珠三角城市群热岛效应时空分布特征

http: //hjkxdk. yies.org. cn 2018，37 (3)CN53 -1205/X ISSN1673 -9655

珠三角城市群热岛效应时空分布特征

朱娟，李锟，谢丹妮，班远冲，韩振超，欧阳旸

(深圳市深港产学研环保工程技术股份有限公司，广东深圳518000)

摘要：利用珠江三角洲地区城市群24个气象站近30年气温资料和NCEP格点气温资料，分析珠江 三角洲的温度变化趋势及城镇化发展对温度场的影响程度。结果表明，珠三角地区温度上升趋势明显，20 世纪90年代后期珠三角城市群热岛效应全面形成。珠三角都市群热岛强度呈明显的季节变化，冬季热岛 强度最强，夏季最弱；空间上，珠三角热岛效应贡献主要来自中部城市群与沿海城市群，与近年来城市快 速城镇化发展紧密相关。

关键词：热岛效应；时空分布；特征；珠三角；城镇化；OMR

中图分类号：X16

0

文献标志码：A 文章编号：1673 -9655 (2218) 03 -0011 -06

趋势为0.29 °C/ (10a)，且呈纬向三极子分布，表 现出秋强春弱趋势。

珠三角经济活跃，是我国城镇化先发地区，其 城市热岛效应的强度及时空分布特征得到广泛关 注。许多研究大多依靠传统的城郊对比法，且以单 个城市气候要素空间分布特征为主，缺乏开展大区 域的协作研究。本研究将以珠三角城市群为对象，

利用 24 个气象站历史资料及 NCEP 再分析资料， 综合采用城郊对比法及OMR值方法，研究该地区 城市群热岛效应的基本特征及时空分布，旨在探索 城镇化对气温变化的影响机制，为珠三角城市群规 划和未来气候变化预测提供参考依据。

11.1

引言

经过不同时空尺度的分析和研究，全球气候变

暖已然成为公认事实。影响气候气温要素变化的因 素中，人类活动占据相当重要一部分，主要包括人 为热源排放、人为改变热排放比例及人为改造下垫 面性质等，而经济活跃发展区的城镇化影响是近年 来气候问题研究的重点。

从20世纪80年代开始，国内外学者通过研究 城镇化对气候的影响，得出城镇化会造成城市 “热岛效应”并对降水产生影响的结论。韩国的一 项研究[1]发现城镇化及工业发展是地区气候变暖 的主要贡献因素之一。对北京和武汉两个案例城市 的研究表明，65%~ 80%的年均地面气温变化可由 城市热岛效应解释[2]。目前，城镇化对气候影响 的研究主要有 OMR ( Observation minus Reanalysis ) 值法及城郊对比法：城郊对比法运用气象站历史数 据描述城市热岛的历史演变过程[3]; 〇mr[4]通过 分析地面观测数据与NCEP/NCAR再分析资料的差 值，评估城镇化发展及土地利用类型变化对气候的 影响并得到广泛应用。我国城镇化对区域平均气温 序列的影响研究大多集中在长三角及珠三角等经济 活跃地区[5]。马新野[6]通过研究京津翼、长三角 和珠三角地区城市化效应发现珠三角城市化对地表 增暖的贡献最大，热岛效应最强。丁硕毅[]等研 究得出珠三角平均热岛强度为0.1 °C，线性增加

资料和方法

数据来源

本文所用地面气温观测资料来源于珠三角24

个气象站点（图1)，地理范围112. 3°E~ 114. 74。

E，21.73°N ~23. 57°N，选取 1985 年 1 月一2012

年12月共28年离地面2m高度处的观测数据一逐 日平均气温进行分析。

运用双线性插值法[8]将R1再分析资料插值到 20个气象站点，构建各站点R1再分析资料时间序 列。选取2 * 2共4个格点：点1 (112.5°E， 23. 8092°N)，点 2 (112.5°E，21.9044°N)，点 3 (114.375°E，23.8092°N)，点 4 ( 114.375°E， 21.9044°N)。

1.2

数据处理

气象季节划分方法[910]

收稿日期：2017-10-23

作者简介：朱娟（1990 -

1.2.1

)

女，湖南衡阳人，中山大学毕

业，理学硕士，工程师，主要从事生态与全球气候变化相关研究 工作。

3 —5月为春季，6 —8月为夏季，9一1月为 秋季，12月一第二年2月为冬季。

一

11 一

环境科学导刊

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第

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图1珠三角区域范围内24个气象站点位置分布

1.2.2热带效应评估因子

研究取各气象站点的气温均值作为气候均值， 选四会、高要、从化、台山、惠东站作为对照站， 将其他各站气温距平与对照站气温距平的差值作为 各站点的热岛效应评估因子值。1.2.3线性倾向估计及检验

(1) 线性倾向估计[11]

= a + Z = 1，2，3 …ra)

( 1 )

城镇化及土地利用类型改变对气温趋势变化为负 贡献。

2珠三角城市群热岛效应时空分布特征2.1珠三角区域温度变化特征

利用各站点每日平均温度资料计算年平均值进 行差值得到珠三角区域范围平均气温空间分布图和 温度距平值分布，两图分布特征基本一致。温度高 值中心位于深圳站，平均气温最高值达到 23. 1453°C；温度低值主要出现在珠北地区，平均 气温最低值达到21.6484°C。上川岛在海上，相对 其他站点较独立，温度变化较平稳，产生热岛效应 影响相对其他站点较小。通过分析各站年平均温度 变化趋势（°C/10a)可发现，除了惠东站，各站 点平均温度增长趋势在0. 13 ~0.62°C/10a波动 (显著性检验水平80%以上），证实了珠三角热岛

(2)

效应已全面形成。

2.2热岛效应评估因子变化分析 2.2. 1

热岛效应空间分布特征

从珠三角各站点热岛效应评价因子均值分布图 可发现，其变化趋势与温度变化趋势基本一致，高 值中心出现在深圳，南部沿海城市群的热带效应强 度整体大于北部城市群，其中西南部在恩平-开平 城市群出现了一个热岛强度副中心，研究推测可能 是受当地大型水泥厂运行影响[11]。热岛强度的空

式中：^:气候变量，即年均气温；I *i所对应 的时间序列；6:回归系数，即气候变量ii趋势 倾向。

(2) 显著性检验

通过对相关系数K进行显著性检验判断气候 变化趋势是否显著，结果是否可靠。1.2.4 OMR 法

(1) OMR值（即Ar0R)[8]

AT〇r=T〇-Tr

式中：OMR值（AT〇r):地面观测数据与再分 析资料沿的气温距平之差；T〇:地面观测数据 的气温距平值；Tr: R1再分析资料的气温距 平值。

(2) OMR 贡献率（£〇)

OMR贡献率表示为OMR变化趋势与地面观测 间分布与整个珠三角的经济发展格局紧密相关。中 部及南部城市群经济繁荣，城镇化进程不断加快， 对环境与气候变化也造成了巨大的影响，热岛强度 效应明显。

数据气温变化趋势的比值。

当£。>0时，表示城镇化及土地利用类型改 变对气温趋势变化为正贡献；当

<0时，表示

12

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珠三角城市群热岛效应时空分布特征朱娟

(1)平均气温空间分布图

图2 1985—2012年珠三角区域范围

（2)温度距平均值空间分布图

2. 2. 2热岛效应时间分布特征三角南部地区，以中山、深圳为高值中心；2005—

2012年高值中心逐渐移动至珠三角中部地区，以

通过分析热岛效应因子年均值序列可看出在

1997年左右珠三角城市群的热岛效应全面形成， 这与广东经济发展的形势比较吻合。1997年后珠 三角热岛效应的空间趋势变化基本可分为两个阶 段：1995—2004年10年间热岛效应主要发生在珠

佛山为高值中心向四周递减。这是因为研究期后几 年，广佛地区经济发展势头愈加迅猛，城镇化影响 愈加强烈，热岛效应评估因子高值中心从深圳转移 至珠三角中部地区。

图3 1985—2012年珠三角24个站点热岛

效应评价因子均值分布

图4 1985—2012年热岛效应因子年均值序列图

图5年代热岛效应评估因子分布图

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1985—2012年春季热岛效应评估因子分布图 1985—2012年夏季热岛效应评估因子分布图

1985—2012年秋季热岛效应评估因子分布图 1985—2012年冬季热岛效应评估因子分布图

图6 1985—2012年四季热岛效应评估因子分布图

分析热岛效应因子一年四季在珠三角地区的分 布图可见珠三角城市群热岛强度具有明显的季节变 异：夏季热岛强度最弱，而冬季热岛强度最强。具 体分析每月数据可知4一7月整体热岛强度较弱， 从9月份开始，热岛强度持续偏强。这是因为热岛 强度与城市周围大气环流状况和区域气候密切相 关[30]。秋冬之际，珠三角地区一般受副高压控制， 天气晴朗稳定，云量较少，日辐射达到全年最大， 加剧了城市热岛效应；而到了冬春季交替时，受冷 空气影响，云量增多，风速加大，在一定程度上能 够缓解热岛效应。且从4月份开始，珠三角进人汛 期阶段，加上台风影响，降雨量明显增加，云量也 开始持续增多，大气状况越不稳定，空气污染物和 热量越易得到有效扩散，有效缓解热岛效应，热岛 强度显著减弱。

值得关注的是，珠三角地区温度变化与热岛效 应评估因子分析中均发现，与春、秋、冬三季不 同，夏季温度高值中心移至佛山，分析可能与夏季 —14 —

降水增多有关。广东汛期集中在4一9月，降水量 从省内沿海地区到内陆逐渐递减，这可能导致珠三 角沿海地区气温增长相较珠三角中部地区要慢一'些。

2. 3 0MR值变化分析

由每个站点的日均0MR值得到珠三角年均

0MR值空间分布图，由图可以看出高值中心出现

在广佛地区。数据显示，沿海地区由于城市发展较 早，近30年内城镇化发展影响较小，对热岛效应 贡献并没有中部城市群大。

1997年后0MR均值增长趋势愈趋明显，这与 热岛效应全面形成时间相近，表明在热岛效应全面 形成时间段内，城镇化影响起较大作用。

四季0MR值空间分布与全年空间分布特征基 本一致。高值区集中在广佛地区。从数据来看，夏 季0MR值较高，冬季的0MR值较低。表明城镇 化及土地利用类型改变在夏季和秋季对平均气温影 响较明显。

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珠三角城市群热岛效应时空分布特征朱娟

图7 1985—2012年年平均OMR值分布

0.8

0.3

-

0.2

-0.7

^\"

OMR值

年均温度值

图8

对应于1985—2012年逐年年平均温度及OMR值分布

1985—2012年春季平均

OMR值分布图

1985—2012年夏季平均

OMR值分布图

1985—2012年秋季平均

OMR值分布图

1985—2012年冬季平均

OMR值分布图

图9 1985—2012年平均OMR值分布图

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stations [ J]. Geophysical Research Letters, 2007 , 34 (5).

[]林悦瑜.基于遥感技术的城市热岛效应研究综述[J].海峡科

本研究通过热岛效应评估因子和OMR值两种

学，2011 (9) : 3 -4.

方法分析珠三角城市群热岛效应，得出一致结论：[4 ] Kalnay E， Cai Ming. Impact of urbanization and land - use change

(1)珠三角区域温度上升趋势明显，2世纪 on climate [J]. Nature, 2003 (423) ： 528 -531.90年代后期热岛效应全面形成。广佛地区经济发 []任玉玉，任国玉，张爰英.城市化对地面气温变化趋势影响研

究综述[J] •地理科学进展，210, 2 (1) 101-1310.展势头愈加迅猛，城镇化影响愈加强烈，热岛效应

[]马新野.不同气候带城市化效应的差异和城市扩展对区域气候

评估因子高值中心从深圳转移至珠三角中部地区。

的影响[D]•南京：南京大学，214.

()珠三角热岛效应呈中间强周围弱的分布

[]丁硕毅，乔冠瑾，郭媛媛，等.珠三角城市群热岛及其气象影

特征，这与各地的经济活动及城镇化发展密切 响因子研究[J].热带气象学报，2015, 31 (5): 681 -690.相关。[]利赛明，陈静林.近49年珠海气温变化及城市化影响初探

[]•气象研究与应用，2014, 35 (2) 40 -45.(3)珠三角热岛效应表现出明显的季节变异

[]温丽华，赖凤珍.新丰县近47年气候变化特征[].广东气

性，冬季热岛强度最强，夏季最弱，说明热岛效应

象，2009, 30 (6) : 28 -30.

强度受大气条件的影响。

[0] 许文龙，黄春华，郭庆元，等.广西防城港市近55年温度变

参考文献：

化特征及突变分析[].安黴农业科学，2012, 40 (30):

[1] Chung U， Choi J， Yun J I. Urbanization effect on the observed

10-20.

change in mean monthly temperatures between 1951 - 1980 and

[1] 魏凤英.现代气候统计诊断与预测技术（第2版）[M].北

1971—2000 in Korea [J]. Climatic Change, 2004, 66 (1 - 2)：

京：气象出版社，2007: 37 -39.

127 -136.

[11]曾侠，钱光明，潘蔚娟.珠江三角洲都市群城市热岛效应初步

[2] Ren G Y， Chu ZY，Chen ZH， et al. Implications of temporal

研究[J].气象，2005, 30 (10): 12-16.

change in urban heat island intensity observed at Beijing and Wuhan

3

结论

The Temporal and Spatial Distrilbution of Heat Island Effect in the Pearl River Delta Urban Group

ZHU Juan，LI Kun，XIEDan -ni，BAN Yuan - chong，HAN Zhen - chao，Ouyang Yang

(IE1R Environmental Protection Engineering Technique CO. ， Ltd，Shenzhen Guangdong 518000 ， China)

Abstrat：Based on the observational daily surface air temperature in the Pearl River Delta town and the NCEP/ NCAR reanalysis ( R1) data during 1985 to 2012, the characteristics of the annual and seasonal trend of tempera- tums and the variation of the annual mean

temperature

wem

analyzed. The results

showed that during

years，temperature rose significantly and obvious urban heat island effect has been developed at the Pearl RiverDelta urban group since 1990 s. The urban heat island intensity of the Pearl River Delta urban group has obviousseasonal variability that the strongest occurred in winter， but the weakest in summer. Spatially， the heat islandeffect was mostly rapid urbanization.

Key words: heat island effect; temporal and spatial distribution; characteristics; urbanization ； the Pearl RiverDelta ； OMR

contributed from the

center of city groups and

coastal city

groups，which closely

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