典型天氣條件下長(zhǎng)株潭城市群景觀格局的氣候響應(yīng)機(jī)制研究.pdf

1、為了掌握典型天氣條件下長(zhǎng)株潭城市群景觀格局發(fā)展的氣候響應(yīng)機(jī)制，為優(yōu)化城市群綠地系統(tǒng)規(guī)劃提供科學(xué)理論依據(jù)，在1993、2001、2009三個(gè)年度的USGS和MODIS衛(wèi)星景觀格局遙感資料和2020年城市群土地利用規(guī)劃的基礎(chǔ)上，結(jié)合極端氣溫和區(qū)域平均風(fēng)速小于4 m.s-1的2009年7月18日夏天典型天氣和2009年1月13-14日冬天典型天氣的NCEP1°X1°FNL格點(diǎn)數(shù)據(jù)的再分析資料，制定了8個(gè)試驗(yàn)方案，運(yùn)用WRF動(dòng)力框架耦合城市冠層

2、方案平臺(tái)進(jìn)行模擬，對(duì)模擬結(jié)果的地表能量平衡、風(fēng)場(chǎng)、熱場(chǎng)、濕度場(chǎng)、邊界層數(shù)值高度進(jìn)行分析。結(jié)果表明:
　　當(dāng)區(qū)域平均風(fēng)速低于4m.s-1情況下，洞庭湖區(qū)和東部山區(qū)森林對(duì)城市群氣候起著控制作用。在夏季的下半夜，風(fēng)主要由東部海拔較高的山區(qū)冷空氣向長(zhǎng)株潭三城市東側(cè)幅合，穿過(guò)株洲并從長(zhǎng)沙東面吹向較暖和的洞庭湖地區(qū);在早上，東北部和東南部形成三個(gè)空氣下沉中心，冷空氣下沉;長(zhǎng)株潭中心形成暖空氣上升中心，空氣上升，東、西部海拔較高的山區(qū)的冷風(fēng)向長(zhǎng)

3、株潭三城市幅合，然后向東北幅散。在下午，風(fēng)由洞庭湖區(qū)吹向西南部陸地較暖和地區(qū)。上半夜，南風(fēng)向西偏轉(zhuǎn)，東部山風(fēng)下降吹向長(zhǎng)株潭并在西部形成東南風(fēng)。在冬季下午，風(fēng)由洞庭湖吹向南部;上半夜，風(fēng)由東部吹向長(zhǎng)株潭核心地區(qū)，北風(fēng)開(kāi)始向西偏轉(zhuǎn);在下半夜，東風(fēng)開(kāi)始向長(zhǎng)株潭地區(qū)幅合，一部分流向西北洞庭湖區(qū)，一部分流向西南地區(qū)。早上，在長(zhǎng)株潭形成氣流上升中心，在醴陵附近各形成一個(gè)較強(qiáng)的下沉中心，區(qū)域西北部的西風(fēng)、東部的東風(fēng)向長(zhǎng)株潭核心地區(qū)幅合，流經(jīng)長(zhǎng)株潭地區(qū)

4、后，一部分向西南偏轉(zhuǎn)，一部風(fēng)向西北方向偏轉(zhuǎn)，流向洞庭湖等較暖和地區(qū)。
　　長(zhǎng)株潭城市熱島環(huán)流對(duì)城市群氣候有著重大影響。在夏季早上，隨著地表溫度升高，長(zhǎng)株潭中心形成暖空氣上升中心，空氣上升，東、西部海拔較高的山區(qū)的冷風(fēng)向長(zhǎng)株潭三城市幅合，然后向東北幅散，形成長(zhǎng)株潭城市熱島環(huán)流，引導(dǎo)冷空氣向中心地區(qū)幅合，降低熱島強(qiáng)度。在冬季早上，隨著城市群核心地區(qū)地表溫度升高，在長(zhǎng)沙西側(cè)、湘潭西側(cè)形成兩個(gè)較強(qiáng)的氣流上升中心，在長(zhǎng)沙北部也形成一個(gè)較強(qiáng)的

5、氣流上升中心，在醴陵附近各形成一個(gè)較強(qiáng)的下沉中心，區(qū)域西北部的西風(fēng)、東部的東風(fēng)向長(zhǎng)株潭核心地區(qū)幅合，流經(jīng)長(zhǎng)株潭地區(qū)后，一部分向西南偏轉(zhuǎn)，一部風(fēng)向西北方向偏轉(zhuǎn)，流向洞庭湖等較暖和地區(qū)，形成城市熱島環(huán)流，對(duì)城市氣候其中重大的調(diào)節(jié)作用。
　　城市群景觀格局對(duì)城市群氣候有著重大影響。從1993年到2020年，夏季日平均向上熱量通量累計(jì)增長(zhǎng)5.45 w.m-2，年均升高0.21 w.m-2;2009、2020年的日平均向上熱量通量分別為44

6、.85 w.m-2、46.01 w.m-2，上升1.15 w.rn-2。冬季，2009、2020年日平均向上熱量通量分別為38.17w.m-2、38.35w.m-2，升高0.17w.m-2，年均升高0.02 w.m-2。夏季日平均地表潛熱通量累計(jì)增長(zhǎng)7.05 w.m-2，年均升高0.26 w.m-2;09、20年日平均地表潛熱通量分別為13.50w.m-2、16.64w.m-2，年均升高0.15 w.m-2。冬季日平均地表潛熱通量總體呈

7、增長(zhǎng)趨勢(shì);2009、2020年日平均地表潛熱通量升高0.15w.m-2。隨著城市擴(kuò)大，熱島環(huán)流氣流上升中心南移，下降中心北移，冬夏季日平均風(fēng)速下降，但隨著城市群不斷擴(kuò)大，下降幅度減弱，2009、2020年的日平均風(fēng)速分別為1.74 m.s-1、1.70 m.s-1，下降-0.04 m.s-1;冬季日平均風(fēng)速累計(jì)下降-0.15 m.s-1，年平均下降-0.006 m.s-1，2020年比2009年日平均風(fēng)速下降-0.05 m.s-1。日平

8、均溫度總體呈上升趨勢(shì)，累計(jì)上升0.37k，年平均增長(zhǎng)0.014k;09、20年的日平均溫度分別為305.64 k、305.63 k，下降-0.01k。冬季日平均地表溫度累計(jì)上升0.03k，年平均增長(zhǎng)0.001k。2009、2020年日平均溫度分別為275.50 k、275.52 k，增長(zhǎng)了0.02k。夏季日平均比濕下降，冬季日平均比濕增長(zhǎng)，夏季日平均比濕累計(jì)下降0.00105，年平均下降0.000039，2009、2020年日平均比濕分

9、別為0.01775、0.01771，下降-0.00004。冬季日平均比濕累計(jì)上升1.52E-05，年平均增長(zhǎng)5.63E-07，2009、2020年日平均比濕分別為0.00099、0.00099，增長(zhǎng)了0.84E-05。日邊界層高度平均高度季呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，夏季日平均層高累計(jì)上升29.05m，年平均上升1.08m，2009、2020年日平均高度分別為764.43 m、764.48m，升高了0.05 m。冬季日平均層高上累計(jì)上升3.33m，年平

10、均增長(zhǎng)0.12m，2009、2020年日平均高度分別為345.48m、343.59m，下降1.89 m。
　　隨著城市擴(kuò)大，城市形態(tài)對(duì)城市氣候有著重大影響。城市地表向上熱量通量在夏季基本處于較高水平，維持正值時(shí)間延長(zhǎng)，明顯高于周邊地區(qū)，范圍與城市擴(kuò)大邊界基本一致，冬季大部分時(shí)間處于負(fù)值狀態(tài)，和周邊地區(qū)區(qū)別不明顯。2009、2020年的地表向上熱量通量達(dá)260w.m-2、270 w.m-2以上，高出周邊約10-140w.m-2，內(nèi)部

11、地出現(xiàn)了10-40 w.m-2的差異。地表潛熱范維持區(qū)域相對(duì)較低的狀態(tài)，夏季明顯低于周邊地區(qū)，但冬季不明顯。2009年、2020年夏季潛熱差值在4 w.m-2、5-10 w.m-2左右。2009年、2020年冬季潛熱差值約10-40 w.m-2、30 w.m-2左右。夏季城市區(qū)域夜間風(fēng)速提高，白天風(fēng)速減緩，與周邊地區(qū)差別明顯;冬季市區(qū)白風(fēng)速低于周邊地區(qū)，但差別不明顯。2009、2020年，城市夏季夜晚風(fēng)速分別約在3.0 m.s-1、2.

12、0 m.s-1，高于周邊地區(qū);白天風(fēng)速約在1.0-1.4 m.s-1、0.2-0.8m.s-1左右，低于周邊地區(qū)。在冬季，白天風(fēng)速在1.2-2.0 m.s-1左右，夜晚在0.5m.s-1左右，低于周邊地區(qū)。長(zhǎng)株潭三城市在夜間形成區(qū)域的熱島，熱島面積隨著城市擴(kuò)大而擴(kuò)大，熱島邊界與城市擴(kuò)大邊界基本一致，夏季熱島強(qiáng)度達(dá)2-4℃，冬季大1-2℃。城市冬夏季比濕低于周邊地區(qū)，但夜間與周邊地區(qū)差別不明顯。在夏季，2009、2020年三城市的比濕在0

13、.015-0.018、0.014-0.017之間，明顯低于周邊地區(qū)，形成干島。在冬季，城市白天比濕略低于周邊地區(qū)，但夜間與周邊地區(qū)差別不明顯。夏季邊界層層高在20時(shí)明顯高于周邊地區(qū)，范圍大于城市擴(kuò)大邊界并向下風(fēng)方向延伸，冬季邊界層層高與周邊地區(qū)差別不明顯。
　　湘江和綠心地區(qū)對(duì)城市氣候調(diào)節(jié)有重要作用。綠心地區(qū)是東風(fēng)向長(zhǎng)株潭幅合的重要通道，地表向上熱量通量、潛熱通量增長(zhǎng)明顯，風(fēng)速降低，比濕升高，溫度下降，邊界層層高升高，對(duì)周邊地區(qū)有

14、著重要的氣候調(diào)節(jié)作用。夏季白天，湘江溫度低于城區(qū)2-4℃，有降溫作用，冬季夜晚具有升溫作用，調(diào)節(jié)周邊城市溫度。湘江對(duì)周邊地區(qū)和下風(fēng)方向地區(qū)有明顯增濕作用，提高比濕約0.001-0.004左右。
　　長(zhǎng)株潭城市群土地利用規(guī)劃沒(méi)有很好解決城市熱島問(wèn)題，從2009年到2020年，長(zhǎng)株潭城市群日平均地表溫度呈上升趨勢(shì)，熱島強(qiáng)度達(dá)2-4℃，需進(jìn)一步加強(qiáng)城市群綠地系統(tǒng)和區(qū)域綠色通風(fēng)通道敏感性試驗(yàn)研究。綠心地區(qū)盡管具有一定的城市氣候調(diào)節(jié)功能，但