0577-6619/2012/70(3)-0338-53 Acta Meteorologica Sinica气象学报 城市热岛效应的研究进展与展望 寿亦萱12张大林23 SHOU Yixuan. 2 ZHANG Da-Lin23 1.中国气象局中国遥感卫星辐射测量和定标重点开放实验室,国家卫星气象中心,北京,100081 2.南京信息工程大学气象灾害省部共建教育部重点实验室,南京,210044 3.美国马里兰大学大气海洋科学系,2074 1. Key laboratory of Radiometric Calibration and validation for Environmental Satellites, China meteorologica Administration(LRCVES/CMA) National Satellite Meteorological Center, Beijing 100081, china 2. Key laboratory of Meteorological Disaster of Ministry of education, NUISt, Nanjing 210044, China 3. De partment of Atmos pheric and Oceanic Science, University of Maryland, College Park, Maryland 20742, USA 2010-03-04收稿,2010-09-27改回 in,Zhang Da-Lin. 2012. Recent advances in understanding urban heat island effects with some future prospects. Acta Meteorologica Sinica, 70(3): 338-353 Abstract With the rapid urbanization around the globe. the urban heat island (UHI effects have become an interdisciplinary issue and were received considerable attention during the past 2-3 decades by scientists from different disciplines. In this arti- cle, the state of our knowledge on this subject is assessed in order to help guide future research in this rapidly growing field First, we summarize the latest advances in observing various UHI effects through field experiments and remote sensing technol- ogy, and in developing the urban canopy models as well as computational fluid dynamical models. Then, we review recent hievements in understanding the UHI effects with more focuses on the urban boundary layer, their interactions with topo- graphical driven circulations, and the urban surface energy budget. Finally, future prospects for several UHI research avenues are speculated, which include the UHI effects on regional climate, air pollution, precipitation, fog and lightning production the improvement of urban weather forecasts, and the development of UHI mitigation measures Key words Urban heat island, Urban boundary layer, Energy balance, Research prospects 摘要随着世界各国城市化的进展,城市热岛效应已经成为一个跨学科领域的问题,受到包括大气环境、区域气候、水文和 生态等多学科科学家的关注。在过去半个多世纪中,城市热岛问题的研究获得了相当丰富的硏究成果,通过对这些成果的综 合分析,归纳出城市热岛研究中采用的3类主要方法——观测(外场试验和遥感技术)、数值模拟以及实验室仿真法。系统地 回顾了城市热岛效应的研究历史,重点对与城市热岛关系最密切的城市边界层、热岛环流与复杂地形的相互作用以及能量平 衡研究所取得的成果进行了总结和评述。最后对城市热岛问題未来8个可能的研究方向进行了探讨,其中,包括沿海和复杂 地形附近的城市热岛冋题、城市群间热岛环流的相互作用、城市化与空气污染问题、城市热岛效应对平均降水的影响、城市化 对雾和闪电的影响、城市天气预报的精细化、城市气候变化预测以及城市热岛效应减缓方案的制定,并对其发展前景进行了 粗略的展望。 关键词城市热岛,城市边界层,能量平衡,研究展望 中图法分类号P404 资助课題:国家高新技术研究发展计划(863计划)项目(2009AA12Z150)、2010年人力资源与社会保障部留学人员科技活动项目择优 资助(优秀)“长三角城市群热岛与海风环流相互作用的卫星观测和数值模拟研究”、国家自然科学基金项目(41005027 41175023)、气象灾害省部共建教育部重点实验室开放课题(KLME0905) 作者简介:寿亦萓,主要从事卫星气象、城市气象和中尺度数值模拟研究。E-mal:shouyi@cma.gov.cn书 城市热岛效应的研究进展与展望￾ 寿亦萱１，２ 张大林２，３ ＳＨＯＵ Ｙｉｘｕａｎ１，２ ＺＨＡＮＧＤａＬｉｎ２，３ １．中国气象局中国遥感卫星辐射测量和定标重点开放实验室，国家卫星气象中心，北京，１０００８１ ２．南京信息工程大学 气象灾害省部共建教育部重点实验室，南京，２１００４４ ３．美国马里兰大学大气海洋科学系，２０７４２ １．犓犲狔犔犪犫狅狉犪狋狅狉狔狅犳犚犪犱犻狅犿犲狋狉犻犮犆犪犾犻犫狉犪狋犻狅狀犪狀犱犞犪犾犻犱犪狋犻狅狀犳狅狉犈狀狏犻狉狅狀犿犲狀狋犪犾犛犪狋犲犾犾犻狋犲狊，犆犺犻狀犪犕犲狋犲狅狉狅犾狅犵犻犮犪犾 犃犱犿犻狀犻狊狋狉犪狋犻狅狀 （犔犚犆犞犈犛／犆犕犃）犖犪狋犻狅狀犪犾犛犪狋犲犾犾犻狋犲犕犲狋犲狅狉狅犾狅犵犻犮犪犾犆犲狀狋犲狉，犅犲犻犼犻狀犵１０００８１，犆犺犻狀犪 ２．犓犲狔犔犪犫狅狉犪狋狅狉狔狅犳犕犲狋犲狅狉狅犾狅犵犻犮犪犾犇犻狊犪狊狋犲狉狅犳犕犻狀犻狊狋狉狔狅犳犈犱狌犮犪狋犻狅狀，犖犝犐犛犜，犖犪狀犼犻狀犵２１００４４，犆犺犻狀犪 ３．犇犲狆犪狉狋犿犲狀狋狅犳犃狋犿狅狊狆犺犲狉犻犮犪狀犱犗犮犲犪狀犻犮犛犮犻犲狀犮犲，犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔狅犳犕犪狉狔犾犪狀犱，犆狅犾犾犲犵犲犘犪狉犽，犕犪狉狔犾犪狀犱２０７４２，犝犛犃 ２０１００３０４收稿，２０１００９２７改回． 犛犺狅狌犢犻狓狌犪狀，犣犺犪狀犵犇犪犔犻狀．２０１２．犚犲犮犲狀狋犪犱狏犪狀犮犲狊犻狀狌狀犱犲狉狊狋犪狀犱犻狀犵狌狉犫犪狀犺犲犪狋犻狊犾犪狀犱犲犳犳犲犮狋狊狑犻狋犺狊狅犿犲犳狌狋狌狉犲狆狉狅狊狆犲犮狋狊．犃犮狋犪 犕犲狋犲狅狉狅犾狅犵犻犮犪犛犻狀犻犮犪，７０（３）：３３８３５３ 犃犫狊狋狉犪犮狋 Ｗｉｔｈｔｈｅｒａｐｉｄｕｒｂａｎｉｚａｔｉｏｎａｒｏｕｎｄｔｈｅｇｌｏｂｅ，ｔｈｅｕｒｂａｎｈｅａｔｉｓｌａｎｄ（ＵＨＩ）ｅｆｆｅｃｔｓｈａｖｅｂｅｃｏｍｅａｎｉｎｔｅｒｄｉｓｃｉｐｌｉｎａｒｙ ｉｓｓｕｅａｎｄｗｅｒｅｒｅｃｅｉｖｅｄｃｏｎｓｉｄｅｒａｂｌｅａｔｔｅｎｔｉｏｎｄｕｒｉｎｇｔｈｅｐａｓｔ２－３ｄｅｃａｄｅｓｂｙｓｃｉｅｎｔｉｓｔｓｆｒｏｍｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｉｓｃｉｐｌｉｎｅｓ．Ｉｎｔｈｉｓａｒｔｉ ｃｌｅ，ｔｈｅｓｔａｔｅｏｆｏｕｒｋｎｏｗｌｅｄｇｅｏｎｔｈｉｓｓｕｂｊｅｃｔｉｓａｓｓｅｓｓｅｄｉｎｏｒｄｅｒｔｏｈｅｌｐｇｕｉｄｅｆｕｔｕｒｅｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｔｈｉｓｒａｐｉｄｌｙｇｒｏｗｉｎｇｆｉｅｌｄ． Ｆｉｒｓｔ，ｗｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｔｈｅｌａｔｅｓｔａｄｖａｎｃｅｓｉｎｏｂｓｅｒｖｉｎｇｖａｒｉｏｕｓＵＨＩｅｆｆｅｃｔｓｔｈｒｏｕｇｈｆｉｅｌｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓａｎｄｒｅｍｏｔｅｓｅｎｓｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌ ｏｇｙ，ａｎｄｉｎｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｔｈｅｕｒｂａｎｃａｎｏｐｙｍｏｄｅｌｓａｓｗｅｌｌａｓｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｆｌｕｉｄｄｙｎａｍｉｃａｌｍｏｄｅｌｓ．Ｔｈｅｎ，ｗｅｒｅｖｉｅｗｒｅｃｅｎｔａ ｃｈｉｅｖｅｍｅｎｔｓｉｎｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇｔｈｅＵＨＩｅｆｆｅｃｔｓｗｉｔｈ ｍｏｒｅｆｏｃｕｓｅｓｏｎｔｈｅｕｒｂａｎｂｏｕｎｄａｒｙｌａｙｅｒ，ｔｈｅｉｒｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓｗｉｔｈｔｏｐｏ ｇｒａｐｈｉｃａｌｄｒｉｖｅｎｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎｓ，ａｎｄｔｈｅｕｒｂａｎｓｕｒｆａｃｅｅｎｅｒｇｙｂｕｄｇｅｔ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｆｕｔｕｒｅｐｒｏｓｐｅｃｔｓｆｏｒｓｅｖｅｒａｌＵＨＩｒｅｓｅａｒｃｈａｖｅｎｕｅｓ ａｒｅｓｐｅｃｕｌａｔｅｄ，ｗｈｉｃｈｉｎｃｌｕｄｅｔｈｅＵＨＩｅｆｆｅｃｔｓｏｎｒｅｇｉｏｎａｌｃｌｉｍａｔｅ，ａｉｒｐｏｌｌｕｔｉｏｎ，ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ，ｆｏｇａｎｄｌｉｇｈｔｎｉｎｇｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ， ｔｈｅｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｆｕｒｂａｎｗｅａｔｈｅｒｆｏｒｅｃａｓｔｓ，ａｎｄｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＵＨＩｍｉｔｉｇａｔｉｏｎｍｅａｓｕｒｅｓ． 犓犲狔狑狅狉犱狊 Ｕｒｂａｎｈｅａｔｉｓｌａｎｄ，Ｕｒｂａｎｂｏｕｎｄａｒｙｌａｙｅｒ，Ｅｎｅｒｇｙｂａｌａｎｃｅ，Ｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｓｐｅｃｔｓ 摘 要 随着世界各国城市化的进展，城市热岛效应已经成为一个跨学科领域的问题，受到包括大气环境、区域气候、水文和 生态等多学科科学家的关注。在过去半个多世纪中，城市热岛问题的研究获得了相当丰富的研究成果，通过对这些成果的综 合分析，归纳出城市热岛研究中采用的３类主要方法———观测（外场试验和遥感技术）、数值模拟以及实验室仿真法。系统地 回顾了城市热岛效应的研究历史，重点对与城市热岛关系最密切的城市边界层、热岛环流与复杂地形的相互作用以及能量平 衡研究所取得的成果进行了总结和评述。最后对城市热岛问题未来８个可能的研究方向进行了探讨，其中，包括沿海和复杂 地形附近的城市热岛问题、城市群间热岛环流的相互作用、城市化与空气污染问题、城市热岛效应对平均降水的影响、城市化 对雾和闪电的影响、城市天气预报的精细化、城市气候变化预测以及城市热岛效应减缓方案的制定，并对其发展前景进行了 粗略的展望。 关键词 城市热岛，城市边界层，能量平衡，研究展望 中图法分类号 Ｐ４０４ ０５７７６６１９／２０１２／７０（３）０３３８５３犃犮狋犪犕犲狋犲狅狉狅犾狅犵犻犮犪犛犻狀犻犮犪 气象学报  资助课题：国家高新技术研究发展计划（８６３计划）项目（２００９ＡＡ１２Ｚ１５０）、２０１０年人力资源与社会保障部留学人员科技活动项目择优 资助（优秀）“长三角城市群热岛与海风环流相互作用的卫星观测和数值模拟研究”、国家自然科学基金项目（４１００５０２７、 ４１１７５０２３）、气象灾害省部共建教育部重点实验室开放课题（ＫＬＭＥ０９０５）。 作者简介：寿亦萱，主要从事卫星气象、城市气象和中尺度数值模拟研究。Ｅｍａｉｌ：ｓｈｏｕｙｘ＠ｃｍａ．ｇｏｖ．ｃｎ