天津城市气候趋势和变化特征的研究1961~精品.docx

天津城市气候趋势和变化特征的研究1961~2022 Climate Change Research Letters 气候变化研究快报, 2022, 8(5), 636-647 Published Online September 2022 in Hans. https:// /journal/ccrl https:// /10.12677/ccrl.2022.85070 Urban Climate Trends and Changing Trend in the Tianjin 1961-2022 Meiling Sun, Wenyan Fan*, Peng Si, Xuejiao Wang Tianjin Meteorological Bureau, Tianjin Received: Sep. 2nd, 2022; accepted: Sep. 13th, 2022; published: Sep. 20th, 2022 Abstract Conventional meteorological date in Tianjin from 1961 to 2022 was analyzed. The climatic characte-ristics and changing trend of northern coastal cities were revealed, also the regularity and causes. The results indicate that there were two centers of urban heat island in Tianjin, one was city, the other was tanggu, which were 0.78?C - 1.12?C and 0.18?C - 0.90?C, respectively. Taking the urban area as the center, the dry island, muddy island, and rain island effect were obvious, the relative humidity de-creased year by year with trend of 2%/10a, and the average value in the urban area was 4% - 5% lower than that in the rural area, the visibility difference between the urban and rural was about 2 km. But in recent years, with the improvement of urban air quality and urbanization extension, the visibility difference between urban and rural was smaller. With the increasing of urban build-ings, the trend of wind speed in urban area was decreasing year by year of 44% decline from 1960s to the last 20 years. Keywords Urban Climate, Urban Heat Island, Muddy Island, Dry Island 天津城市气候趋势和变化特征的研究1961~2022 孙玫玲，樊文雁*，司鹏，王雪娇 天津市气象局，天津 收稿日期：2022年9月2日；录用日期：2022年9月13日；发布日期：2022年9月20日 摘要 通过分析天津近60年的温度、降水、风速、辐射、能见度、相对湿度、雾等变化特征，揭示北方沿海城*通讯作者。

孙玫玲等 市气候特征和变化趋势，分析其中规律和产生原因结果表明：天津地区存在两个热岛中心，市区热岛强度在0.78℃~1.12℃之间，塘沽在0.18℃~0.90℃之间以市区为中心，天津干岛、浑浊岛、雨岛效应明显，天津市区相对湿度低于近郊4%~5%，且呈每10年2%的下降趋势，城市能见度与近郊相差2 km，但近些年随着城市空气质量改善和城市化外延，城郊能见度差异较少而随着城市建筑的增加，天津市区风速呈逐年减少趋势，从20世纪60年代到近20年下降44% 关键词 城市气候，热岛效应，浑浊岛效应，干岛效应 Copyright ? 2022 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). /licenses/by/4.0/ 1. 引言 城市由于人口高度密集，众多建筑物构成特殊下垫面，高强度的经济活动中消耗大量的燃料，释放出有害气体和粉尘，以及其他人类生产和生活影响，改变了该地区原有的区域气候状况，形成一种与城市周围不同的局地气候——称为城市气候。

人们对城市气候的研究可以追溯到19世纪初，1818年英国人L. Howard [1]首次提出城市气候概念之后，气象科研人员就不断地对城市气候进行研究，并取得了许多瞩目的成果，城市气候学有了迅速的发展 城市气候学研究显示城市气候既有所属区域大气候背景，又反映城市化后人类活动产生的影响，其主要表现为以下几个方面：城市热岛效应[2]，城市雨岛效应[3]，城市浑浊岛效应[4]，城市干岛效应[5]，城市湿岛效应[6]，城市风的影响关于城市热岛效应的研究最早由Howard在伦敦发现，至今已有100多年的历史，其产生的原因主要是城市工业、公共设施与居民耗费大量燃料，使城市成为一个重要热源，同时建筑物有较高的热容量，白天能吸收较多热量，夜间辐射至城市大气中，此外城市水面少，蒸发耗热又不多，因此城市温度比乡村高，热岛强度在0.5℃~1.5℃[7][8][9]，韩素芹的研究显示在天津热岛强度在0.6℃~1.0℃之间，成逐年增强的趋势，热岛强度的日变化在17：00的地面表现的最强，到300 m 存在个别的弱热岛中心，500 m高度城郊不存在温度差异[10][11]闫少锋等人研究发现，南京的城市热岛效应对城市居民生活影响较大[12]。

而城市干岛效应，则是由于城区多为建筑物和街道覆盖，水泥路面铺盖，降水流失多，绿地和水域面积小，这种特殊的下垫面造成空气中水汽明显减少，加上城市热岛效应，使城区气温高于郊区，因此产生了城区相对湿度小于郊区的现象，称为“干岛效应”国内外许多大中城市的气候观测研究结果表明，白天城区相对湿度比郊区低，形成“干岛”，夜间城市相对湿度比郊区大，形成“湿岛”干岛”和“湿岛”是城市气候的一种特殊现象从其强度上看，日本东京20世纪夏季相对湿度从83%降到73%，武汉[13]1974年市中心湿度比较去低8%，北京湿岛强度为5%，郑州[14]地区进入深秋，早晨6点城市和郊区的相对湿度可相差12%上海[15]湿岛也在夏季显示出较强的“湿岛效应” 天津位于我国华北平原，东面毗邻渤海，西北与北京相连，地势由西北向东南渐低，一般海拔在2~5米，受海陆环流影响显著进入21世纪，随着环渤海区域经济崛起，天津城市化速度加剧，同时其沿海城市的特性，又使得其具有不同于其他城市的气候特征然而，到目前为止，对天津城市气候的研究大都围绕热岛现象进行，对诸如降水、相对湿度、城市风、辐射、能见度的研究则较少，系统的研究天津等北方沿海大城市气候特征就成为一项有意义的工作。

孙玫玲等 2. 资料和方法 天津地处华北平原北部，东临渤海，北依燕山，本文所用资料包括天津13个国家级观测站1961~2022年温度、降水、相对湿度、风速、风向、能见度等常规地面观测资料台站均匀分布在天津所有区，如图1所示，环线四区指的是东丽(54526)、北辰(54527)、西青(54527)、津南(54622) Figure 1. Geographical distribution of the 13 observation stations in Tianjin 图1.天津地区13个台站地理分布 3. 结果和讨论 3.1. 城市热岛效应 气温观测数据统计显示(如图2(a))，1986~2022年，天津全市气温在11.91℃~13.85℃，全市形成两个热岛中心，市区和塘沽市区在近30年中的气温均值比环线四区(近郊)高出0.78℃~1.12℃，均值0.96℃，塘沽呈现弱热岛中心，相对临海的大港和汉沽，其气温分别高出0.18℃和0.90℃ 在全球变暖的大背景下，天津地区温度也同幅度升高，在近60年尺度上(1961~2022年)，以天津市区为中心，呈每十年0.248℃~0.587℃的增加。

其中市区比郊区的西青平均每十年多增加0.092℃，比宝坻多增加0.119℃，这反映出天津地区温度增幅，除了受大区域尺度全球变暖的影响，城市化以及随之而来的下垫面改变，人口增加，能源消耗带来的人为热源激增，都对其城区温度升幅有重要影响 近60年天津地区气温增加线性趋势图显示(图2(b))，天津地区增温趋势东南大于西北，形成市区、东丽、大港、津南、塘沽为一体的新增温带，连接两个热岛中心，这与新形势下，天津城市规划和工业布局密切相关，若按此趋势发展，天津地区两个热岛中心的强度必将进一步加强，范围增大，甚至在天津的东南部，形成一个连接两个中心的大热岛带而城市热岛效应的产生，一方面在夏季会增加高温热浪袭击的可能；另一方面在市区高温中心会形成一个弱的辐合中心，污染物聚集在市区很难扩散 孙玫玲 等 Figure 2. Average (a) and trend (b) change of temperature in Tianjin covering 1986-2022 and 1961-2022 respectively 图2. 天津地区气温平均值(a) (1986~2022年)和趋势变化(b) (1961~2022年) 图3显示伴随温度的升高，天津城区高温日数呈逐年增加趋势，但与平均气温表现出的热岛中心不一样，天津地区沿海塘沽、汉沽、大港三地，受海陆风调节，温度日较差明显低于全市其它地区，不易形成高温天气，以最高温度大于35℃划分高温天气，天津地区静海最高，近30年平均出现11天，市区平均高于环线四区均值1.3天。

而城市化的另一个后果，使得市区下垫面比。