1、城市的低空氣溫分布特征及其對大氣污染物擴(kuò)散的影響毛恒青朱蓉（國家氣象中心，北京100081（氣象科學(xué)研究院,北京100081摘要本文從城市熱島和城市逆溫兩個(gè)相互聯(lián)系的不同側(cè)面，分析城市低空氣溫的分布特征，并結(jié)合城市實(shí)際污染分布特征，討論這種局地城市小氣候效應(yīng)對城市大氣污染的形成以及對大氣污染物擴(kuò)散的影響，認(rèn)為熱島效應(yīng)以及由此引起的對低空溫度層結(jié)和局地風(fēng)場影響等的小氣候效應(yīng)是形成城市大氣污染分布特征的主要?dú)庀笤颉ｊP(guān)鍵詞城市熱島逆溫大氣污染101234567&910111213附同（目）12-151引言對于局地大氣污染，在不考慮污染源本身因素的情況下，大氣的擴(kuò)散能力直接影響著大氣污染的擴(kuò)

2、散和稀釋，而不同的污染氣象特征又決定了大氣的擴(kuò)散能力1,惡劣的氣象特征可以造成嚴(yán)重的局地空氣污染。城市空氣污染的特點(diǎn)與城市污染源的分布和污染氣象條件有關(guān)，也是由城市本身的特點(diǎn)決定的2。隨著城市的不斷發(fā)展，高大的建筑物增加了下墊面的粗糙度；密集的工業(yè)區(qū)和高密度人口的生產(chǎn)生活以及大量機(jī)動(dòng)車輛的運(yùn)轉(zhuǎn)都成為人工的熱源；污濁的空氣改變了城市的太陽輻射收支；同時(shí)市區(qū)用瀝青和混凝土覆蓋的面積百分率很大，這些地方通常不透水，且其反射率和熱容量使入射輻射轉(zhuǎn)化并儲(chǔ)存為感熱的能力較強(qiáng)；城市植被少，蒸發(fā)耗熱少等等。這都對城市局地小氣候有很大影響，形成特殊的污染氣象特征。為了解城市污染氣象特征及其與大氣污染的關(guān)系，以濟(jì)

3、南和柳州的常規(guī)氣象資料及短期邊界層資料，進(jìn)行的分析和討論，并比較南北方城市間的差別。2城市熱島本文用市區(qū)和郊區(qū)的氣溫之差表示熱島強(qiáng)度，濟(jì)南以濟(jì)南氣象臺(tái)、小辛莊氣象站的溫差表示，柳州分別以柳州市氣象臺(tái)與柳州市沙塘氣象站和柳江氣象站的溫差表示。2.1城市熱島的季節(jié)變化圖1是柳州市城市熱島的季節(jié)變化。從圖1可以看出，熱島強(qiáng)度隨季節(jié)有明顯的變化規(guī)律，在9月12月間，熱島強(qiáng)度較均差70.9C,2月6月熱島強(qiáng)度最弱,平均最低溫差在0.4C以下，其它月份接近年平均值,在0.5c左右。月平均氣溫表示的熱島強(qiáng)度較弱，最大溫差不到0.6C,2月6月僅在0.2c左右，年平均為0.3C。（空白為月平均氣溫差，黑色為月

4、平均最低氣溫差圖1柳州市城市熱島的季節(jié)變化（1969年1985年圖2是由濟(jì)南氣象臺(tái)與小辛莊站30年的月平均氣溫之差表示的城市熱島季節(jié)變化規(guī)律?？梢钥闯?，濟(jì)南的熱島強(qiáng)度明顯比柳州市強(qiáng)，年溫差比柳州市的大，且隨季節(jié)的變化規(guī)律與柳州有所不同。冬季較強(qiáng)，在9月1月間，熱島強(qiáng)度在1.0c以上，其中11月和1月平均溫差達(dá)1.3c,年平均熱島強(qiáng)度0.8C0夏季熱島強(qiáng)度較弱，春季各日熱島強(qiáng)度在0.7C0.8c,而夏季各日熱島強(qiáng)度較弱，其中7月的熱島強(qiáng)度僅有0.1C。平均最311997年6月URBANENVIRONMENT&URBANECOLOGYJune.1997低年溫差別較大，年平均最低氣溫溫差達(dá)2

5、.4C。同樣也比較了平均最高氣溫的城郊差別，其差別均不明顯1.5口«囑由衰12345678910111213時(shí)間（月）O圖2濟(jì)南市城市熱島的季節(jié)變化（1951年1980年2 .2城市熱島的日變化圖3為熱島強(qiáng)度日變化。在這兩次個(gè)例中，冬季1月份的熱島強(qiáng)度日變化表現(xiàn)為兩峰一谷,在早晨8:00左右最大,達(dá)到3.6c,次大值在日落以后的傍晚，20:00左右熱島強(qiáng)度為2.5c3.0C,在中午前后熱島強(qiáng)度最弱,14:00僅為1.5C。而春季4月熱島強(qiáng)度的日變化為單峰型，最大值出現(xiàn)在深夜，在所給個(gè)例的兩天中，其強(qiáng)度最大值出現(xiàn)在夜間2:00左右，分別為1.2c和3.0c，同樣中午前后城市熱島最不明顯

6、，14:00的強(qiáng)度分別為0.4C和0.3C。對比兩條曲線可知，冬季熱島強(qiáng)度明顯比春季大。柳州市的熱同樣分析了夏、秋兩季的熱島日變化，具變化規(guī)律與春季相同島日變化各季也均為單峰型濟(jì)南冬季熱島強(qiáng)度日變化呈雙峰型的原因，與濟(jì)南冬季需要大量的燃煤取暖有關(guān)。在傍晚，城市居民集中的生活燃煤（氣及取暖燃煤等，排放大量的熱量，減緩城市近地層的冷卻，與快速降溫的農(nóng)村近地層相比，加大了城郊的溫差。清晨，經(jīng)過一夜的冷卻降溫，鄉(xiāng)村寺時(shí)間（月）,大的生產(chǎn)生活作準(zhǔn)備，上班前的交通高峰，早飯前后大量集中的生活燃料的燃燒等等，使低空氣溫很快回升，城郊溫差達(dá)到大中的最大值。（a1985年1月19日20:00-20日20:00（

7、b1985年410日20:00-12日20:00圖3濟(jì)南市熱島強(qiáng)度日變化3 城市逆溫特征3. 1輻射逆溫從圖4可以看出，傍晚，由于日落地面失去了太陽的短波輻射來源，而本身向大氣持續(xù)的放射長波輻射，輻射收支轉(zhuǎn)為負(fù)值,使地面劇烈的降溫冷卻，到27日22:00近地層出現(xiàn)逆溫。地面的繼續(xù)降溫，逆溫層逐漸升高，強(qiáng)度不斷加強(qiáng),次日凌晨逆溫強(qiáng)度最大,28日4:00的逆溫強(qiáng)度為4.7C/250m,而近地層強(qiáng)度達(dá)2.2c/50m,逆溫層頂?shù)母叨葹?50m。早晨，地面接受太陽短波輻射而升溫，到28日早晨7:00地面氣溫已高于上部，逆溫層開始從地面破壞，逆溫層頂抬升到350m,近地層大氣變?yōu)椴环€(wěn)定狀態(tài)，形成了輻射逆

8、溫消散過程中的脫地逆溫”。表1是200m以下各層氣溫的變化值,從27日19:00到28日4:00,地面氣溫從19.1C降到11C,氣溫的落差達(dá)8.1C,上面各層氣溫的降低較地面慢，200m處僅降溫32城市環(huán)境與城市生態(tài)10卷2期1997年3.6C0而28日4:007:00地面氣溫升高了0.6c，但上面各層氣溫仍在降低甘U17UISH15J617”19ifitfVl陽Hul時(shí)BltAC)1414IEJ?”圖4柳州市1995年2月27日28日輻射逆溫演變過程表1近地面各規(guī)定層氣溫的變化高度(m19:0022:0022:0001:0001:0004:0004:0007:0007:0010:00200

9、-0.2-1.0-2.4-1.30.7150-0.8-0.7-3.0-1.20.4100-1.2-1.4-2.8-1.70.950-2.0-1.8-2.9-0.91.9地面-3.1-2.0-3.00.62.63.2脫地逆溫從圖5可見，對比幾次脫地逆溫，逆溫強(qiáng)度夏季較冬季強(qiáng)，逆溫層底夏季稍高于冬季，且逆溫層的厚度也是夏季較大，分析其原因，與柳州市8月的熱島強(qiáng)度較2月大有關(guān)。城市近地層脫地逆溫的形成，與城市熱島有關(guān)。晚上存在輻射逆溫時(shí)，當(dāng)空氣從鄉(xiāng)村移到城市上空，由于熱島效應(yīng)，構(gòu)成城市低空的脫地逆溫。在城市上風(fēng)向邊緣地帶，低層混合層很薄，加熱，混合層不斷升高，到城市的下風(fēng)向邊緣處達(dá)到最大。4城市熱島

10、和逆溫對大氣污染的影響4.1逆溫對城市大氣污染物擴(kuò)散的影響4.1.1熏煙型”污染表2是由熏煙模式計(jì)算得出的軸線濃度與無熏煙時(shí)軸線濃度的對比。由表2可以看出，當(dāng)發(fā)生熏煙時(shí)，地面濃度比穩(wěn)定條件下增大幾個(gè)數(shù)量級(jí)、尤其是在近距離，地面的熏煙濃度很高，這是造成早晨城市或工業(yè)區(qū)污染源周圍地區(qū)嚴(yán)重污染的一個(gè)主要原因。此過程時(shí)間較短，隨著地面的不斷加熱，混合層向上迅速發(fā)展，隨逆溫層徹底破壞，熏煙過程結(jié)束。4. 1.2逆溫層對污染物的反射由表3看出，由于逆溫層底的反射作用，33城市環(huán)境與城市生態(tài)10卷2期1997年的增大倍數(shù)隨距離增加，在5000m處分別比無反射時(shí)增大了55%和76%,在萬m處是無反射情況下的2

11、.5倍以上。有效源高為200m較150m的倍數(shù)增大，這是由于200m高的污染源離逆溫層底較近。表2熏煙與無熏煙時(shí)的軸線濃度的對比mg/m3距離(m濃度熏煙時(shí)無熏煙時(shí)10000.98570.000020000.54440.000130000.36900.001740000.27560.008150000.21790.012160000.17890.029070000.15090.038680000.12990.046490000.11360.0522100000.10070.0562注：E類穩(wěn)定度，源強(qiáng)105mg/s源高150m,風(fēng)速30m/s表3反射時(shí)軸線濃度與無反射時(shí)對比mg/m3距離有效源

12、高=150m有效源高=200m(km無反射濃度反射濃度比值無反射濃度反射濃度比值10.07690.07601.000.00700.00701.0020.20220.20651.020.10330.11851.1530.15310.17801.160.11130.15611.4040.10780.14621.360.08930.14241.5950.07820.12161.550.06900.12111.7660.05890.10371.760.05390.10361.9270.04590.09041.970.04290.09042.1180.03680.08022.180.03490.0802

13、2.3090.03010.07202.390.02890.07192.49100.02520.06522.590.02430.06502.67注:C類穩(wěn)定度，源強(qiáng)為105mg/s,風(fēng)速3.0mg/s4. 2城市熱島對大氣污染物擴(kuò)散的影響城市熱島能小范圍的改變局地風(fēng)場，在城市上空形成類似于海風(fēng)的閉合環(huán)流3熱島環(huán)流的存在，市區(qū)將經(jīng)受多次污染。因?yàn)榄h(huán)流在下沉過程中，從城區(qū)輸送出去的污染物隨氣流回到近地層，然后由流向市區(qū)的空氣攜帶，再次進(jìn)入市區(qū)，并在市中心（熱島中心處輻合，加大地面濃度，而上升氣流又將把污染物帶到空中向四周輻散。環(huán)流對城市起著循環(huán)污染的作用Allri酬博ChirtAAeaJcmicJo

14、urnal11lecbotiicPukli曲鵬nscrvcJ.1mpY修1994年1994年ZDO500403300Zno1995年月27日041圖5柳州市脫地逆溫時(shí)的溫度廊線4.3大氣污染分布特征濟(jì)南市大氣污染的時(shí)空變化規(guī)律具有明顯的特點(diǎn)4。大氣污染濃度一年中以冬季最高,夏季較低。冬季污染濃度的日變化為雙峰型，早晨8:009:00濃度最大，隨后慢慢減小，中午前后達(dá)最小值,然后又增大,在傍晚20:00左右達(dá)到次大值。而夏季的日變化呈單峰型，以早晨最大，中午最小，其它時(shí)間變化平穩(wěn)。這一變化規(guī)律與熱島強(qiáng)度的日變化規(guī)律一致。而污染物的水平（地域分布，則以市中心濃度較高，向城市的邊緣減小，尤其是在市區(qū)

15、地勢較低的天橋地區(qū)濃度最高。由此可見，城市大氣污染的變化規(guī)律和分布特點(diǎn)，與污染氣象特征密切相關(guān)，污染濃34城市環(huán)境與城市生態(tài)10卷2期1997年度的變化與熱島強(qiáng)度及逆溫生消等的規(guī)律一致，城市大氣污染是污染物排放規(guī)律和污染氣象特征相互作用的結(jié)果。一方面熱島效應(yīng)以及由此引起的對低空溫度層結(jié)和局地風(fēng)場影響等的小氣候效應(yīng)，使得城區(qū)夜晚和早晨經(jīng)常遭受各種高度污染源的封閉型污染、熏煙型污染以及循環(huán)污染的危害，污染濃度和熱島強(qiáng)度具有相同的時(shí)間變化規(guī)律。另一方面，污染物的排放與熱量的排放具有同時(shí)性，尤其是冬季燃煤量的增加，既增加了污染物的排放量，同時(shí)也釋放出大量的熱量，污染源本身就是形成熱島的主要原因，兩者相

16、互作用的結(jié)果加重城市污染。5結(jié)語根據(jù)以上對城市熱島和城市逆溫及大氣污染特征的對比分析，可以看出:5.1城市人為熱源的作用，形成了城市熱島。北方城市熱島強(qiáng)度冬季最大，夏季最弱，9月2月比3月8月明顯；一天中，在中午前后最弱，而夜間氣溫最低時(shí)熱島強(qiáng)度最大；冬季日變化呈雙峰型，其余季節(jié)為單峰型。南方城市熱島強(qiáng)度較北方弱其中9月12月明顯,2月6月最弱,其日變化為單峰型。5.2由于熱島的存在，一方面影響低空溫度層結(jié)，使城市存在近地層的脫地逆溫，另一方面形成熱島環(huán)流。5.3城市熱島和逆溫對城市大氣污染有很大影響，使得城區(qū)遭受各種高度污染源的封閉型污染、熏煙型污染以及循環(huán)污染的危害。因而，應(yīng)采取集中供熱，

17、減少低架無組織排放源，盡量抬高污染源的排放高度，將污染物直接排入低混合層上面的穩(wěn)定氣層中，減輕城市的污染危害。5.4城市大氣污染物與熱量排放的同時(shí)性，使城市熱島以及由此而形成的小氣候效應(yīng)，更加重了城市的局地污染。參考文獻(xiàn)1毛包青.氣象條件對大氣污染物擴(kuò)散的影響.山東氣象,1991;4:9-132 李宗愷等，空氣污染氣象學(xué)原理及應(yīng)用，北京：氣象出版社，1985:3974063 RolandB.Stull.趙長新譯邊界層氣象學(xué)導(dǎo)論北京：氣象出版社，1991:6806814 李愛貞濟(jì)南市SO2污染特征山東師大學(xué)報(bào),1987;2(2作者簡介：毛恒青男，1962年4月出生。理學(xué)碩士,工程師。1983年畢

18、業(yè)于南京大學(xué)氣象系氣候?qū)I(yè)。先后多次承擔(dān)大中型建設(shè)項(xiàng)目的大氣環(huán)境影響評價(jià)工作，同時(shí)開展氣候分析、氣候應(yīng)用、氣候資源開發(fā)、氣候預(yù)測等研究工作，曾發(fā)表研究論文6篇。THEDISTRIBUTIONOFTHELOWLEVELAIRTEMPERATUREINCITYANDITSINFLUENCEONTHEDIFFUSIONOFAIRPOLLUTANTMaoHengqing(NationalMeterorologicalCenter,Beijing100081ZhuRong(AcademyofMeterorologicalScience,Beijing100081AbstractThedistributionofthelowlevelairtemperatureincitywasanalysedbydis-cussingheatislandandinversion.Consideringthedistributionoftheairpollutantincity,theinfluenceofthemicroclimateonthefor