阿拉斯加费尔班克斯的城市热岛效应外文翻译资料

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阿拉斯加费尔班克斯的城市热岛效应

N. Magee, J. Curtis, and G. Wendler

摘要：利用费尔班克斯和位于阿拉斯加内陆的埃尔森空军基地的气候资料，研究了费尔班克斯热岛在1949plusmn;1997年期间的生长情况。气候变化 RDS是为了区分一般的变暖趋势和由于热岛效应增加而引起的变化。在49年期间，费尔班克斯的人口增长超过500% 艾尔森的人口保持相对稳定。在费尔班克斯国际机场观察到的平均年热岛增加了0.4摄氏度，冬季月份出现了更多的迹象 I不能增加1.0 C。主要焦点是基于季节、风速、云量和一天时间的长期热岛特性。在所有情况下，最低温度都是 E的影响大于极大值，风平浪静或低风速、晴朗的冬季天空条件和夜间表现出最大的热岛效应。

1. 介绍

“城市热岛”是一个用来描述城市发展和人类活动对城市内部和周围空气温度影响的术语。理想情况下，城市热岛是指在城市内某一特定位置发现的温度减去在同一位置测量的不存在城市的温度。由于这样的测量是不可能的，两种替代技术可用于评估热岛。热岛的大小可以通过同时测量一个城市地区和任何具有类似地理特征的附近地区之间的温差来近似。这种技术对于在任何给定时间确定热岛的大小和详细特征都是很好的，但这类信息不可用。超出casespecireg;c研究范围。第二种方法分析了城市内一个气象站和附近农村地区之间气候记录差异的趋势。这种方法将对热岛进行长期评估，但由于靠近记录站小气候，其评估热岛大小的能力有限。

城市热岛可以通过许多公认的机制发展。最显著的影响是城市内部人类活动直接释放的多余热量。这种效应被称为人为热释放，包括从汽车、家庭、工厂或任何其他人类来源释放的热量。城市表面特征的人为修改是热岛发展的第二个原因。其中一种表面改性剂包括城乡植被密度差异。植物的蒸散过程有助于冷却一个地区；因此，一个显著的城市植被dereg;cit可能导致更高的温度。此外，合成表面。APPLClimatol。64、39plusmn;47（1999）个城市的表面粗糙度、热导率和反照率各不相同；所有这些都会影响进入太阳辐射将热能转移到某个地区的方式。此外，任何空气污染层都会影响进入和受影响的太阳辐射之间的平衡，从而导致温度变化（Bowling，1984年）。这些机制的相对影响取决于所考虑的具体领域和情况。例如，阿拉斯加内陆寒冷、黑暗的冬天提供了一种独特的方式，可以消除几乎所有可能对城市热岛的太阳能或植物性贡献。因此，在亚北极冬季，应隔离人为热释放的相对暖化效应（Simmonds、Keay，1983年）。

对阿拉斯加州费尔班克斯的城市热岛的研究并不新鲜。Bowling和Benson（1978年）在20世纪70年代末根据上述reg;RST战略对热岛进行了深入研究。在一些案例研究中，他们发现，在某些条件下，市区和外围录音站之间可以形成高达11摄氏度的热岛。他们的研究是基于当地的温度探针和移动热电偶读数，这些读数是通过多次试验在整个城市进行的。他们最终证明了到20世纪70年代末，一个强大的城市热岛的存在，至少在正确的大气条件盛行的时候。

通过比较，我们的研究集中在综合气候记录的使用，以表征费尔班克斯热岛效应。特别是，热岛特征和变化被视为季节、温度、风速和云量的函数。在过去的49年里，阿拉斯加所有内陆地区的气温都急剧上升。这种大规模气候趋势的最佳历史记录来源于费尔班克斯的天气记录，但费尔班克斯记录中所看到的任何总体变暖都不能与单独研究费尔班克斯时不断增长的热岛效应隔离开来。因此，附近艾尔森空军基地的天气记录为探测和表征费尔班克斯热岛效应的气候标志提供了关键。只有与这些记录进行比较，我们才能正确地了解热岛本身的特征，或准确地描述阿拉斯加内陆经历的总体变暖趋势的性质。

1. 台站、气候和数据

阿拉斯加有三个主要的气候区域，分别是南部的阿拉斯加山脉和北部的布鲁克斯山脉，分别是南部的海洋、北部的苔原和内陆大陆。海区是一个气候温和的地区，以阿拉斯加山脉为界向北，包括潘汉德尔，阿拉斯加湾沿岸和阿留申群岛。多云的天空，连续的雨天，潮湿，多雾，偶尔刮起大风是典型的。大部分地区的年降水量很大，从库克入口的500毫米到锅柄的2300毫米不等。东南海岸每年可接收超过5000毫米的降雪，丰富的降雪为该地区的许多冰川提供了水源。夏季凉爽，冬季相对温和。

布鲁克斯山脉以北（北纬68度）是苔原地带，通常被称为北坡，冬季以连续数周的黑暗为标志，夏季带来持续的日光。冬天又冷又长，夏天又短又凉。北坡的风是中等到强烈的，因此在冬季减弱了地表的倒转，特别是与阿拉斯加内陆地区经历的强烈的半永久性冬季地表倒转相比。此外，这些强风产生极冷的寒风温度。当海岸线附近有开阔水域时，北冰洋的平流可以改善极端的冬季寒冷。一年中最热的月份低于10摄氏度，年平均降水量小于200毫米。

阿拉斯加州的内陆被定义为大陆区，位于阿拉斯加州山脉北部和布鲁克斯山脉南部，其特点是夏季短暂，相对温暖，冬季恶劣。该区年平均降水量约为300毫米。半年来，地面覆盖着积雪，积雪的深度约为一米。西风或西南风平流40 N.Magee等人来自白令海的温暖空气可能一次打破极端的冬季寒冷一周左右。然而，一月份的平均气温约为23摄氏度，在保护较深的山谷中，极端气温可能会低至51摄氏度或更低。与其他气候区不同的是，在冬季，当非常轻的风和大部分晴朗天空的延长时期盛行时，室内会发生强烈的地表逆温（Billello，1966年；Wendler和Jayaweera，1972年）。这些倒转作用将人为排放物限制在地表附近，从而提高城市热岛效应的程度。

在我们的研究中，我们研究了费尔班克斯和艾尔森空军基地（AFB）之间的气候趋势和差异（图1）。我们根据人口增长差异、相似的地理和地形、数据连续性和气候学选择这些站点。最初，我们还使用了阿拉斯加内陆的其他站点，即内纳纳纳、格里利堡、三角洲枢纽和塔纳纳纳。然而，艾尔森的气候数据与费尔班克斯的数据集最为相似。在图2中，费尔班克斯的城市增长通过人口快速增长来证明，该增长始于20世纪70年代的费尔班克斯，并在大部分研究期间持续。同时，在过去的十年里，艾尔森空军基地的人口保持相当稳定，除了1960年代末越南战争期间的一个短暂时期。两个车站都位于塔纳纳河谷，相距32公里，海拔35米。因为这两个观测站都位于山谷“oor”，因此都受到地表倒转的影响，在漫长的半北极冬季，地表附近每100米的下降率超过10摄氏度。

气象数据是从NCDC的地面航空小时观测记录（SA）中获得的。这些数据包括超过400000小时的观测，其中对1949年至1997年这两个台站进行了比较。艾尔森空军基地的记录在1971plusmn;72年被打破，当时无法获得任何观测结果，从1965plusmn;70年，费尔班克斯每天只能获得8个观测结果。到1950年，Fairbanks仪器公司位于Weeks Field，距离国际机场东北偏东6.5公里。1951年8月22日，费尔班克斯气象设备转移到新建机场。在接下来的40年里，传感器有了微小的重新定位和变化。HO6系列湿度温度计于1963年8月21日向东北偏东移动45米，然后于1984年11月5日被HO8系列所取代。1991年6月28日，由于除雪设备相关问题，仪器向东北方向移动了2公里。对于爱尔森空军基地，我们无法获得具体描述的空间站设备和位置；但是，在爱尔森空军基地与空军气象人员的讨论表明，气象传感器始终位于跑道的可视附近。

图 1 阿拉斯加内陆研究区地图，显示两个气象观测站的地形相似性和地理邻近性

图 2 费尔班克斯和艾尔森空军基地的人口统计。费尔班克斯的人口增长了大约500%，而艾尔森的人口几乎是静止的。1960年以前没有关于艾尔森人口的数据。

图 3 1949-1997年费尔班克斯和艾尔森空军基地的年气温、云量和风速。注意两个气候站的条件非常相似

在图3中，风速、云层覆盖和温度的长期月平均值显示两个站的气候几乎相同。Fairbanks在4月至10月间比Eielson AFB稍多风，而Eielson AFB在一年中的大部分时间里比Fairbanks多云。每年，费尔班克斯的平均气温比艾尔森高0.33摄氏度。

1. 结果

我们研究了费尔班克斯和艾尔森空军基地之间的温度和温差的时间序列，并持续了所有小时，与天气条件无关。通过从费尔班克斯城市温度中减去艾尔森AFB农村温度，随着时间序列的增加，温差表明热岛效应越来越大。尽管每年的温度差异出现了相当大的分散，但数据显示费尔班克斯热岛的增长，特别是在冬季。

图4突出显示了整个时期发现的大范围冬季变暖趋势。Fairbanks和Eielson的回归线出现分歧，表明Fairbanks的最低和最高温度都比Eielson的上升更快。这意味着费尔班克斯城市热岛的发展。在图5中，生长的热岛（冬季平均温差）绘制在费尔班克斯的人口图上。人口数量是费尔班克斯能源消耗的近似值。这不一定是线性关系，因为房屋的大小和汽车的相对数量随着时间的推移而增加，这将导致加速增长。另一方面，增加建筑物的绝缘，降低汽车的燃料消耗和城市蔓延将减少影响。从图5可以看出，数据中存在大量的分散。发现相关系数为0.274，通过应用双尾置信度测试，计算出0.93的水平。在人口达到15000人之前，没有观察到热岛效应的增加。增长最强劲的时期是1970年至1990年，这是增长最大的时期。最近，增长速度有所放缓，这可能是由于该镇向周围的山丘蔓延，或者可能是由于1991年气象站的搬迁。

图 4 1949-1997年间费尔班克斯和艾尔森冬季气温的趋势分析。请注意，两个站点的温度都随时间而升高，Fairbanks的温度升高幅度大于Eielson的温度升高幅度，而Minima的影响大于Maxima。

图 5 Fairbanks减去Eielson的冬季温差是根据Fairbanks居民的数量绘制的。注意温度差随人口增加而增加。

对于年份和每个季节，表1提供了描述总体变暖趋势幅度的值，并隔离了可归因于费尔班克斯热岛效应的变暖趋势部分。除秋季外，所有季节都经历了SIGNIreg;无法整体变暖和一些城市热岛效应的增长，冬季热岛的增长幅度最大。在冬季，近50年来费尔班克斯大范围冬季变暖的20%可归因于热岛的增长。在秋季，两个站的趋势线显示相同的下降，很少有明显的费尔班克斯热岛迹象。Chapman和Walsh（1993）对1961-1990年北极地区和Curtis等人的秋季气温下降趋势进行了验证。（1998）对于巴罗和巴特岛，阿拉斯加，1949-1988年。

表 1 Fairbanks和Eielson空军基地1949-1997年平均最高和最低气温（℃）趋势

通过分析公认的热岛机制的季节相关性，可以解释季节性热岛增长值的不同幅度。在春季和秋季，人为热污染仍然是次要的，而增加日光需要考虑其他与太阳有关的原因，如蒸散和表面特征。夏季，人为热损失与太阳辐射暖化强度相比意义不大。与污染、地表特征和植被相关的机制随着长时间的日光照射而最大化。冬季的几个月隔离了人为热损失的影响，因为短时间内太阳活动几乎可以忽略不计。由于高纬度冬季的太阳辐射加热非常微弱，热岛应该变得特别强烈。由于冬季频繁发生强烈的地面倒转，预计冬季热岛强度进一步提高（Wendler和Nicpon，1975）。地表温度的倒转有助于将热量和污染集中在地表附近，这表明冬季热岛的强度进一步增大。由于通过非冬季温差得出的最小二乘线性趋势显示出较低的热岛效应增长（表1），因此应假设费尔班克斯不够大，或生长不足，导致夏季热岛发生剧烈变化。

人们预计，平静的风和夜晚晴朗的天空将促进热岛的强度。在这些条件下，特别是在冬季，强烈的地表倒转发生。因此，人为余热的浮力输送被抑制了。在城市热岛模型（Oke，1973年）中，风速是热岛水平的关键决定因素。中高风速促进混合，导致热岛扩散，固有地降低了热岛发展的可能性。低风速使热量在表面附近积聚，而无需大量混合。特别是，低风速和地面倒转可以很有效地结合起来捕捉热量（或污染物）。此外，在暗的亚北极冬季，云层在能量平衡中起着非常重要的作用。由于长波辐射损失，晴朗的天空条件会产生热量俘获，强烈的地表倒转。表2 conreg;rms两种预期关系，表明费尔班克斯热岛强烈依赖于风和云条件。正如所料，在每个季节，当风速超过2 m/s时，费尔班克斯观测到的热岛显著下降，冬季月份的影响最大。热岛对云量的依赖程度并没有那么明显，但正如预期的那样，晴朗到多云的天气比多云或多云的天气更适合热岛。

表 2 按季节和年份划分的热岛效应的大小差异

图 6 Fairbanks和Eielson的三月气温在观测期的前20年和最后20年的日变化。只有当两个观测站都经历了小风和晴朗或部分多云的情况时，才选择数据。光和暗阴影区域分别代表过去20年和前20年的热岛强度。夜间光照阴影区最大，说明在没有太阳辐射的情况下，热岛效应最为明显。

图6显示了从该时期的前20年到过去20年的热岛生长的日变化。这表明，热岛在夜间条件下经历了

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