利用吐鲁番市城区站(51573站)和郊区站(51572站)的1974~2013年气温资料,使用线性趋势分析、累积距平等方法对近40 a吐鲁番市城郊年平均气温、年平均最高气温和年平均最低气温进行分析,从而了解吐鲁番市热岛效应的变化情况。结果表明:近40 a吐鲁番市热岛强度有逐渐增强的趋势,热岛效应对年平均最低气温的影响最大,年平均气温次之,年平均最高气温最小。城区年平均最低气温、年平均气温、年平均最高气温分别较郊区增多1.7℃、1.074℃、0.18℃,并分别于1998年、2000年、2006年发生了由冷岛效应向热岛效应的突变。 Based on temperature data from Urban (51573 station) and suburban areas (51572 station) in Turpan City from 1974 to 2013, the change characteristics of annual mean temperature, annual mean maximum temperature and annual mean minimum temperature were analyzed by using the methods of linear regression and accumulative anomaly on heat-island effect the suburb in Turpan city nearly 40 a. The main results showed: The intensity of heat-island has had gradually increasing in Turpan nearly 40 a, the impact of the heat-island effect on the average minimum temperature is fastest. The annual average temperature is in second place, and average maximum temperature is the slowest. These three key factors of the city compared with the suburbs increased respectively in 1.7˚C, 1.074˚C and 0.18˚C, and they had mutation in1998, 2000 and 2006 respectively from cold island-effect to heat-island effect.
宋良娈1,苗运玲2,宋水华1,赵志刚3,周鸿奎3,范泽3
1鄯善县气象局,新疆 鄯善
2哈密地区气象局,新疆 哈密
3吐鲁番地区气象局,新疆 吐鲁番
收稿日期:2016年3月28日;录用日期:2016年4月11日;发布日期:2016年4月14日
利用吐鲁番市城区站(51573站)和郊区站(51572站)的1974~2013年气温资料,使用线性趋势分析、累积距平等方法对近40 a吐鲁番市城郊年平均气温、年平均最高气温和年平均最低气温进行分析,从而了解吐鲁番市热岛效应的变化情况。结果表明:近40 a吐鲁番市热岛强度有逐渐增强的趋势,热岛效应对年平均最低气温的影响最大,年平均气温次之,年平均最高气温最小。城区年平均最低气温、年平均气温、年平均最高气温分别较郊区增多1.7℃、1.074℃、0.18℃,并分别于1998年、2000年、2006年发生了由冷岛效应向热岛效应的突变。
关键词 :吐鲁番市,城市化,热岛效应,变化特征,突变
城市热岛效应是城市气候最显著的特征之一 [
以地处吐鲁番市中心区的吐鲁番市观测站(51,573站)代表城市,地处吐鲁番市区东南约 12 公里 的原种场(农区)的吐鲁番农业气象试验站(51,572站)代表郊区。自1974年以来两站均未曾搬迁过(站点地理坐标见表1),资料连续性较好。为了确保温度资料的可比性,对城郊年平均温度、年平均最高温度、年平均最低温度的相关系数进行了计算,相关系数均在0.82~0.99之间,并通过了t = 0.01的显著性水平检验,说明两站温度资料可直接进行对比。
一般将城市与郊区的气温差ΔT = T城市 − T郊区定义为热岛强度,ΔT < 0时为冷岛效应,ΔT > 0为热岛效应。将以年平均气温、年平均最高气温、年平均最低气温计算的热岛强度分别用ΔTa、ΔTm、ΔTn表示。
使用线性趋势、累积距平和t-检验 [
由图1可见,城市站与郊区站年平均气温曲线在1974~1999年始终是城市站低于郊区站,2000年之后两条曲线的位置发生了转折,城市站开始高于郊区站,并呈现逐渐增大的趋势。近40 a,城市站与郊区站年平均气温的倾向率分别为0.662℃/10a、0.394℃/10a,40 a间城市年平均气温增温2.65℃,郊区增温1.576℃,城市站较郊区站增温多1.074℃,这就反映了吐鲁番市城市较郊区增温快的事实。
1974~2000年,ΔTa < 0,2001年后,ΔTa > 0热岛效应逐渐增强。由1974~2013年热岛强度累积距平曲线可以看出,1999年出现了累积距平的最小值(图2),对1974~1999年和2000~2013年热岛强度进行t检验,结果表明(表2),|t0| = 9.72 > tα = 0.005,通过了α = 0.005的信度水平检验,这说明,吐鲁番市城市年平均气温在2000年发生了由冷岛效应向热岛效应的突变。突变后(2000~2013年)较突变前(1974~1999年)热岛效应对城市年平均气温增温贡献多0.67℃。
由图2可见,1974~2013年,城市站和郊区站年平均最高气温曲线始终是城市站低于郊区站,2007年之后两站差距逐渐缩小。近40 a,城郊年平均最高气温的倾向率分别为0.503℃/10a、0.457℃/10a,40 a间城市站年平均最高气温增温2.01℃,郊区站增温1.83℃,城市站较郊区站增温多0.18℃。
1974~2013年,ΔTm始终小于0,但这种差异随着时间的推移逐渐缩小。由1974~2013年热岛强度累积距平曲线可以看出,1985年出现累积距平的最大值,2005年出现累积距平的最小值,对1974~2005年和2006~2013年热岛强度进行t检验,结果表明(表2),|t0| = 3.79 > tα = 0.005,通过了α=0.005的信度水平检验,这说明,吐鲁番市城市年平均最高气温在2006年发生了由冷岛效应向热岛效应的突变。突变后(2006~2013年)较突变前(1974~2005年)热岛效应对城市年平均最高气温的增温贡献多0.43℃。
由图3可见,城市站与郊区站年平均最低气温曲线在1974~1985年始终是城市站低于郊区站,1986年之后两条曲线的位置发生了变化,城市站开始高于郊区站,并呈现逐渐增大的趋势。近40 a,城郊年
经度/˚ | 纬度/˚ | 海拔高度/m | |
---|---|---|---|
城区站 (51573) | 89.20 | 42.93 | 34.5 |
郊区站 (51572) | 89.25 | 42.83 | −48.7 |
表1. 吐鲁番市城市站和郊区站地理坐标
项目Item | 检测点 | n1 | n2 | |t0| |
---|---|---|---|---|
年平均气温 | 2000 | 26 | 14 | 9.72 |
年平均最高气温 | 2006 | 32 | 8 | 3.79 |
年平均最低气温 | 1998 | 24 | 16 | 7.6 |
表2. 年平均气温、年平均最高气温、年平均最低气温突变点信度检验
图1. 1974~2013年吐鲁番市城郊年平均气温变化
图2. 1974~2013年吐鲁番市城郊年平均最高气温变化
平均气温的倾向率分别为0.932℃/10 a、0.497℃/10 a,40 a间城市年平均最低气温增温3.7℃,郊区增温2.0℃,城市较郊区增温多1.7℃。
1974~1985年,ΔTn < 0,1986年后,ΔTn > 0,1991~1996年存在相对稳定期,1997年后热岛效应持续增强。由1974~2013年热岛强度累积距平曲线可以看出,1997年出现了累积距平的最小值(图2),对1974~1997年和1998~2013年热岛强度进行t检验,结果表明(表2),|t0| = 7.6 > tα = 0.005,通过了α = 0.005的信度水平检验,这说明,吐鲁番市城市年平均最低气温在1998年发生了由冷岛效应向热岛效应的突变。突变后(1998~2013年)较突变前(1974~1997年)热岛效应对城市年平均最低气温增温贡献多0.97℃。
综上所述,吐鲁番热岛效应对城市温度的影响以年平均最低气温最大,年平均气温次之,年平均最高气温最小。同时热岛效应对城市增温贡献突变时间的早晚与热岛效应对城市增温贡献多少的顺序相一致。
城市热岛效应与城市环境有密切的关系。城市人口增长、用地面积增加、生产总值的提高等均是城市发展的重要指标。hansen和lebedeff [
1978年吐鲁番市区人口为1.72万,工业生产总值为0.106亿,2013年城区人口达到6.91万,工业生产总值达到20.9亿元,分别是20世纪70年代的6倍、197倍,城市规模发展迅速。利用相关性检验得出,热岛强度与吐鲁番市生产总值、城镇人口的相关系数分别为0.79、0.86,均通过了0.01显著性水平的检验(图4)。这表明,随着吐鲁番市人口的增多、工业生产总值的发展,其城市热岛效应也逐渐增强,吐鲁番市城市化进程带来明显的城市热岛效应。
城市热岛效应伴随着城市的发展而变化,通过对吐鲁番市城市热岛效应的分析,可以看出吐鲁番城市规模的发展变化。
1) 近40 a吐鲁番市城郊年平均气温的倾向率分别为0.662℃/10a、0.394℃/10a,城市年平均气温增温2.65℃,郊区增温1.576℃。由年平均气温计算的热岛强度在2000年发生了突变。突变后较突变前热岛效应对城市年平均气温增温贡献多0.67℃。
2) 近40 a吐鲁番市城郊年平均最高气温的倾向率分别为0.503℃/10a、0.457℃/10a,城市年平均最
图3. 1974~2013年吐鲁番市城郊年平均最低气温变化
图4. 吐鲁番市热岛强度与总人口、工业生产总值对数的线性关系
高气温增温2.01℃,郊区增温1.83℃。由年平均最高气温计算的热岛强度在2006年发生突变。突变后较突变前热岛效应对城市年平均最高气温的增温贡献多0.43℃。
3) 近40 a吐鲁番市城郊年平均最低气温的倾向率分别为0.932℃/10a、0.497℃/10a,城市年平均最低气温增温3.7℃,郊区增温2.0℃。由年平均最低气温计算的热岛强度在1998年发生突变。突变后较突变前热岛效应对城市年平均最低气温增温贡献多0.97℃。
4) 吐鲁番市热岛强度与吐鲁番市人口、吐鲁番工业生产总值的对数的具有线性关系,随着吐鲁番市城市的发展,其城市热岛效应也逐渐增强。
宋良娈,苗运玲,宋水华,赵志刚,周鸿奎,范 泽. 吐鲁番市城市热岛效应分析Analysis of the Urbanization on Heat-Island Effect in Turpan City[J]. 气候变化研究快报, 2016, 05(02): 86-92. http://dx.doi.org/10.12677/CCRL.2016.52012