金 凱 ，王 飛，夏 磊，穆興民

doi：10.7515/JEE201503006

華北地區(qū)均一化地面氣溫序列中的城市化影響檢測

金 凱1，2，王 飛1，3，4，夏 磊3，4，穆興民1，3，4

（1.西北農(nóng)林科技大學(xué) 水土保持研究所，楊凌 712100；2.陜西省土地工程建設(shè)集團(tuán)，西安 710000；3.中國科學(xué)院水利部水土保持研究所，楊凌 712100；4.中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049）

應(yīng)用華北地區(qū)30座大城市及其附近31個氣象站的城市統(tǒng)計資料、DMSP/OLS夜間燈光數(shù)據(jù)和均一化歷史氣溫數(shù)據(jù)，分析了城市熱島（UHI）對氣象站地面氣溫序列的影響。結(jié)果表明：（1）1955—2004年和1975—2004年華北地區(qū)31個氣象站的年平均氣溫分別升高了1.40℃和1.38℃，平均增溫速率分別為0.28℃·10a-1和0.46℃·10a-1，但不同臺站間的增溫速率相差很大；（2）各氣象站間氣溫變化的差異與城市化進(jìn)程關(guān)系密切，尤其是城市規(guī)模的擴(kuò)大和臺站與城市距離的縮??；（3）城市化對城市附近區(qū)域氣溫的影響在1975年之前整體較弱，之后則迅速增強(qiáng)，1975—2004年各氣象站的城市影響指數(shù)（Uii）平均增加7.5％；（4）近50 a和近30 a來，城市化增溫貢獻(xiàn)率分別達(dá)19％和23％，城市熱島已嚴(yán)重影響了城市附近區(qū)域的氣溫變化。本研究建議在應(yīng)用均一化歷史氣溫數(shù)據(jù)之前，應(yīng)對城市化影響偏差給予考慮。

華北地區(qū)；城市熱島；城市化；氣溫變化

城市化是土地利用變化中最為顯著的過程（Pielke，2005）。土地利用類型、植被覆蓋度以及地表反照率等下墊面性質(zhì)的改變，嚴(yán)重影響了城市的溫度、風(fēng)速和風(fēng)向等環(huán)境氣象要素（周軍芳等，2012），其中，城市熱島（簡稱為UHI）是城市化影響氣溫變化的最主要表現(xiàn)形式（唐國利等，2008）。近年來，許多學(xué)者基于均一化歷史氣溫資料開展了多項(xiàng)研究，而對氣溫資料的均一化處理，在很大程度上還原了城市站地面氣溫觀測記錄中的城市化影響偏差（李嬌等，2014；Zhang et al，2014），準(zhǔn)確評估均一化地面氣溫序列中的城市化影響偏差并予以合理訂正，是目前亟待解決的問題。

一些研究（Ren et al，2008；唐國利等，2008；吳凱和楊修群，2013）已證實(shí)UHI對城市氣溫的顯著影響，并對地面氣溫序列中的城市化影響偏差做了訂正。例如，Hua et al（2008）應(yīng)用城鄉(xiāng)站對比法，發(fā)現(xiàn)1961—2000年UHI對我國大城市氣象站冬季平均最低氣溫的增溫貢獻(xiàn)達(dá)0.74 K。Zhou et al（2004）采用地面氣溫觀測資料與NCEP/NCAR再分析資料（R-1）對比的方法，發(fā)現(xiàn)1979—1998年城市化對我國平均氣溫的增溫貢獻(xiàn)為0.05℃·10a-1。然而，由于所用方法的不同以及其中存在的不確定性因素（例如臺站的遴選及分類標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一），目前的研究結(jié)果仍存在很大差異（Li et al，2004；Ren et al，2008；唐國利等，2008；張愛英等，2010；吳凱和楊修群，2013）。而且，改革開放以來我國城市化發(fā)展迅速，城市化對環(huán)境氣象要素的影響已經(jīng)由城市內(nèi)部延伸至周邊區(qū)域，尤其是UHI對氣溫變化的影響最為深遠(yuǎn)，這其中伴隨著一系列相關(guān)因素的變化，單純地運(yùn)用氣溫序列對比的方法進(jìn)行研究并不全面。

曹愛麗等（2008）發(fā)現(xiàn)上海市UHI強(qiáng)度與建成區(qū)面積之間存在顯著的線性相關(guān)。Khandelwal et al（2011）認(rèn)為地面氣溫與探測點(diǎn)到UHI中心的距離呈極顯著負(fù)相關(guān)。鄭祚芳等（2012）發(fā)現(xiàn)北京市區(qū)上游來風(fēng)會促使城市下風(fēng)向近郊區(qū)的氣溫升高0.5～2℃?？梢?，在分析UHI對城市附近地區(qū)環(huán)境氣溫變化的影響時，城市規(guī)模、氣象站與城市位置關(guān)系以及風(fēng)向因素必須予以考慮，目前卻鮮有人綜合以上因素進(jìn)行專門研究。

鑒于此，本研究綜合上述三種因素，并基于《中國近50年均一化歷史氣溫數(shù)據(jù)集》，對1955—2004年和1975—2004年華北地區(qū)大城市站均一化地面氣溫序列中的城市化影響進(jìn)行了檢測和評估，目的在于揭示UHI對城市附近區(qū)域氣溫變化的影響，以期更加深入地了解城市化對周邊地區(qū)環(huán)境的影響。

1 研究區(qū)域與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

1.1 研究區(qū)域

本研究以我國人口密集、城市化水平相對較高的華北地區(qū)為研究對象，參考周雅清和任國玉（2009）的研究，將其定義為33°～41°N，110°～120°E所限定的范圍（圖1）。這與我國地理分區(qū)中的華北地區(qū)不同，前者主要包括內(nèi)蒙古中南部、山西、河北、北京、天津以及河南北部、安徽北部、江蘇北部和山東的絕大部分地區(qū)。其中，青島市轄區(qū)雖部分在120°E以東，但作為山東省主要城市之一，本研究仍將其考慮在內(nèi)。

1.2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

城市化資料采用中國統(tǒng)計信息網(wǎng)（http://www.tjcn.org/）提供的《中國城市統(tǒng)計年鑒2005》，它記錄了2004年末中國主要城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展指標(biāo)、城市建設(shè)指標(biāo)等信息，本研究主要使用城市非農(nóng)業(yè)人口和建成區(qū)面積數(shù)據(jù)。氣象資料采用中國氣象數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)（http://cdc.cma.gov.cn/home.do）提供的《全國地面氣候資料日值數(shù)據(jù)集》和《中國近50年均一化歷史氣溫數(shù)據(jù)集》。后者經(jīng)過嚴(yán)格的質(zhì)量控制和均一性檢驗(yàn)訂正，質(zhì)量狀況良好且數(shù)據(jù)完整。所用氣象數(shù)據(jù)包括每日最大風(fēng)速風(fēng)向和年平均氣溫（下文簡稱為T）。夜間燈光遙感數(shù)據(jù)由美國國家海洋和大氣管理局（National Oceanic and A tm ospheric Adm inistration，NOAA）下屬的國家地球物理數(shù)據(jù)中心（National Geophysical Data Center，NGDC，http://www.ngdc.noaa.gov/dmsp/download.htm l）提供，此數(shù)據(jù)來源于美國軍事氣象衛(wèi)星（Defense Meteorological Satellite Program，DMSP）搭載的OLS（Operational Linescan System）傳感器。目前，已有的由OLS傳感器獲取的夜間燈光遙感圖像的數(shù)字產(chǎn)品包括3種：輻射定標(biāo)平均燈光強(qiáng)度圖像、非輻射定標(biāo)平均燈光強(qiáng)度圖像和穩(wěn)定燈光圖像。本研究利用2004年的穩(wěn)定燈光圖像數(shù)據(jù)提取城市區(qū)域，其空間分辨率為1 km。

圖1 華北地區(qū)31個國家基本、基準(zhǔn)氣象站附近城市的空間分布Fig.1 Location of cities nearby 31 national reference and basic meteorological stations in North China

2 研究方法

2.1 氣象站遴選

人口規(guī)模通常是衡量城市規(guī)模的決定性指標(biāo)。參照《中華人民共和國城市規(guī)劃法》對城市等級的規(guī)定，將市轄區(qū)非農(nóng)業(yè)人口超過20萬、不滿50萬的城市定義為中等城市，非農(nóng)業(yè)人口超過50萬、不滿100萬的城市定義為大城市，非農(nóng)業(yè)人口超過100萬的城市定義為超大城市。本研究將中等及以上規(guī)模城市作為研究對象，對城市及氣象站做如下篩選：（1）根據(jù)2004年末人口數(shù)據(jù)，在中國大陸遴選市轄區(qū)非農(nóng)業(yè)人口超過20萬的城市，共計240座；（2）選擇位于以上城市附近的國家基本、基準(zhǔn)地面氣象觀測站，共計151個，根據(jù)經(jīng)緯度進(jìn)一步劃分出華北地區(qū)的氣象站，共計38個；（3）選擇氣溫記錄時長包含1955—2004年（共計50 a）的氣象站及其附近城市。最終，共遴選城市30座、臺站31個（圖1），其中，包括天津市附近2個國家站，即天津站和塘沽站。

2.2 城市中心確定

基于DMSP/OLS夜間燈光遙感數(shù)據(jù)，采用經(jīng)驗(yàn)閾值法在ArcGIS 10.0軟件中提取城市區(qū)域，將提取的城市區(qū)域柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為多邊形矢量數(shù)據(jù)，并獲取多邊形的幾何中心，定義為城市中心。其中，參照舒松等（2011）的研究，將超大城市、大城市及中等城市的閾值分別設(shè)定為55、50和40。

2.3 城市影響指數(shù)及相關(guān)定義

本研究定義了若干專用術(shù)語，用來描述和理解城市與氣象站的空間關(guān)系，以及城市對附近區(qū)域氣溫的影響，具體如下：城市影響指數(shù)（Urban impact indicator，簡稱為Uii），指城市熱島對城市附近氣象站地面氣溫的影響程度，單位％（Jin et al，2015）；距離系數(shù)（簡稱為D），指氣象站到城市中心的距離（d）與城市半徑（r）的比值，當(dāng)D ＞ 1時，表明氣象站在城市外部，當(dāng)D ＜ 1時，表明氣象站在城市內(nèi)部；城市化增溫，指由城市熱島效應(yīng)引起的城市附近氣象站地面氣溫的升溫幅度；城市化增溫貢獻(xiàn)率，指城市化增溫在城市附近臺站氣溫趨勢變化中所占的比率，即城市化增溫與全部增溫的比值；ΔUii和ΔUii′，分別指城市附近臺站近50 a來（1955—2004年）和近30 a來（1975—2004年）的Uii增幅；ΔD和ΔD′，分別指近50 a來和近30 a來D的變化幅度；ΔT和ΔT ′，分別指氣象站近50 a來和近30 a來的全部升溫幅度。

Uii的計算考慮了城市規(guī)模、氣象站與城市相對位置、風(fēng)向因素。其中，以市轄區(qū)建成區(qū)面積表征城市規(guī)模的大小，以日最大風(fēng)速的風(fēng)向作為當(dāng)日主風(fēng)向，分別計算了各氣象站1955年、1975年和2004年3個時期的Uii值。以氣象站1995—2004年（共10 a）風(fēng)向數(shù)據(jù)的平均值作為各風(fēng)向的風(fēng)頻，并繪制風(fēng)向玫瑰圖。圖2a和圖2b分別展示了氣象站在城市外部和在城市內(nèi)部的情形，Uii具體計算公式見圖2注解。

鑒于上世紀(jì)50年代和70年代的城市數(shù)據(jù)缺失嚴(yán)重，而2004年的城市數(shù)據(jù)較為完整，本研究以北京、西安、濟(jì)南為代表，通過資料查詢，計算3座城市2004年末與1955年末建成區(qū)面積的平均比值（8.9倍），以此估算其他城市1955年末的面積；計算3座城市2004年末與1975年末建成區(qū)面積的平均比值（5.4倍），以此估算其他城市1975年末的面積。

圖2 天津市（a）及鄭州市（b）2004年城市區(qū)域、城市中心及氣象站風(fēng)向玫瑰圖Fig.2 Urban area，city center and w ind directions and frequencies of Tianjin （a） and Zhengzhou （b） meteorological stations in 2004注：風(fēng)向采用16方位法統(tǒng)計，由i表示（i =1，2…16；其中，1代表正北）；城市輪廓：以城市中心為圓心，將城市形狀概化為與建成區(qū)面積相等的圓；Ki：風(fēng)頻系數(shù)；Fi：風(fēng)頻（％）；L1：城市區(qū)域沿某一風(fēng)向?qū)庀笳镜挠绊戦L度（km）；L2：氣象站沿某一風(fēng)向到城市邊緣的距離（km），氣象站在城市內(nèi)部時，L2等于0；Lmax：最大影響長度（km），利用Lmax可以對Ki進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。Note：Wind directions are indicated using i （i=1，2…16，in which 1 is North）；Outline of city：simpli f ed city shape w ith surface area equal to the built-up land area，and considering circle center as the city center；Ki：Coef f cient of w ind frequency；Fi：Wind frequency，in ％；L1：impact of the urban area on meteorological station along one certain w ind direction，in km；L2：The distance from meteorological station to city boundary along one certain w ind direction，in km，it would be zero if the station is located in city；Lmax：The maximum impact length among 31 stations，in km.Using the maximum impact length，Kican be standardized.

2.4 城市化影響

分別計算31個臺站的ΔUii和ΔUii′；運(yùn)用一元線性回歸方程分別計算近50 a和近30 a來的升溫速率，并計算ΔT和ΔT′；分別建立31個氣象站ΔUii與ΔT以及ΔUii′與ΔT′的線性關(guān)系方程，并將ΔUii和ΔUii′的平均值分別帶入擬合方程（常數(shù)設(shè)置為0），求出近50 a及近30 a來的城市化增溫，城市化增溫與全部升溫幅度的比值即為城市化增溫貢獻(xiàn)率。

3 結(jié)果

3.1 氣象站記錄的氣溫變化

近50 a來，華北地區(qū)31個氣象站T的平均升溫速率和升溫幅度分別為0.28℃·10a-1和1.40℃（表1），近30 a來T的升溫趨勢更為顯著，平均升溫速率和升溫幅度分別為0.46℃·10a-1和1.38 ℃。

表1 華北地區(qū)各城市及附近氣象站各要素的描述性統(tǒng)計Table 1 Descriptive statistics of selected characteristics of meteorological stations and cities in North China

近50 a來和近30 a來華北地區(qū)31個氣象站的增溫速率均存在較大差別，但兩階段中增溫速率均呈北高南低的分布格局（圖3）。近50 a來，僅有5個氣象站的增溫速率超過0.4℃·10a-1，最快為0.54℃·10a-1（圖3a），均分布在37°N以北地區(qū)；增溫速率小于0.2℃·10a-1的氣象站有9個，均分布在37°N以南地區(qū)，最慢為0.12℃·10a-1。近30 a來，大多數(shù)氣象站的增溫速率超過了0.4℃·10a-1（圖3b），其中有3個氣象站的增溫速率超過0.6℃·10a-1，最快為0.67℃·10a-1；僅安陽站的增溫速率小于0.2℃·10a-1。

3.2 城市化及其對氣溫記錄的影響

近幾十年來華北地區(qū)的城市規(guī)模擴(kuò)展迅速（見表1）。其中，近50 a來，城市半徑平均增加了4 km，建成區(qū)面積平均擴(kuò)大了134 km2；近30 a來，城市半徑平均增加了3 km，建成區(qū)面積平均擴(kuò)大了122 km2?？梢姡芯繒r段的前20 a華北地區(qū)城市發(fā)展緩慢，后30 a為快速城市化階段。

此外，近50 a來和近30 a來距離系數(shù)分別減小了2.0和1.2，表明臺站與城市中心的距離在逐漸縮小，甚至一些氣象站已“遷移”到城市內(nèi)部。實(shí)質(zhì)上，這并非是氣象站的位置變化所致，而是由于近幾十年來城市的發(fā)展和人口的增加，促使城市建設(shè)占據(jù)了周圍的農(nóng)村土地，使得相當(dāng)一部分原本在農(nóng)村區(qū)域的鄉(xiāng)村站轉(zhuǎn)變?yōu)槌鞘姓尽?/p>

華北地區(qū)31個氣象站主要統(tǒng)計量的相關(guān)性分析結(jié)果見表2。其中，ΔD與ΔT、ΔD′與ΔT′之間均存在顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系（P ＜ 0.05）；Δr′與ΔT′、ΔAu′與ΔT′之間也存在較顯著的正相關(guān)關(guān)系（P ＜ 0.1）。可見，距離城市越近，臺站的升溫幅度越大；城市規(guī)模越大，臺站的氣溫升幅越大，說明UHI的強(qiáng)度與城市規(guī)模相關(guān)，且UHI對城市附近區(qū)域氣溫的影響與其到城市的距離密切相關(guān)。

圖4為華北地區(qū)31個氣象站1955、1975和2004年3期的城市化影響指數(shù)（Uii）分布圖。顯然，1955年僅呼和浩特站的Uii超過5％；1955—1975年僅新鄉(xiāng)站Uii增幅較為明顯；1975年以來，多數(shù)臺站Uii出現(xiàn)顯著增加，至2004年有6個臺站Uii超過15％?？梢姡谘芯繒r段的前20 a城市化對城市附近臺站的影響較為微弱，在后30 a城市化影響迅速增強(qiáng)，50 a來的Uii平均增幅達(dá)8％（表1）。Uii的迅速增加意味著城市發(fā)展已經(jīng)嚴(yán)重影響了附近氣象站對氣溫變化的記錄，而不同臺站間Uii值的巨大差異表明不同臺站的氣溫序列中城市化影響偏差的差異。

表2 華北地區(qū)31個氣象站及附近城市各要素的相關(guān)性檢驗(yàn)Table 2 The results of Pearson correlation test of 31 meteorological stations and cities in North China

圖4 華北地區(qū)31個氣象站1957年（a）、1975年（b）年和2004年（c）Uii值的空間分布Fig.4 Values of Uii of 31 meteorological stations over the North China in recent 50 years （a） and 30 years （b）

3.3 城市化對地面氣溫序列變化的影響

對華北地區(qū)31個臺站Uii增幅與T增幅的線性相關(guān)分析見圖5。近50 a來，ΔUii與ΔT的線性擬合方程為y=0.032x + 1.158；近30 a來，ΔUii′和ΔT′的線性擬合方程為y′=0.043x + 1.046。兩個一元線性回歸方程均通過了0.01的顯著性水平檢驗(yàn)，表明ΔUii與ΔT、ΔUii′和ΔT′之間均存在極顯著的正相關(guān)關(guān)系。分別將ΔUii和ΔUii′的平均值帶入上述方程（常數(shù)設(shè)置為0），經(jīng)計算，近50 a和近30 a來31個城市/郊區(qū)站T的平均城市化增溫分別為0.27 ℃和0.32 ℃，由于兩階段T的全部增溫分別為1.40 ℃和1.38 ℃，城市化增溫貢獻(xiàn)率分別為19％和23％。

圖5 氣象站近50 a來和近30 a來Uii增幅與T增幅的線性關(guān)系注：ΔUii和ΔUii′分別代表近50 a來和近30 a來的Uii增幅；ΔT和ΔT′分別代表近50 a來和近30 a來的全部升溫幅度。Fig.5 Relationships between ΔUii and ΔT and between ΔUii′ and ΔT′Note：ΔUii and ΔUii′ indicate the magnitude of increase of Uiiduring the recent 50 years and 30 years，respectively；ΔT and ΔT′ indicate the magnitude of total warming during the recent 50 years and 30 years，respectively.

4 討論

基于經(jīng)均一性訂正的氣象數(shù)據(jù)及城市化影響指數(shù)（Uii），本研究發(fā)現(xiàn)華北地區(qū)近50 a和近30 a來由UHI引起的大城市附近臺站的增溫分別為0.27℃和0.32℃，增溫貢獻(xiàn)率分別為19％和23％。周雅清和任國玉（2005）發(fā)現(xiàn)華北地區(qū)1961—2000年由熱島效應(yīng)引起的國家基本、基準(zhǔn)站年平均氣溫增暖為0.11℃·10a-1，這與本研究所得1975—2004年的城市化增溫率相當(dāng)，但城市化增溫貢獻(xiàn)率高于本研究的結(jié)果。此外，Zhou et al （2004）將東南地區(qū)氣象站的地面氣溫觀測數(shù)據(jù)與NCEP/NCAR再分析資料進(jìn)行對比分析，發(fā)現(xiàn)1979—1998年該地區(qū)平均地表氣溫受到城市化的影響顯著，近20 a來由城市化引起的增溫速率為0.05℃·10a-1。可見，目前的研究均承認(rèn)城市化的影響在區(qū)域尺度上是不可忽略的，但結(jié)果存在顯著差異。

張愛英等（2010）利用我國614個國家級氣象站和138個參考站分析了近40 a來的城市化影響偏差，發(fā)現(xiàn)我國大陸平均城市化增溫貢獻(xiàn)率為27.33％，高于本研究的結(jié)果。然而，Li et al（2004）采用均一性訂正后的氣象資料對我國UHI進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)近50 a來城市化增溫不足0.06℃，這可能是由于其將國家站中的小城市（鎮(zhèn)）站作為參考站，從而降低了對UHI的估算。Hua et al（2008）將中國大陸191個未經(jīng)歷遷站的城市站按人口數(shù)量分為三類，以附近人口小于10萬的臺站作為參考站，發(fā)現(xiàn)1961—2000年大城市站年平均氣溫的城鄉(xiāng)差異為0.35℃。以上結(jié)果的差異除與研究區(qū)域及序列年代長度的不同有關(guān)，與參考站的選擇更是密切相關(guān)，包括遴選標(biāo)準(zhǔn)及臺站數(shù)量的確定。

本研究還發(fā)現(xiàn)城市規(guī)模、氣象站與城市的相對位置關(guān)系是決定UHI造成不同城市附近臺站溫度變化差異的重要因素。彭保發(fā)等（2013）也認(rèn)為熱島強(qiáng)度的增加與城市的建成區(qū)面積擴(kuò)大有密切的聯(lián)系。Knight et al（2010）則發(fā)現(xiàn)在Manchester城市附近觀測到的氣溫數(shù)值與觀測點(diǎn)到城市中心的距離呈反比，這與本研究的結(jié)果一致。因此，本研究所應(yīng)用的方法不僅具體考慮了臺站與城市的相對位置關(guān)系，而且將風(fēng)向因素與城市規(guī)模結(jié)合起來，能夠更準(zhǔn)確地描述和評估UHI對城市附近臺站的氣溫變化影響。

5 結(jié)論

（1）近50 a來華北地區(qū)城市氣象站觀測的氣溫序列升溫顯著，而近30 a來的升溫速率更為迅速，兩階段的平均升溫速率分別為0.28℃·10a-1和0.46℃·10a-1。

（2）城市附近區(qū)域氣溫受UHI的影響程度與城市規(guī)模、到城市的距離密切相關(guān)。城市附近氣象站記錄的氣溫變化受城市化的影響在1975年以后迅速增強(qiáng)，1975—2004年各氣象站的Uii增幅平均為7.5％。

（3）華北地區(qū)大城市附近氣象站均一化氣溫序列中的城市化影響偏差很大，近50 a和近30 a來31個氣象站的城市化增溫分別達(dá)0.28℃和0.34℃，城市化增溫貢獻(xiàn)率分別達(dá)19％和23％。

曹愛麗，張 浩，張 艷，等.2008.上海近50年氣溫變

化與城市化發(fā)展的關(guān)系[J].地球物理學(xué)報，51（6）：1663-1669.[Cao A L，Zhang H，Zhang Y，et al.2008.Decadal changes of air temperature in Shanghai in recent 50 years and its relation to urbanization [J].Chinese Journal of Geophysics，51（6）：1663-1669.]

李 嬌，任國玉，任玉玉，等.2014.資料均一化對沈陽站氣溫趨勢和城市化偏差分析的影響[J].大氣科學(xué)學(xué)報，37（3）：297-303.[Li J，Ren G Y，Ren Y Y，et al.2014.Effect of data homogenization on temperature trend estimation and urban bias at Shenyang station [J].Transactions of Atmospheric Sciences，37（3）：297-303.]

彭保發(fā)，石憶邵，王賀封，等.2013.城市熱島效應(yīng)的影響機(jī)理及其作用規(guī)律——以上海市為例[J].地理學(xué)報，68（11）：1461-1471.[Peng B F，Shi Y S，Wang H F，et al.2013.The impacting mechanism and laws of function ofurban heat islands effect：A case study of Shanghai [J].Acta Geographica Sinica，68（11）：1461-1471.]

舒 松，余柏蒗，吳健平，等.2011.基于夜間燈光數(shù)據(jù)的城市建成區(qū)提取方法評價與應(yīng)用[J].遙感技術(shù)與應(yīng)用，26（2）：169-176.[Shu S，Yu B L，Wu J P，et al.2011.M ethods for deriving urban built-up area using nightlight data：Assessment and application [J].Remote Sensing Technology and Application，26（2）：169-176.]

唐國利，任國玉，周江興.2008.西南地區(qū)城市熱島強(qiáng)度變化對地面氣溫序列影響[J].應(yīng)用氣象學(xué)報，19（6）：722-730.[Tang G L，Ren G Y，Zhou J X.2008.Change of urban heat island intensity and its effect on surface mean air temperature records in Southwest China [J].Journal of Applied Meteorological Science，19（6）：722-730.]

吳 凱，楊修群.2013.中國東部城市化與地面非均勻增暖[J].科學(xué)通報，58（8）：642-652.[Wu K，Yang X Q.2013.Urbanization and heterogeneous surface warming in eastern China [J].Chinese Science Bulletin，58（8）：642-652.]

張愛英，任國玉，周江興，等.2010.中國地面氣溫變化趨勢中的城市化影響偏差[J].氣象學(xué)報，68（6）：957-966.[Zhang A Y，Ren G Y，Zhou J X，et al.2010.On the urbanization effect on surface air temperature trends over China [J].Acta Meteorologica Sinica，68（6）：957-966.]

鄭祚芳，高 華，王在文，等.2012.城市化對北京夏季極端高溫影響的數(shù)值研究[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報，21（10）：1689-1694.[Zheng Z F，Gao H，Wang Z W，et al.2012.Numerical simulation for the urbanization effects on a heat wave eventaround Beijing city [J].Ecology and Environmental Sciences，21（10）：1689-1694.]

周軍芳，范紹佳，李浩文，等.2012.珠江三角洲快速城市化對環(huán)境氣象要素的影響[J].中國環(huán)境科學(xué)，32（7）：1153-1158.[Zhou J F，F(xiàn)an S J，Li H W，et al.2012.Impact of urbanization on meteorological factors in Pearl River Delta [J].China Environmental Science，32（7）：1153-1158.]

周雅清，任國玉.2005.華北地區(qū)地表氣溫觀測中城鎮(zhèn)化影響的檢測和訂正[J].氣候與環(huán)境研究，10（4）：743-753.[Zhou Y Q，Ren G Y.2005.Identifying and correcting urban bias for regional surface air temperature series of North China over period of 1961—2000 [J].Climatic and Environmental Research，10（4）：743-753.]

周雅清，任國玉.2009.城市化對華北地區(qū)最高、最低氣溫和日較差變化趨勢的影響[J].高原氣象，28（5）：1158-1166.[Zhou Y Q，Ren G Y.2009.The effect of urbanization on maximum，m inimum temperatures and daily temperature range in North China [J].Plateau Meteorology，28（5）：1158-1166.]

Hua L J，Ma Z G，Guo W D.2008.The impact of urbanization on air temperature across China [J].Theoretical and Applied Climatology，93：179-194.

Jin K，Wang F，Chen D L，et al.2015.Assessment of urban effect on observed warm ing trends during 1955—2012 over China：a case of 45 cities [J].Climatic Change，doi：10.1007/s10584-015-1446-7.

Khandelwal S，Goyal R，Kaul N，et al.2011.Study of land surface temperature variations w ith distance from hot spots for urban heat island analysis [J].Geospatial World Forum，Theme Dimensions and Directions of Geospatial Industry，18-21.

Knight S，Sm ith C，Roberts M.2010.Mapping Manchester's urban heat island [J].Weather，65（7）：188-193.

Li Q，Zhang H，Liu X，et al.2004.Urban heat island effect on annual mean temperature during the last 50 years in China [J].Theoretical and Applied Climatology，79（3-4）：165-174.

Pielke R A.2005.Land use and climate change [J].Science，310：1625-1626.

Ren G Y，Zhou Y Q，Chu Z Y，et al.2008.Urbanization effects on observed surface air temperature trends in North China [J].Journal of Climate，21：1333-1348.

Zhang L，Ren G Y，Ren Y Y，et al.2014.Effect of data homogenization on estimate of temperature trend：A case of Huairou station in Beijing Municipality [J].Theoretical and Applied Climatology，115（3）：365-373.

Zhou L M，Robert E D，TianY H，et al.2004.Evidence for a significant urbanization effecton climate in China [J].PNAS，101（26）：9540-9544.

Identifying urban bias for homogenized surface air tem perature series of the North China

JIN Kai1，2，WANG Fei1，3，4，XIA Lei3，4，MU Xing-m in1，3，4
（1.Institute of Soil and Water Conservation，Northwest A＆F University，Yangling 712100，China;
2.Shaanxi Land Construction Group，Xian 710000，China;
3.Institute of Soil and Water Conservation，Chinese Academy of Sciences and M inistry of Water Resources，Yangling 712100，China；4.University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China）

Based on the annual statistics and the DMSP/OLS nighttime light data of 30 large cities and the homogenized historical temperature data of 31 meteorological stations close to the cities over the North China，the impact of Urban Heat Island （UHI） on the surface air temperature series observed by meteorological stations was analyzed.The results showed that the average annual mean temperature of the 31 meteorological stations warmed up to 1.40℃ and 1.38℃ during 1955—2004 and 1975—2004，and the average warm ing trends were 0.28℃·10a-1and 0.46℃·10a-1during 1955—2004 and 1975—2004，respectively，but the warm ing trends of 31 meteorological stations had regional differences.Such differences closely related to the process of urbanization of cities，especially to the extension of urban and the shortening of distance between station and city center.The impact of urbanization on regional temperature close to cities was weak before 1975，but it rapidly increased subsequently.The average urban impact indicator （Uii） increased 7.5％ during 1975—2004.The contributions of urbanization to the warming were up to 19％ and 23％ in the recent 50 years and 30 years respectively，which indicated thatUHI had greatly affected the observed temperature at stations close to cities.The research suggests that the urban bias should be considered before using the homogenized historical temperature data.

North China；Urban Heat Island （UHI）；urbanization；temperature change

P423.3

A

1674-9901（2015）03-0180-08

2015-01-07

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（41171420）；中國科學(xué)院知識創(chuàng)新工程重點(diǎn)部署項(xiàng)目（KZZD-EW-04）；中國科學(xué)院西部之光人才培養(yǎng)計劃聯(lián)合學(xué)者項(xiàng)目（[2013]165）；科技基礎(chǔ)性工作專項(xiàng)（2014FY210100）

王 飛，E-mail：wafe@ms.iswc.ac.cn