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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

城市热岛效应是城市气候中最显著的特点之一，随着城市化进程的不断加快，城市热岛效应及其对全球气候增暖的贡献已经引起了广泛的关注。ipcc(2013)确认在过去50年观测到的升温,有新的和更强的迹象表明是由于人类活动造成的。中国作为最大的发展中国家，正在经历快速的城市化过程,定量研究城市热环境的时空演变特征，制定相应的城市高温热环境防范和改善措施已成为一项重要的任务。

天津位于渤海湾西部，是环渤海经济区的中枢城市，也是中国北方最重要的集经济、文化、国际交往和外向型、多功能的密集骨干城市之一，在全国和区域经济中发挥着集聚、辐射、服务和带动作用，在国家经济发展战略中也占有重要地位。因为该地区山地、平原和海陆交错组成的复杂地理环境和大气环流特征，所以对天津地区的环境安全和可持续发展问题提出的战略思考己引起了各界的重视。因此，研究天津地区城市热岛效应的时空变化特征，分析各项因子对热岛效应的影响，将为改善人居环境、城市规划和天气预报提供重要的技术支撑。

国内外研究现状

目前，城市热岛研究的方法主要有三种，分别是地面气象资料观测法、遥感监测法和边界层数值模式模拟法。地面观测方法主要以有限的城郊固定气象台站资料为基础，配合流动观测资料进行城郊气温及地表温度对比观测。遥感监测则是利用航空航天传感器对城市下垫面温度等进行观测。边界层模式模拟是利用从一维到三维中尺度模式对特定高度下的空间区域的温、湿和风场进行空间数值模拟。

城郊气象观测数据对比法是最早的研究城市热岛的方法，该方法利用城区和郊区气象站多年观测数据进行对比分析，使用统计学或数学模拟方法得出同一时期该地热岛分布、热岛强度相对大小，以及热岛强度的季节变化、日变化等特征。最早howard观测到伦敦城区平均温度比郊区高1.1℃，之后duckworth[1]和sandberg在san francisco的大公园与市中心之间观测到10℃的温差，他们都是采用原始的对比观测方法得出的结果。研究发现大部分城市夏季的热岛现象比冬季的明显，另外风速也是影响城市热岛的主要因素，风速越大，城郊温差越小。并且城市越大，热岛导强度越强。周淑贞等人[2]最早发现上海市热岛效应显著，城市比郊区的温度高出5℃之多，而且热岛效应在日落之后2～3h到夜间比较强。通过多年资料发现，随着上海市中心区的逐步扩展使得上海城郊温差越来越大，并且逐年年最低温度也在上升，到1984年升温幅度达到0.7℃[3]。由于气象观测站的位置和数量有条件限制，科学家们提出了第二种研究城市热岛的观测方法，即布点法。布点法利用布点观测、探空气球或者流动车作业来获得某个目的观测地的气象资料，这种方法通常会与固定气象站点资料相结合，分析出全面动态有效的城市热岛分布状况和强度的大小。例如，张景哲等[4-5]于1981年1、4、7月在北京市区及郊区布置了110多个观测点，每个月连续观测5～10天，一共进行64次定时观测，同时采用市郊6个气象站资料进行研究。但是回顾早期的传统城市热岛研究，基本上还是所需信息不全面，局限于点的概念研究，很难正确高效地的反映到城市结构面上，研究得的不够深入彻底。

随着地理信息的发展和遥感技术的成熟，有的学者发现了研究城市热岛更好的方法——遥感监测。它覆盖范围广、图像直观、时间高度同步，在城市热岛研究中发挥着越来越重要的作用。遥感测定是指根据不同类型地物对太阳长波辐射的吸收情况不同，从而形成不同的波段辐射值，它运用热红外传感器对城市地表温度进行大范围的观测，再通过计算机技术分析得到地物的不同热量分布。城郊植被状况差距显著，基于二者植被指数的不同选取两幅不同时期的tm(4.5.6波段)彩色合成图像，对照目标城市地区，定出热岛的大概范围。其中tm-4和5波段显示陆地、植被和水体。gallo[6]等使用noaa/avhrr数据获得的归一化植被指数ndvi来估测城市热岛对城郊气温差异影响。结果证明，植被指数与城郊气温之间有着显著的线性关系，而且在解释平均最低气温的空间变化方面更为有效。国内学者运也用该方法进行了相关研究。

2. 研究的基本内容

基于城市热岛效应的研究，以天津为研究对象，探究天津城市热岛效应的时空变化特征，并简要分析其与环境因子的关系。

一、对城市热岛效应的时间变化趋势以及空间分布特征的分析研究。

1. 通过对天津站、塘沽区和天津市周边的站点（乐亭县和惠民县）1980-2010年逐日气象资料的分析，研究城市热岛效应的年际变化趋势，主要包括对城郊平均温度、最高温度、最低温度和城郊昼夜温差之差的研究。
2. 利用天津市12个气象站的1980-2010累年日平均数据，对城市热岛效应的年内变化趋势以及空间分布特征进行分析。使用城区各站平均气温与同时间同高度各郊区站平均气温的差值来表示城市热岛强度，并分析空间分布特征。

二、简要分析热岛随时间变化的与环境因子的关系，利用天津市12个气象站的1980-2010累年日平均气象资料，分析城市热岛强度与城郊风速差、城郊水汽压差、城郊降水量差（20时-20时、08时-08时）之间的关系。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

本研究以天津各气象站观测数据为基础，分析城市热岛效应的时空变化特征，并简要分析城市热岛效应与环境因子的关系。

具体进度安排如下：

1. 2017年1月，查阅相关文献，获得相关知识储备，确定研究方法。
2. 对天津市12个气象站的1980-2010累年日平均数据，天津站、塘沽区和天津市周边的站点（乐亭县和惠民县）1980-2010年逐日数据进行整理，确定论文框架。
3. 2017年4月，对整理好的数据进行时空特征分析，在简要分析城市热岛效应与环境因子的关系。
4. 2017年5月，撰写论文。

预期效果：以天津各气象站观测数据为基础，开展城市热岛效应的时空变化特征和城市热岛效应与环境因子的关系的分析及相关工作。完成本科学位论文1篇。

4. 参考文献

[1] duckworth f a, sandberg j s. the effect of cities upon horizontal and vertical temperature gradients [j]. bull amer meteor soc,1954,35:18-207

[2] 周淑贞,张超.上海城市热岛效应[j]. 地理学报,1982,37:372-381

[3] 周淑贞.上海近数十年城市发展对气候的影响[j]. 华东师范大学学报(自然科学版),1990,4:64-731

[4] 张景哲,刘继韩,周一星,等.北京城市热岛的几种类型[j]. 地理学报, 1984,39( 4): 428-435