文摘

年平均城市热岛的空间分布(热岛)强度模式分析了中等城市诺维萨德,塞尔维亚,位于低,平坦的匈牙利平原。热岛模式是由开发的实证建模方法(Balazs et al . 2009年)。这种方法是基于数据集从城市地区的塞格德和德布勒森(匈牙利)。城市研究领域诺维萨德(60公里²)成立于240年的网格网络细胞(0.5公里×0.5公里)。陆地卫星图像(从2006年6月)中使用归一化植被指数来评估和组合比例的细胞。获得的热岛强度值的模式显示concentric-like形状时绘制等温线,主要是增加从郊区向内在的城市地区。结果热模式和决心的一个当地气候分类系统被用于推荐10代表站的位置在诺维萨德城市气候网络。

1。介绍

在20世纪的第二部分,城市化加速,巨大的规模。地球的城市人口的增长率大于总人口的;因此,越来越多的人生活在城市化地区。如今,约有一半的人口是影响城市环境的负担:环境污染、噪音、压力加速的生活方式,和最后但并非最不重要的修改参数相比,城市大气自然环境。这使得研究处理城市对气候的影响尤为重要。

不仅大城市还小的修改材料,结构和表面的能量平衡和几乎所有属性的城市大气环境与自然环境。因此,由于人为因素,当地气候(城市气候)发展意味着修改preurban情况。这气候是由于建筑物的建设以及排放的热量,水分和污染与人类活动有关。

根据没问题的1),两层可以区分城市的氛围。第一个是城市的树冠层(UCL)包含城市粗糙度之间的空气元素(主要是建筑)。它是一个微尺度的概念,其气候为主的自然地理因素和修改的直接环境。伦敦大学学院是在屋顶上边界的水平。第二层是城市边界层(UBL)位于第一层的正上方。这是一个本地或中尺度概念的特征都是由整个城区的本质。

城市气候发展过程中,近地表空气或(UCL)温度显示了农村地区相比,最明显的修改(2]。这个城市变暖是通常被称为城市热岛(热岛),这是一个很好的例子,无意的气候变化。我们注意所有温度称为该研究的伦敦大学学院在高出地面1.5 - 2米。

预计连续的,质量有保证的观察提供新的研究机会集中在热岛的时空变化模式。为了获得长期的数据作为研究的基础,测量网络中建立在城市是必要的。选择个人站的具体地点,确保在更广泛的地区代表性的热条件在复杂的城市环境中是一个困难的问题3]。理论上讲,这个上下文中的代表性只能评估其微,和局部范围属性的表面几何(天空视角系数、高宽比和气体动力的粗糙度长度),封面(建造材料的比例、反照率和热导纳),和人工热(空间加热/冷却和交通密度)4]。如果目标是监控当地气候由市区,避免与极端的位置是有意义的小气候影响或nonurban当地气候现象,会使得城市记录。

方法,测定温度增加市区的影响意味着温度差异值的计算以代表“农村”和“城市”网站。为了将这些网站,几位分类系统存在3,5- - - - - -7,这些地形划分为不同的区域称为例如,城市气候区(3)或当地气候区(LCZ) [5]。LCZs是由斯图尔特(6]的地区相对均匀表面空气温度分布在10的水平尺度²到10⁴米。LCZ系统目前正在开发的斯图尔特和没问题的,因此,本文使用的版本是一个原型,按照(7),由16个区域在城市、农村,和过渡区域。

鉴于上述要求选址城市气候网络,两个初始步骤可以被视为非常有用:(1)(一)进行一些初步的移动空间调查穿越感兴趣的领域看到哪里感兴趣的领域的热异常或(b)造型一般热模式通过应用结果从其他城市类似的环境条件和组合结构,(2)映射某种类型的气候区分类(例如,LCZ系统(7城市的市区内)。这种分类的重要性将在给定类型的绝对准确性描述网站但在分类领域的能力解决修改当地气候的相似的能力(2]。这样的分类是至关重要的,建立一个城市站,以确保满足空间均匀性标准站在伦敦大学学院。

气候区分类系统并不是最初设计的映射,它旨在分类和规范城市热岛观测站点,无论是城市还是农村,固定或移动。如果目标是建立一个新的城市站网络映射的似乎是一个很好的应用系统描述的近似网站站代表一个更大的城市。

本研究的主要目标是:(一)确定组合密度分布和平均夜间城市冠层模式的城市热岛强度诺维萨德,塞尔维亚使用一个模型由[8),(b)地图气候地区使用LCZ系统(7研究了城市地区,(c)确定可能的网站站的城市规划在诺维萨德气候网络基于获得的热岛模式的地图(a)和(b)的气候区分类。这三个现有的车站(一个城市和两个在农村地区)将扩大城市站网络提供的时候推荐的频率数据的主要气候参数(空气温度和湿度、全球辐射和降水)。这个组合网络的主要目的是(我)监测城市热岛的季节和昼夜模式UCL的诺维萨德和(2)来确定区域内城市压力较小的公民越来越频繁的热浪期间使用热舒适指标。

2。研究区域

塞尔维亚诺维萨德位于北部(伏伊伏丁那省),也就是说,在匈牙利平原南部(45°15^′19°N, 50^′E)(图1)。调查地区平原(大部分来自80 - 86 m a.s.l。)在全新世沉积物温柔的救济,所以一般来说,气候不受地形的影响。多瑙河穿过市区的南部和东部边缘,和它的宽度从260到680米不等。相对狭窄的DTD通道(Danube-Tisza-Danube)穿过城市的北部及其气候影响可能是微不足道的。诺维萨德城市南部地区,北部斜坡Fruška大山山脉位于(最高峰是538米a.s.l。)这对多瑙河急剧下降。

根据Koppen-Geiger气候分类、诺维萨德周边地区是归类为Cf气候(温带温暖的气候,而统一的年度降水分布)(10,11]。在诺维萨德,年平均气温为11.1°C一年一度的范围为22.1°C。的年平均降雨量为615毫米(基于数据从1949年到2008年)。在匈牙利塞格德,德布勒森的热岛和表面覆盖数据被用于应用统计方法的发展(8),也在气候地区Cf (11]。

在塞尔维亚诺维萨德是第二个最大的城市(和前面提到的地理区域),人口285756人(2009年数据)在建筑物密集的地区约60公里²。

最近城市的主要建筑结构和这些城市的内在部分(诺维萨德,塞格德,德布勒森)是在20世纪,直到第一次世界大战的结束,这些城市属于同一个国家(匈牙利)。这一次后,定居点的发展在这一地区几乎是平行的。第二次世界大战之后,两国的社会制度与城市化政策和体系结构(从1945年到年代)。因此,这些城市在匈牙利和塞尔维亚有非常相似的城市结构。

诺维萨德与medium-wide街道和人口中心区域建造avenue-boulevard道路网络连接城市的不同区域。周围城市的中心部分,有地区被高大的公寓(大部分来自4到8故事和一些例子有超过10)设置在广阔的绿地和超然的房子(在大多数情况下与1的故事)。在北部,诺维萨德还包含区域用于工业和仓储(平面和水平的建筑,不超过10米,即。3的故事),沿着多瑙河的开放空间,在公园,在城市的郊区。

在诺维萨德,四个气象站已建立在过去的60年。主要气象站RimskiŠančevi共和国水文气象服务(网络)位于农村地区(45°19^′N, 19°49^′84 E, a.s.l),从城市的北郊1.9公里,距离市中心7.5公里(E1在图7(a))。气象台成立于1949年,到目前为止,它提供了一个安静的时间序列超过60年。Petrovaradin气象站成立于20世纪中期,和观察拍摄在1956年和1992年之间的时期。车站位于城市的东南部地区(45°15佩特罗瓦拉丁城堡^′19°N, 52岁^′132 E, a.s.l)之间紧凑低层的郊区公寓和绿色空间。两个自动气象站(AWS)成立于2009年。第一个AWS位于(E2图佩特罗瓦拉丁城堡7())和关闭Petrovaradin气象站的替换,和第二个位于农村区(村Kać)约9公里诺维萨德市中心(E3图7(a))。所有提到站测量或测量参数,如空气温度、降水、空气湿度、风速、气压和各种指标。

3所示。之前在诺维萨德热岛调查

到目前为止,一个小已发表的论文数量考虑在诺维萨德热岛调查。第一个出版是理论上的基础,它提供了所有参数、方法和测量使用为了工作诺维萨德热岛研究[12]。接下来的研究分析了温度的值基于30 - 40年的长时间序列(直到1990年)(13,14]。这些研究使用一个农村(RimskiŠančevi)和一个城市()佩特罗瓦拉丁城堡站(见图7)。结果显示,越来越多的趋势意味着,最高,最低温度在Petrovaradin,而且在大多数情况下,这些趋势高于趋势RimskiŠančevi。基于气象参数和结构的市区,波波夫和Savić15]显示定义位置的必要性的城市气候网络为了进一步推进在诺维萨德热岛研究。

4所示。造型方法意味着在诺维萨德热岛模式

应用方法确定可疑的年平均热岛强度的空间结构诺维萨德是基于研究Balazs et al。8]。本回归方法的主要优势是预测年度平均热岛的空间分布使用几个输入参数,可以确定在一个简单的方法(遥感)没有详细的当地城市的信息。在本节中,给出了一个简短的描述在热岛造型一般和使用方法(更多细节,请参见Balazs et al。8])。

4.1。造型热岛模式

根据没问题的16和Svensson et al。17),三种类型的气候相关研究模型可以应用在城市环境中:数学、物理、和基于经验模型。实证模型的优点是,他们是根据观察到的统计特性,但缺点是,他们往往局限于一个特定的位置。在实证模型,统计方法是最常见的方法来揭示热岛强度和气象林冠层之间的关系以及其他物理参数(包括变量描述表面属性)影响。因此,这些模型可以提供有用的定量信息在上述参数的角色发展和热岛的空间分布(例如,(18- - - - - -21])。

的空间分布(热岛强度)展品季节和昼夜变化的气象和城市特点和位置(2]。简化一个位置的因素(地形、水体)平原地区,考虑到年平均热岛,它的形式和大小主要是由于城市因素(22,23]。有几个研究模拟使用部分或全部城市地表特征作为独立变量(例如,24- - - - - -28])。必须提到,大多数这些研究的弱点是缺乏验证。

详细收集城市数据是复杂的,需要大量的技术投资,卫星图像的定居点位于一个普通的(不影响orographical)可以作为一个工具来估计平均热岛强度,因为一些参数(例如,覆盖或组合表面)的人工城市环境可以很容易地通过这些图像的评估决定。

实验模型林冠层的空间分布对于相对较大(几十公里²或更多)城市相当稀缺。按时间顺序列出了其中一些如下:140公里的数值模型²克赖斯特彻奇,新西兰(29日~ 120公里),实证模型²Łodź,波兰(30.~ 700公里)²Goteborg和其广泛的环境(17~ 30公里)²匈牙利塞格德,(31日),~ 30公里²匈牙利德布勒森,(32),和一个数值模型~ 400公里²罗马,意大利(33]。

实证模型研究Balazs et al。8)处理城市热岛模式位于一个相当均匀的地区因此,它比网站特定的地区。我们使用他们的方法,我们给出一个简短的描述。数据集来自塞格德(人口165 000)和德布勒森(000年人口204)位于匈牙利平原在匈牙利(图1)被用来构建他们的经验模型。测量和建模集中在城市化地区,约30公里²这两座城市。根据最初的项目计划,年平均热岛的模式15不同大小和人口的城市,位于匈牙利平原,被模仿使用获得的经验模型无论现有的国家边界。为例,Balazs et al。(8]介绍了模仿热岛只有四个城市的模式。

4.2。因变量:热岛强度

热岛强度的信息及其模式(因变量),收集温度数据通过移动测量城市地区的塞格德德布勒森,被分成0.5公里×0.5公里网格细胞。研究领域包括107个细胞(25.75公里²塞格德和105年)细胞(26公里²德布勒森和覆盖内的城市和郊区部分。一个农村细胞在两个城市都被用作参考区域温度的比较数据。这些细胞以外的城市,和他们的领域与谷物和玉米农田,即细胞都属于LCZ“低植物覆盖”(7),所以他们可以作为农村的特点。

所需的数据被收集的汽车分配路线,在一个为期一年的4月,2002年3月,2003年。调查路线通过所有细胞通过他们的中心,但并不总是因为他们狭隘的道路网络。当温度不变化突然在短距离内,获得的值可以看作是代表性的细胞。这种类型的移动测量广泛观察城市气候参数(例如,34,35])。测量发生在同时频率约10天,在这两个城市共35次。他们在各种天气条件下进行,除了下雨。从先前的研究中,基于经验数据收集发生在周围的预期时间每日热岛的最大发展,是在日落之后4小时(例如,[36,37])。热岛强度()细胞是定义如下19]: 在哪里=城市细胞的温度=农村细胞的温度。年平均测定的平均值值35测量的细胞。

4.3。独立变量

作为独立变量估计热岛,2 d城市地表覆盖数据和城市边界的距离确定为每个元素0.5公里×0.5公里网格的研究领域在塞格德,德布勒森。

人工表面覆盖比率(街道、人行道、停车场、屋顶等),或组合比例(),横向表面特征的解决方案。这个参数确定每个单元使用GIS(地理信息系统)方法结合陆地卫星的遥感分析卫星图像(19]。卫星图像在2000年拍摄,所以他们提供准确数据组合条件的时候温度测量(2002 - 2003)。正常化植被指数(NDVI)像素值的计算38,39),然后水的比例,每个单元组合,植被表面测定细胞指数。

同样重要的是要考虑在细胞表面条件,因为更广泛的细胞环境可以影响一个给定的温度。为了考虑到周围环境的影响,一组派生变量(平均组合比同心区域扩展的细胞,,构造(图)2)。城市和农村的区别细胞基于任意但低价值的。如果,那么细胞被认为是农村,否则城市。这个阈值确保细胞定义为农村与裁剪字段和一些道路或建筑的景观。表面变量的获取区域覆盖整个研究领域和他们的宽1.5公里扩展定居点调查。这些扩展的计算需要和参数的边缘附近的细胞研究领域。

距离(从市中心或边界)可以被视为一个参数,描述一个地方在城市的位置。,考虑到地区相同的建筑结构和设计在郊区和中心,降低经验可以在郊区相比,在中心。现在,城市边界的距离(在m)被认为是。这之间的距离被定义为一个给定的细胞内研究区和最近的细胞组合的比例不到5%在研究区域(图3)。

为了考虑距离的综合影响)和上述表面参数(,,在热岛的形成,一些新的组合城市参数构造(被撇号:,,)。基于Fortuniak[的工作20.),被认为是距离。所以,合并后的参数生成乘以(或重量)细胞表面参数的对数的距离:(我)参数,(2)参数,(3)参数。

4.4。建设多参数模型

获得之间的关系结合城市表面参数和年平均热岛强度测定构建一个通用的多参数模型基于数据从塞格德,德布勒森可用于估计的意思在其他定居点位于一个普通模式。的元素模型如下:(我) 可变参数(°C),(2) ,,不变的参数。

逐步多元回归分析是用SPSS软件为了计算模型方程(1140]。方程采用以下形式:

基于应用数据集的范围从塞格德和德布勒森,获得的模型方程可以被视为严格有效的(表中给出的参数区间1)。方程没有常数;因此,如果不变参数等于零,方程给出了热岛强度为零。按照经验,破坏或勉强建立区域不产生任何多余的温度。

为了正确地测试获得的模型方程,温度数据集从三个定居点有相似的环境条件,但独立于塞格德和德布勒森。因此,测量值之间有良好的通信和估计的模型(8]。

这种通用模型扩展到其他不同大小的定居点(Karcag, Kecskemet Bekescsaba,和阿拉德),那里的环境、地形和气候,类似于塞格德,德布勒森没有考虑国家边界。如前所述,只有某些陆地卫星图像的定居点是必要的,组合的比例及其区域扩展(重计程仪航程的城市边界)可以作为独立变量决定。标准的克里格方法和线性变差函数模型的冲浪者8软件被用来插入温度的值由细胞和空间跟踪的等温线41,42])。对于获得的热岛模式,Balazs et al。8),见图8。

获得的模型方程可以被认为是适用的和适合不同大小的其他城市如果不变参数值研究的区域是在给定的时间间隔内表1。现在,我们将模型应用于城市诺维萨德(塞尔维亚)位于匈牙利平原的边缘不远(115公里)从塞格德(图1)。

5。结果与讨论

5.1。模式的组合比例和模仿意味着研究地区的热岛强度

根据部分中描述的方法4首先,网格网络()建立了包含研究区(240细胞),1.5公里宽扩展诺维萨德及其周边地区。它涵盖了主要城市的城市没有卫星定居点周围(图4)。UTM坐标的NW SE的矩形包含电网网络34 t 400500 5019000和34 415000 5000500,分别。

陆地卫星图像在2006年6月26日(43)是用于评估的归一化植被指数,然后组合比()细胞。研究区范围内的组合比例从0%值超过90%附近的值,因为多瑙河和市中心人口组合(图5)。大密度可以找到研究的核心部分地区最高的(约30细胞)价值观在其东部地区附近多瑙河(10邻近细胞)。更多当地组合最大值位于西部,北部、东北部和东部地区的研究领域。

基于值,其他两个组合参数和,以及距离参数,确定研究区240个细胞的。为了通过细胞模型年平均热岛强度值,这些参数的组合(,,)计算然后替换成(2)。就像前面提到的4,经验模型的发展是基于数据集的塞格德,德布勒森,所以最大的值诺维萨德略超过基本数据(见表1)。这意味着一个轻微的外推模型的某些细胞(少于10%的细胞)因此,获得的值在这些情况下应该谨慎对待。不过,我们确信的结构场当然反映了热岛的模式的主要特点在诺维萨德(图5)。

预测(,,)的模型主要是基于细胞的组合比例(),这一措施本身已经显著影响平均热岛强度的空间格局(图5):值跟踪组合的变化值。详细,此模式的主要特征在中央研究区等温线显示concentric-like形状与值增加从郊区向内最高的城市(> 4°C)在人口组合中心。偏离这concentric-like形状发生在西部,北部和东北部地区2°C的等温线向郊区延伸。此外,三个局部极大值出现在冷云北部、东北部和东部研究区域的值除以3°C,分别2.5°C和2°C。最大的区域非常低值,由于多瑙河的影响,可以发现在东南部研究区域的一部分。

评估模型的评估比较了使用数据集的RimskiŠančevi(农村)和Petrovaradin(城市)站(1956 - 1992)(图7)。在此期间,观察拍摄一天三次(07年、14和21根据欧洲中部时间),和数据集包含观察温度和每日最大,最小,平均温度。因为没有晚上的时间测量,每日最低温度数据用于比较。两个测量每日最低温度之差计算每天的提到了37年。这些差异的平均值()可以被看作是一个近似值的年平均城市热岛强度()[44]。的值Petrovaradin统计模型计算的1.66°C和测量()是1.8°C。这微不足道的区别证明模型估计的准确性符合本研究的目的的要求。

5.2。LCZs映射的研究领域

诺维萨德气候区域的识别是基于从谷歌地图中提取信息(44),在给出的指导7),第二作者的个人经历(图6)。因为在欧洲中部城市LCZ类的紧凑的高层建筑,开集高层建筑和轻量级低楼不见了,只剩下的模式类典型区域考虑在内。

5.3。建议站城市气候网络的网站

的网站站的规划城市气候网络的诺维萨德是基于获得的热岛强度的结构特点(图模式5),在LCZ地图(图6)。寻找合适的(代表)位置时,考虑的标准有两个:(1)车站应该坐落在高和低地区,以及在局部地区的最高点和延伸认为模仿热岛模式,(2)齐次LCZ地区几百米宽应该在网站。

根据以前的标准,十个代表站位置的市区诺维萨德已发现(图7(a))。位置代表了这座城市的不同地区,从人口密集的地方中狭窄的街道几乎自然郊区。位置编号1是放在城市的市中心紧凑midrise景观。接下来的三个位置都位于开集midrise之间的区域,用开放的自然环境> 3层楼高的建筑。位置5和6描述紧凑的低层的高层建筑的地区< 3的故事和人分居狭窄的街道,而位置7和8开集低层的区,主要是独立建筑自然表面隔开。最后两站(9和10)是位于工业和仓库区域(高能工业和广泛的低层的)。而且,重要的是提到两个现有的站在农村和在城市(开集midrise)分别区域(见部分2),可以利用推荐城市气候网络(图的一部分7(a))。此外,所有的电台将成立代表城市站点,根据科学指导3,45)(图7(b))。

6。结论

根据城市热岛的分析模式诺维萨德(塞尔维亚),本研究的主要结论如下。

(1)城市超过280000居民的诺维萨德位于一个相当均匀的匈牙利平原地区。因此,研究热岛模式可以基于经验模型研究Balazs et al。8),数据集从塞格德,德布勒森(匈牙利)被用来构建实证模型。研究区被分为0.5公里×0.5公里网格(240细胞)和1.5公里的延伸,诺维萨德左右。

(2)评估细胞的归一化植被指数和组合比例值从0%变化在多瑙河在市区人口组合超过90%。同时,西部、北部、东北部和东部的诺维萨德市区和最大限度地组合特征。这些人口密集的地方有重大影响的空间格局意味着热岛强度。最高的等温线显示concentric-like形状(> 4°C)在人口组合中心向郊区,减少。几个当地气温群岛(从2°C到3°C)发生在密集的居民区周围的郊区。

(3)分析热岛强度和某种类型的气候区分类(例如,LCZs (7])是非常重要的为了检测网站可以建议的站在诺维萨德城市气候网络。根据定义的标准,代表10-station网络在城市地区已经为了准备进一步的热岛研究决定的,也就是说,监控并提供测量数据的城市热岛诺维萨德UCL的城市,并确定区域内城市压力较小的公民在使用热舒适指标的热浪。位置代表完整的范围的城市社区,达到从人口密集的地方中狭窄的街道几乎自然郊区。这项研究的结果指出,估计平均热岛模式和某种类型的气候区分类的分布在城市提供有用的信息为了给推荐的网站一个城市热岛测量网络。

(4)提出了实证模型可以被看作是一个有用的工具估算平均热岛模式为小,欧洲中部城市(通常是小的垂直发展)坐落在一个普通的城市humid-continental气候类型。

确认

这项研究受到了匈牙利科研基金(OTKA k - 67626)和塞尔维亚教育部和科学(项目号176020)。作者特别感谢将匿名评论者的几点建议,改善了纸张和m . Hammerle先生(德国弗莱堡大学)的语言修改论文。