types by using a urban atmospheric boundary layer model. The numerical analysis shows that the setting of urban
water wetland is helpful to reduce the temperature and then mitigate the strength of urban heat island; the increasing wind speed is
contributed to improve the capacity of regional atmospheric diffusion and the concentration of pollutants shows a reducing tendency. On
the other hand, the decreasing of the ecological wetland will result in increasing temperature, decreasing wind speed around the local
area. The effected region on the temperature and wind speed is concentrated around the area where the wetland is being changed.
Comparing with the function of water wetland, the influence of swamp on urban climate and environment is weaker. The study provided
considered aspects for future development of Jiaozhou Bay area.
Key words: Jiaozhou Bay; wetland; city plan; meteorological environment; numerical simulation


收稿日期：2010-06-13 收稿，2011-01-20 接受
基金项目：青岛市“环湾保护、拥湾发展”战略研究 1392 项目、科技部 863 2008AA09A404 项目联合资助
作者简介：马艳（1970—）， 女， 博士， 研究员， 从事城市气象学研究。
通讯作者： 马艳， email:qdyanma@163.com.
第 30 卷 第 1 期 生 态 科 学 30(1): 70-77
2011 年 2 月 Ecological Science Feb. 2011

万方数据
1 引言 (Introduction)
城市下垫面是最具变化的下垫面，建筑物、树林、
草地、水体、沥青马路等各种类型下垫面的空间形态
构成了具有强烈非均匀性的城市特有的格局。由于各
种不同下垫面的热容量、含水率、反射率、粗糙度等
物理特性不同，对能量平衡，水分交换和局地环流等
大气过程影响也不尽相同，从而形成了特殊的城市大
气环境[1,2]。研究分析表明，在自然植被改变为城市
地表的区域，湿地覆盖面积减小引起地表湿度减小[3]；
建筑物的增加导致地表粗糙度增大，反照率加大[4]。
上述这些变化都直接影响地表能量平衡，造成感热通
量加热大气的比例增加，近地面气温升高，城市热岛
效应加强[5]。与此同时，气流的拖曳能力被加强，从
而导致城区内风速的减小并影响地表的湍流动能，最
终改变大气污染的输送扩散条件[6]。但是，如果在城
市区域增加水体、绿地等自然地表覆盖面积，则有利
于城市的增湿减温[7],促使局地流场发生变化，从而改
善局地微气象条件和大气物理环境[8]。
青岛是山东省最大的工业城市，也是我国北方
沿海最具吸引力的旅游城市。通过分析 2006 年的
Landsat－TM 卫星遥感资料，发现青岛城区面积扩张
显著，城镇周围的大部分裸地甚至部分绿地都被开发
成城镇居民建筑用地，城市的地表特征和城市的微气
象环境也相应的发生了变化。值得一提的是，胶州湾
海域面积从 1928 年的 560km2 下降到 2003 年的 362
km
2，面积缩小了 35％，其纳潮量也相应减弱，胶州
湾对气候的调节能力逐步降低。就胶州湾湿地来看，
1988 年胶州湾湿地的面积约为 508.51km2, 2008 年减
少至 348.25 km2。湿地面积的减少导致湿地生态系统
遭受破坏，生物多样性消失。2008 年 9 月青岛市启动
了新一轮（2006～2020）城市总体规划，也第一次从
气象的角度出发，考虑了此城市总体规划的可行性。
本研究就在此新一轮城市总体规划的基础上，利用城
市尺度边界层大气数值模式（RBLM）模拟分析在不
同湿地条件下，青岛环胶州湾地区大气温度和风速的
变化特征，为青岛城市规划提供一定的技术支撑。
2 资料和方法 (Data and Method)
2.1 城市尺度边界层大气数值模式介绍
城市尺度边界层大气数值模式（RBLM）是由
北京市气候中心和南京大学联合开发的一个三维非
静力区域数值和大气扩散预报模式，模式采用 1.5
阶闭合的湍流参数化方案，云物理过程采用 Kessler
暖云雨参数化方案，地表通量根据 Businger（1971）
和 Byun（1990）的方案作为湍流动量扩散项、热量
扩散项和水汽扩散项的下边界条件进入大气模式。
城市下垫面的作用则考虑了建筑物拖曳参数化和人
为热源参数化方案，能较好地反映城市建筑物拖曳
作用以及人为热排放的作用。模式采用地形跟随坐
标系，时间差分采用蛙跳格式以及前项差分格式。
该模式较细致地考虑了城市复杂下垫面特征对边界
层大气结构的影响，适用于对城市区域、山区和海
陆等复杂下垫面条件下对边界层气象要素场和空气
污染物的预报[9,10,11,12]。
2.2 试验方案
在青岛 2006～2020 年的总体规划中，胶州湾湿
地公园湿地总保护面积约 30000 km2，保护湿地类型
包括：浅海水域湿地、潮间滩涂湿地、盐田池塘湿地、
河口海湾湿地、河流沼泽湿地、水库湖泊湿地等 6
种生态类型（图 1）。包含了一定范围水体是不同类
型湿地的共同特征，湿地对气象环境的调节作用一定
程度反映了水体的调节功能。在本文中为了定量研究
环湾地区湿地设置对气象环境的影响，首先考虑了现
有概念规划中湿地的区划范围示意图，设置了胶州湾
北部环湾地区有占总模拟区域面积（5600 km2）的
4%(约 230km2)的湿地（图 2a），考察这些水体湿地的
气象环境效应，这个模拟方案称为“湿地模拟”。第二，
考察湿地设置面积缩小 20%(湿地面积约 190km2)后
对环湾地区气象环境的影响，称为“湿地模拟 1”(图
2b)。其余模拟条件与“湿地模拟”一致。另外为考察
不同湿地下垫面对气象环境的影响，设计了湿地模拟
方案 2（湿地模拟 2），将胶州湾北部水体湿地总面积
的 40%(94km2)改为沼泽湿地。各试验方案如表 1 所
示。其中本研究模拟区域的水平范围为 80 km×70 km，
中心经纬度分别为 36.123°N，120.352°E，水平分辨
率为 1 km×1 km。模拟的初始气象条件分别考虑了
2009 年 1 月代表冬季， 2008 年 8 月代表青岛环胶州
湾夏季，02：00、08：00、14：00 和 20：00 点 4 个
时次各气象要素（风、温，湿）的平均情况。具体数
据如表 2 所示。在数值模式的运行过程中，SST 分别
采用的是 1月和 8月份的气候值，并在积分过程中保
持不变，模式积分 12 小时，分析近地面风速和气温
的变化特征。
1 期 马 艳，等. 环胶州湾湿地规划对局地气象环境影响的个例分析 71

万方数据
图 1 青岛市湿地类型区划范围示意图（青岛市林业局提供）
Fig.1 Sketch map of wetland type provided by Qingdao
Forestry Burea
3 数值模拟结果分析( Numerical analyses)
3.1 有无湿地情形对局地气象环境的调节效应分析
理论分析和实际观测均表明，城市水体具有降温、
增湿、缓解城市热岛效应的功能，并能使其周边地区
的气温和地表温度降低[7]。本研究在没有考虑湿地的
“现状模拟”的基础上（图略），通过设置 230 km2 水
体湿地后（图 2a）， 数值分析有无水体湿地情形对
环胶州湾地区近地面气温、风速分布的影响情况。图
3 为环湾地区夏季和冬季近地面气温的变化情况，图
中数据为增加湿地以后的“湿地模拟”得到的地面气
温结果减去“现状模拟”得到的地面气温结果，对近地
面风速也是采取同样的处理方法。

表 1 试验方案
Table 1 Test cases
模拟方案
Cases
水体湿地面积
(km2)
Water body area
沼泽湿地面积
(km2)
Swamp area
现状模拟
Present simulation
0 0
湿地模拟
Wetland simulation
230 0
湿地模拟 1
Wetland simulation1
190 0
湿地模拟 2
Wetland simulation2
136 94
数值分析表明，增加水体湿地对无论是夏季还是
冬季夜晚近地面气温的影响很小（图略），对白天气
温的影响比较显著（图3）。增加占整个模拟区域4%，
约 230 km2的湿地之后，环湾地区白天的气温显著减
小，气温减小的区域与湿地的设置区域位置相对应。
冬季白天降温面积约 550 km2，最大降温幅度达到了



图 2“湿地模拟”（a）（红色区域）、“湿地模拟 1”（b）和“湿
地模拟 2”(c)范围示意图（红色区域：水体；绿色区域：沼泽）
Fig.2 Sketch map of “ wetland simulation”(a),"wetland
simulation1"(b)and “wetland simulation2” (c) (red:water;
green: swamp)
c
a
b
b
72 生 态 科 学 Ecological Science 30 卷

万方数据
“4”『_]天■——『_表 2 初始气象计算条件 Table 1 Initial meteorological conditions 季节
Season
时次
Time
风向（°）
Wind direction
风速（m/s）
Wind speed
气温（℃）
Temperature
相对湿度（%）
Relative humidity
冬季
Winter
02 345 4.7 -2.3 75
08 286 3.8 -3.0 77
14 285 5.1 0.8 63
20 287 5.1 -1.0 38
夏季
Summer
02 170 2.6 24 96
08 80 3.4 24.9 94
14 153 3.9 27 89
20 151 2.8 24.9 95



图 3 “湿地模拟”与“现状模拟”的白天地面气温差值（单位：℃，
上：夏季，下：冬季）
Fig. 3 Surface temperature difference during the day between
cases of “wetland simulation” and “present simulation”
(unit: ℃, up: summer, down: winter)

2.0 ℃。夏季白天降温面积 520 km2，最大降温幅度
1.8 ℃。增加水体湿地造成降温的原因主要是由于湿
地的比热容大，在白天能吸收更多热量。湿地吸收太
阳能后获得热量，再通过水面蒸发、水面有效辐射和


图 4“湿地模拟”与“现状模拟”的冬季地面风速差值（单位：
m/s，上：白天，下：夜间）
Fig. 4 Surface wind speed difference in winter between cases
of “wetland simulation ” and “present simulation” (unit: m / s,
up: during the day, down: night)

水面与大气的对流热交换等失去热量而致。而增加湿
地下垫面，对冬天下垫面类型相对简单，湿地或植被
面积相对较少的情形下，其对局地气候的调节作用更
为显著， 这也是设置 4%湿地引起冬季白天降温区域
1 期 马 艳，等. 环胶州湾湿地规划对局地气象环境影响的个例分析 73

万方数据
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图 5 “湿地模拟”与“现状模拟”的夏季地面风速差值（单位：
m/s，上：白天，下：夜间）
Fig. 5 Surface wind speed difference in summer between
cases of “wetland simulation” and “present simulation” (unit:
m / s, up: during the day, down: night)

达 10%，最大降温幅度很大的原因之一。另外，这也
不排除 RBLM 对青岛胶州湾区域所考虑个例模拟的
特殊性。对于所考虑的冬季个例，在弱的西北风，平
均气温-1.4℃， 相对湿度达到了 63%的背景条件下，
230 km
2的湿地的设置使得冬季地表湿度显著增大，
大气通过垂直湍流交换过程把湿地的温、湿度特征传
给大气， 造成了一定范围的强降温区。
对于地面风速而言，湿地的设置则可以提高冬季
和夏季代表月份期间研究个例湿地附近的地面风速
值（图 4-5）。由于风速大小的改变主要是受水陆粗糙
度差异的动力作用和水陆热力差异的热力作用的影
响。分析表明，在增设水体湿地后，使得下垫面粗糙
度减小，气流的拖曳能力被减弱，从而导致研究区域
内风速的增加，其中风速增大的范围冬季大于夏季。冬
季白天与夜间风速增大的范围与幅度相近，平均增速
约 0.75 m•s-1，风速增大的影响范围约 420 km2。夏季
白天风速增加的平均幅度较大，约 0.9 m•s-1,但风速

图 6 “湿地模拟 1”与“湿地模拟”的夏季地面气温差值（单
位：℃，上：白天，下：夜间）
Fig. 6 Surface temperature difference in summer between
cases “ wetland simulation1 “and “wetland simulation”
(unit: ℃, up: during the day, down: night)

增大的区域范围小于冬季的情况，约 250 km2。夏季
夜晚风速增大的幅度和范围最小，只有 60 km2的范
围风速增大 0.25 m•s-1。总的来说，在有无湿地情形
对局地气象环境的调节效应分析中，可以看到城市水
体具有降温、增湿、缓解城市热岛效应的功能，并能
使其周边地区的气温和地表温度降低；水体湿地的设
置，造成下垫面粗糙度减小，风速增加。

3.2 湿地面积减少 20%的局地气象环境效应分析
湿地面积减小 20%之后，引起模拟范围局部区域
气温的略有升高。由于湿地的设置对夜间气温的基本无
影响，因此湿地面积减小之后也只对白天气温影响较大。
影响的区域主要集中在去掉湿地的局部地区，气温最大
增幅达到 2.0o C，影响范围约 80 km2（图 6）。而对于近
地面风速的变化情况，减小湿地的覆盖面积之后风速略
有减小，风速减小范围和幅度都是白天比夜晚显著。冬
季风速减小的范围很小约 60 km2，夏季白天风速减小
74 生 态 科 学 Ecological Science 30 卷

万方数据

图 7 “湿地模拟 1”与“湿地模拟”的白天地面风速差值（单
位：m/s，上：夏季，下：冬季）
Fig.7 Surface wind speed difference during the day between
cases of “ wetland simulation1” and “wetland
simulation”(unit: m / s, up: summer, down: winter)

最显著，风速平均减小 0.8 m•s-1，影响区域集中
在湿地减小的范围附近，面积约 75 km2（图 7）。这些
数据说明，城市规划中城市水体面积的减小将导致周边
气温较明显的升高，较小面积的城市水体的设置不能抵
消由于城市化进程导致的城市增温效应。
另一方面，保留或设立一定面积的城市水体区
域对提高近地面风速，进而对加强大气扩散能力，改
善大气环境质量有重要作用。
3.3 40%的水体湿地变为沼泽湿地后的气象环境效应
分析
调查分析表明，青岛胶州湾湿地类型包括了浅海水
域湿地、潮间滩涂湿地、盐田池塘湿地、河口海湾湿地、
河流沼泽湿地、水库湖泊湿地等 6 种生态类型。本文只

图 8“湿地模拟 2”与“湿地模拟”的白天地面气温差值（单位：℃，
上：夏季，下：冬季）
Fig. 8 Surface temperature difference during the day between
casesof “wetland simulation2” and “wetland simulation”
(unit: ℃, up: summer, down: winter)

讨论在湿地模拟基础上将水体湿地面积的 40%改为沼
泽湿地以后，沼泽湿地的气象环境效应。其中沼泽湿
地相对于单纯的水体湿地而言，由于其长期积水，生
长了茂密的植物，对湿润气候和净化环境有着非常重
要的作用。沼泽湿地是生态系统的重要组成部分。230
km
2的水体湿地面积的 40%改为沼泽湿地之后，对气
温的主要影响的区域同样分布在湿地改为沼泽的局
部地区，夏季白天在胶州大沽河地区和城阳流亭等处
有 180 km2的区域升温 1.8oC，冬季白天有 170 km2
的区域增温达到 2.0 oC（图 8）；但是湿地类型的改变
对夜间的气温基本没有影响。将水体湿地变为为沼泽
湿地以后，局部区域风速略有减小；冬季风速减小的
范围与幅度白天与夜晚相差不大，减小面积约为 260
km
2
,其中冬季夜间平均降幅 1.0 m•s-1，白天平均降幅
1 期 马 艳，等. 环胶州湾湿地规划对局地气象环境影响的个例分析 75

万方数据
NN
N
N
N
N
6
6
6
6
3
5

图 9“湿地模拟 2”与“湿地模拟”的冬季地面风速差值（单位：
m/s，上：白天，下：夜间）
Fig. 9 Surface wind speed difference in winter between cases
of “wetland simulation2 ”and “wetland simulation” (unit: m /
s, up: during the day, down: night)

0.7 5 m•s-1；夏季白天平均降幅为 0.75 m•s-1，而夏季
夜间风速减小的范围和幅度均不明显（图 9-10）。因
此， 相对于单纯水体湿地来说， 沼泽湿地对气温和
近地面风速的调节作用要弱。

4 结论和讨论 (Conclusion and Discussion)

本文运用城市尺度边界层大气数值模式，基于对
青岛环胶州湾土地利用现状情况和青岛市规划局
2008 年发布的城市总体规划（2006～2020）中的城
市生态湿地设置， 分别开展了有无城市水体湿地，
将湿地设置面积减小 20%以及将 40%的水体湿地变
为沼泽湿地后的情况进行了模拟，通过对比分析模拟
的近地面气温和风速来研究环胶州湾湿地对城市气
象环境的影响。

图 10 “湿地模拟 2”与“湿地模拟”的夏季地面风速差值（单
位：m/s，上：白天，下：夜间）
Fig. 10 Surface wind speed difference in summer between
cases of “ wetland simulation2” and “wetland simulation”
(unit: m / s, up: during the day, down: night)

数值试验对比分析表明，增加水体湿地对无论
是夏季还是冬季白天气温的影响比较显著。气温减小
的区域与湿地的设置区域位置相对应，最大降温幅度
达到了 2.0 ℃。湿地的设置使设置区域附近的地面风
速增大，平均风速增加幅度在 0.2～0.9 m•s-1。城市
湿地的设置将起到有效改善城市气候、减弱城市热岛
效应和保护大气环境的作用。
数值试验对比分析表明，生态湿地面积的显著减
小将导致环胶州湾地区的气温升高和风速减小，明显
增温区集中在湿地面积减小或者消失的周边地区。这
同样发生在将 40%的水体湿地改为沼泽湿地之后近
地面气象要素变化的情况。
分析表明，湿地面积和结构的变化对局地环境中
的温度和风速的影响同等重要。环湾地区湿地的设置
76 生 态 科 学 Ecological Science 30 卷

万方数据
以及现有湿地范围的保持将起到有效改善城市气候、
保护大气环境的作用； 反之，湿地面积的锐减会对
胶州湾地区的气候适宜性产生重大影响。因此，在今
后城市规划和建设过程中划定湿地保护绿线，维护湿
地功能，保护填海控制线，严禁任何新的填海活动将
是维持气候适宜性的有效办法。由于本研究主要基于
气候平均情况开展的，而对极端天气事件（如高温、
寒潮等）以及不同天气条件下湿地对局地气象的调节
作用将有待于进一步研究。

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1 期 马 艳，等. 环胶州湾湿地规划对局地气象环境影响的个例分析 77

万方数据
环胶州湾湿地规划对局地气象环境影响的个例分析
作者： 马艳， 陈尚， 郝燕， 黄容， 孙桂平， 杨育强， 徐晓亮， MA Yan， CHEN Shang， HAO Yan， HUANG
Rong， SUN Gui-ping， YANG Yu-qiang， XU Xiao-liang
作者单位： 马艳,郝燕,黄容,杨育强,徐晓亮,MA Yan,HAO Yan,HUANG Rong,YANG Yu-qiang,XU Xiao-liang(青岛市气象局
,青岛,266003)， 陈尚,CHEN Shang(国家海洋局第一海洋研究所,青岛,266061)， 孙桂平,SUN Gui-ping(北
京航天航空大学,北京,100191)
刊名： 生态科学
英文刊名： ECOLOGICAL SCIENCE
年，卷(期)： 2011,30(1)

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