云浮市热岛效应的四季特征分析

陈元哲，陈伟明，卢智力，孔正圆，叶树春

（1.云浮市气象局，广东云浮 527300；2.郁南县气象局，广东郁南 527199）

城市热岛效应是城市中由于人类活动引起的市区气温高于周边郊区气温的现象。作为影响城市生态环境的重要影响因素，城市热岛效应一直是研究的热点［1-3］。Oke［4］指出，城市热岛强度与人口存在较强的线性关系；近年来对中小城市热岛效应的研究也取得较多成果［5-7］。热岛效应的产生使得广东各城市高温酷热的天气更为严重，不论对于人体还是环境都有着严重的危害［8-9］。由于不同城市的地理环境及区域气候等各有差异，这些都直接影响着城市热岛效应的强弱，因此随着季节的改变各城市热岛效应的变化特征有所不同，如北京、上海城市热岛现象在冬季表现的更为明显［10-11］，而合肥市夏季城市热岛效应最明显［12］。因此，更好地了解城市热岛效应的特征，对于减少高温天气所带来的危害，避免城市生态环境遭到破坏，并对城市可持续发展有着重要的指导意义。

本研究利用广东省云浮市共88个气象观测站2017年日均气温资料，结合云浮市高程数据以及城市发展情况对云浮城市热岛效应的季节性变化进行了分析。同时结合FROM-GLC10土地覆盖类型数据，定量研究云浮各地表覆盖类型对热岛效应增强与调控的作用，利用GIS分析各地表覆盖类型与气温的定量关系。对更加了解云浮热岛特性以及解决城市热岛效应问题具有重要的意义。

1 数据与方法

1.1 热岛强度计算方法

近年来我国的气象事业迅速发展，云浮市及周边地区也兴建了许多自动气象站，极大的增加了城市气温观测密度，将各行政区中市区与郊区更好的区分开，使观测的数据空间代表性更好。为了科学评价云浮市城区与郊区间的温度差异，本研究选取88个气象观测站，如图1所示。

图1 云浮市站点分布示意图

所选站点涵盖了市区、村镇与野外，将云城区、云安区、新兴县、郁南县和罗定市5个行政区中市区11个站点平均代表城区温度，村镇与野外77个站点平均代表郊区温度。其中，红色站点处于城区，蓝色站点处于郊区，本研究所选站点均匀遍布云浮市5个行政区，并且各区都存在城区与郊区站点。

为了避免各站海拔差异给温度带来的影响，根据气温垂直递减率，将气象观测站气温数据订正到海平面高度。云浮市海拔多为100～600 m之间，这与城市地貌有关，云浮的主要地貌为丘陵；其中部与东部地形平坦，同时这些也是城市化程度较高的区域；城市西南与东南区域地势较高，最高处海拔超过1 200 m。

本研究将城区平均温度与郊区平均温度之差定义为城市热岛强度，因此热岛强度（heat island strength，UHI）计算如下：

1.2 数据处理

FROM-GLC10地表覆盖数据为清华大学宫鹏等［13］所开发出的世界首套10 m分辨率的全球土地覆盖产品。FROM-GLC10是通过Google Earth Engine平台强大的云计算能力，结合2011年以来全球30 m地表覆盖数据样本库与10 m分辨率Sentinel-2全球影像所制成，具有精度高、更多空间细节等优势。

本研究中的遥感数据处理主要包括高程数据和地表覆盖数据的投影转换、数据提取、镶嵌、裁剪与类别合并等。为保证数据投影一致，将所有数据投影统一转为WGS-84投影。其中，需对地表覆盖类型数据FROM-GLC10原始分类方案的类别合并和重编码，结合云浮城市的土地特性，将分类方案重新编码为农田、草地、林地、水体、城市用地以及裸地（图2）。

图2 云浮市2017年土地覆盖类型分类结果示意图

2 结果与分析

2.1 城市温度的空间分布

为了更为直观的表示云浮城市热岛的分布情况，通过GIS技术将气象观测站的温度数据进行空间插值，得出云浮市月均温度分布（图3）。

图3 云浮市各月平均温度分布

分季节研究中，选取各季节典型月份1、4、7、10月，分别代表当年的冬季、春季、夏季、秋季。从图3可以看出，云浮市一年4季月平均温度差距最大约为14℃，其中最低月均温度出现在1月，为14℃。云浮市温度分布强弱基本一致，每个季节中部温度普遍偏高，夏秋两季东部与北部温度也相对较高。将云浮地形与图3的温度分布状况进行对比可以发现，云浮市地形的分布格局与温度分布状况大致相近。在海拔较高的丘陵地区温度明显降低，低温范围与丘陵走向相似。温度较高的区域多为海拔较低的平原地区，而这些地区同时也是城市化程度高的区域。将图2与图3对比后发现，各季节高温区与城市用地区域基本一致，土地覆盖类型为农田的区域大多为中高温区，温度较低的区域所对应的土地覆盖类型以林地为主。

总体而言云浮市的温度分布受到海拔与地表覆盖类型的双重影响，在海拔较低同时城市化高的区域温度相对较高，在高丘陵林地覆盖的地区温度相对较低。

2.2 城、郊气温的月变化特征

2017年云浮市城区与郊区月平均变化如图4所示，城区与郊区的月均温度变化趋势基本一致，而每个月的城区月均温都高于郊区，这说明云浮市城市热岛效应全年都存在。从逐月变化趋势来看，城区与郊区的平均温度在6—9月份达到峰值，城区温度范围为27.70～28.44℃，郊区温度在27.20～27.91℃之间。统计可知，云浮市热岛强度年平均为0.55℃，各月的热岛强度存在明显的月际变化，其中12月城市热岛强度最大，达到1.15℃，其次是10月份，为0.62℃；热岛强度最小的是3月，为0.39℃，3—6月份城市热岛强度都较小。这就说明云浮城市热岛效应最强的时间是12月，其次为10月。

图4 云浮市城区与郊区逐月气温变化

研究表明，在晴朗稳定，且气压梯度较小的天气形势下有利于城市热岛的形成［14］。云浮市春季多阴雨且寡照，是导致城市春季热岛强度较低的原因；进入秋冬季，多为晴好天气，空气层结稳定使得城市热岛强度增强，2017年12月云浮市降水天数及降水量为全年最少，导致12月份的城市热岛效应为全年最强。这与广东省其它城市的热岛效应情况相似［17］。

2.3 气温与土地覆盖类型的关系

为研究云浮不同地表覆盖类型与城市热岛间的关系，将2017年4季的土地覆盖数据与气温数据相叠加，得到6种土地类型所占百分比，以及各种土地覆盖类型的平均温度与标准差（表1）。

表1 云浮市各季节土地覆盖类型和各季平均气温

从表1可以看出云浮市地表覆盖以草地为主，占 71.79%，农田次之，裸地最少，仅为0.54%。从表1还可以看出，城市用地与裸地由于具有相近的非渗透性、无蒸发性以及较强的热容量，各个季节的气温都相对较高，冬季与夏季尤为明显：裸地的气温分别为15.72、27.49℃。由于云浮市近几年城市发展较快，高楼与汽车数量迅速增长等因素，城市用地的气温居高不下，4季平均温度都为各地表类型最高，春、夏、秋、冬季气温分别为 22.09、27.56、23.37、15.76℃。草地与林地之间的温度都相对较低，且均低于农田和水体，其中林地的气温在各季节都为最低。

云浮市不同地表覆盖类型的气温差异显著，城市用地气温较高，和林地的温度差值在0.36～0.5℃之间，因此，气温与地表覆盖类型有着密切的联系。云浮市各季不同土地覆盖类型气温从高到低的顺序基本都为：城市用地＞裸地＞农田＞水体＞草地＞林地。城市用地与裸地的气温一直居于前2位，草地与林地一直居于后2位，说明林地最能对云浮市起到降温作用。

对云浮市市区与郊区2017年日均气温和高程资料分析后发现：云浮市地形的分布格局与温度分布状况基本一致，并且温度分布受到海拔与土地覆盖类型的双重影响；云浮城市热岛效应具有明显的月与季节变化特征。城市热岛强度年平均为0.55℃，最高1.15℃出现在降雨最少的12月，最低0.39℃为低温寡照的3月。综合看来，云浮市春季城市热岛效应最弱，秋冬季城市热岛效应最为显著。并通过FROM-GLC10地表覆盖数据，发现云浮市气温与地表覆盖类型有密切的联系，林地对城市起到了主要的降温作用。总体来说，本研究的工作对云浮地区缓解城市热岛效应具有重要意义。