Сравнительная характеристика островов тепла приморских мегаполисов (на примере Шанхая и Санкт-Петербурга)
|
ВВЕДЕНИЕ 1
ГЛАВА 1. ОСОБЕННОСТИ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА САНКТ-ПЕТЕРБУРГА И ШАНХАЯ ОБЛАСТИ В УСЛОВИЯХ СОВРЕМЕННЫХ ИЗМЕНЕНИЙ КЛИМАТА 4
1.1 Природно-географические условия Санкт-Петербурга 4
1.2 Среднемноголетний режим температуры Санкт-Петербурга 5
1.3 Изменчивость среднегодовой температуры воздуха в
Санкт-Петербурге 11
1.4 Природно-географические условия Шанхая 15
1.5 Среднемноголетний режим температуры Шанхая 16
1.6 Изменчивость среднегодовой температуры воздуха в Шанхае 21
ГЛАВА 2. ГОРОДСКОЙ ОСТРОВ ТЕПЛА И ЕГО РОЛЬ В ИЗМЕНЕНИЯХ
КЛИМАТА 24
2.1 Роль городских островков тепла в современных изменениях климата 24
2.1.1 Причины эффекта городского теплового острова 27
2.1.2 Влияние городского острова тепла 29
2.1 Обзор методов оценки городских островов тепла в городах 35
2.1.1 Использование температурных данных для изучения эффекта
городского острова теплового 35
2.1.2 Использование технологии дистанционного зондирования для
изучения эффекта городского острова теплового 38
2.1.3 Исследование эффекта городского острова теплового с помощью
методов численного моделирования 42
2.2 Метод оценки городского острова теплового , использованный в
данной работе 44
ГЛАВА 3. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ И МЕТОДЫ ИХ СТАТИСТИЧЕСКОГО
АНАЛИЗА 48
3.1 Исходные данные и методы их статистического анализа 48
3.2 Первичный анализ данных 52
3.1 Методы статистического анализа, используемые в работе 53
3.3.1 Методы статистики климата 53
3.3.2 Анализа тренда 55
ГЛАВА 4. ИЗМЕНЕНИЯ СРЕДНЕЙ ТЕМПЕРАТУРЫ И ЭФФЕКТ
ТЕПЛОВОГО ОСТРОВА В ГОРОДСКИХ И ПРИГОРОДНЫХ РАЙОНАХ
ШАНХАЯ 57
4.1 Характеристика изменений средней температуры и эффекта острова
тепла в городских и пригородных районах 57
4.1.1 Годовые колебания средней температуры 57
4.1.2 Ежегодные изменения эффекта теплового острова 58
4.2 Годовые изменения средней минимальной температуры и эффект
теплового острова в городских и пригородных районах 60
4.2.1 Годовое изменение средней минимальной температуры в
городских и пригородных районах 60
4.2.2 Годовые изменения эффекта острова тепла при средних
минимальных температурах 61
4.3 Годовые колебания средней максимальной температуры в городских и
пригородных районах и эффект теплового острова 62
4.3.1 Годовое изменение средней максимальной температуры в
городских и пригородных районах 62
4.3.2 Годовые изменения эффекта острова тепла при средних
максимальных температурах 63
ГЛАВА 5. ИЗМЕНЕНИЯ СРЕДНЕЙ ТЕМПЕРАТУРЫ И ЭФФЕКТТЕПЛОВОГО ОСТРОВА В ГОРОДСКИХ И ПРИГОРОДНЫХ РАЙОНАХ
САНКТ-ПЕТЕРБУРГА 64
5.1 Характеристика изменений средней температуры и эффекта острова
тепла в городских и пригородных районах 64
5.1.1 Годовые колебания средней температуры 64
5.1.2 Ежегодные изменения эффекта теплового острова 65
5.2 Годовые изменения средней минимальной температуры и эффект
теплового острова в городских и пригородных районах 67
5.2.1 Годовое изменение средней минимальной температуры в
городских и пригородных районах 67
5.2.2 Годовые изменения эффекта острова тепла при средних минимальных температурах 68
5.3 Годовые колебания средней максимальной температуры в городских и пригородных районах и эффект теплового острова 69
5.3.1 Годовое изменение средней максимальной температуры в
городских и пригородных районах 69
5.3.2 Годовые изменения эффекта острова тепла при средних
максимальных температурах 70
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 71
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 74
ГЛАВА 1. ОСОБЕННОСТИ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА САНКТ-ПЕТЕРБУРГА И ШАНХАЯ ОБЛАСТИ В УСЛОВИЯХ СОВРЕМЕННЫХ ИЗМЕНЕНИЙ КЛИМАТА 4
1.1 Природно-географические условия Санкт-Петербурга 4
1.2 Среднемноголетний режим температуры Санкт-Петербурга 5
1.3 Изменчивость среднегодовой температуры воздуха в
Санкт-Петербурге 11
1.4 Природно-географические условия Шанхая 15
1.5 Среднемноголетний режим температуры Шанхая 16
1.6 Изменчивость среднегодовой температуры воздуха в Шанхае 21
ГЛАВА 2. ГОРОДСКОЙ ОСТРОВ ТЕПЛА И ЕГО РОЛЬ В ИЗМЕНЕНИЯХ
КЛИМАТА 24
2.1 Роль городских островков тепла в современных изменениях климата 24
2.1.1 Причины эффекта городского теплового острова 27
2.1.2 Влияние городского острова тепла 29
2.1 Обзор методов оценки городских островов тепла в городах 35
2.1.1 Использование температурных данных для изучения эффекта
городского острова теплового 35
2.1.2 Использование технологии дистанционного зондирования для
изучения эффекта городского острова теплового 38
2.1.3 Исследование эффекта городского острова теплового с помощью
методов численного моделирования 42
2.2 Метод оценки городского острова теплового , использованный в
данной работе 44
ГЛАВА 3. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ И МЕТОДЫ ИХ СТАТИСТИЧЕСКОГО
АНАЛИЗА 48
3.1 Исходные данные и методы их статистического анализа 48
3.2 Первичный анализ данных 52
3.1 Методы статистического анализа, используемые в работе 53
3.3.1 Методы статистики климата 53
3.3.2 Анализа тренда 55
ГЛАВА 4. ИЗМЕНЕНИЯ СРЕДНЕЙ ТЕМПЕРАТУРЫ И ЭФФЕКТ
ТЕПЛОВОГО ОСТРОВА В ГОРОДСКИХ И ПРИГОРОДНЫХ РАЙОНАХ
ШАНХАЯ 57
4.1 Характеристика изменений средней температуры и эффекта острова
тепла в городских и пригородных районах 57
4.1.1 Годовые колебания средней температуры 57
4.1.2 Ежегодные изменения эффекта теплового острова 58
4.2 Годовые изменения средней минимальной температуры и эффект
теплового острова в городских и пригородных районах 60
4.2.1 Годовое изменение средней минимальной температуры в
городских и пригородных районах 60
4.2.2 Годовые изменения эффекта острова тепла при средних
минимальных температурах 61
4.3 Годовые колебания средней максимальной температуры в городских и
пригородных районах и эффект теплового острова 62
4.3.1 Годовое изменение средней максимальной температуры в
городских и пригородных районах 62
4.3.2 Годовые изменения эффекта острова тепла при средних
максимальных температурах 63
ГЛАВА 5. ИЗМЕНЕНИЯ СРЕДНЕЙ ТЕМПЕРАТУРЫ И ЭФФЕКТТЕПЛОВОГО ОСТРОВА В ГОРОДСКИХ И ПРИГОРОДНЫХ РАЙОНАХ
САНКТ-ПЕТЕРБУРГА 64
5.1 Характеристика изменений средней температуры и эффекта острова
тепла в городских и пригородных районах 64
5.1.1 Годовые колебания средней температуры 64
5.1.2 Ежегодные изменения эффекта теплового острова 65
5.2 Годовые изменения средней минимальной температуры и эффект
теплового острова в городских и пригородных районах 67
5.2.1 Годовое изменение средней минимальной температуры в
городских и пригородных районах 67
5.2.2 Годовые изменения эффекта острова тепла при средних минимальных температурах 68
5.3 Годовые колебания средней максимальной температуры в городских и пригородных районах и эффект теплового острова 69
5.3.1 Годовое изменение средней максимальной температуры в
городских и пригородных районах 69
5.3.2 Годовые изменения эффекта острова тепла при средних
максимальных температурах 70
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 71
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 74
Актуальность работы. За последнее столетие глобальный климат продемонстрировал значительные изменения, характеризующиеся в основном потеплением. В течение 1880-2012 гг. средняя глобальная температура приземного слоя воздуха увеличилась на 0,85 °C, причем скорость потепления средней глобальной температуры приземного слоя в 1951-2012 гг почти вдвое превысила скорость потепления с 1880 г . Поскольку с большой вероятностью глобальное потепление продолжится и в будущем, то средняя глобальная температура приземного слоя воздуха в конце XXI века (2081-2100 гг) может увеличиться на 0,3-4,8 C по сравнению с периодом 1986-2005 годов. Повышение средней температуры приведет к значительным изменениям в частоте и интенсивности погодных и климатических явлений, таких как волны жары, засухи, обильные осадки и наводнения , что окажет большое влияние на социально-экономическую ситуацию, жизнь и имущество людей, природные экосистемы и т.д. На пресс-конференции "Глобальное изменение климата 2014" было отмечено, что современное изменение климата в России в целом следует охарактеризовать как непрерывное потепление, которое более чем в два с половиной раза превышает темпы глобального потепления. По данным наблюдений, средняя скорость потепления поверхности Земли в 1976-2012 годах составила 0,17 °С/10лет, а в России - 0,43 °С/10лет. Быстрее всего потепление происходит в северных широтах. За более чем 250-летний период наблюдений в Санкт-Петербурге среднегодовая температура повысилась на 2 °C, зимой - на 3,4 °C, летом - на 0,5 °C. Изменения температуры осенью и весной значительно меньше. С 1979 года температура воздуха повышается в среднем на 1,7 °C в год, причем зимой - на 3,5 °C, а летом - на 1,5 °C .
Общая тенденция интенсивности городского острова тепла в Шанхае с 1960 по 2016 год демонстрирует тенденцию к увеличению, которую можно разделить на три этапа: интенсивность городского теплового острова в Шанхае показала медленную тенденцию роста в 1960-1990 годах, со средней скоростью всего 0,17oC/10 лет, затем значительную тенденцию роста в 1990-2005 годах, со средней скоростью 0,63oC/10 лет, а затем тенденцию к снижению в 2005-2016 годах, со средней скоростью -0,53 C/10 лет [50]. С 1960 по 2008 год среднее повышение температуры в Шанхае составило 1,4 °C весной, 1,3 °C летом, 0,86 °C осенью и 0,52 °C зимой.
Цель работы - изучить тенденции и характеристики городской температуры воздуха и интенсивности городского острова тепла (ГОТ) в Санкт-Петербурге и Шанхае в разных временных масштабах, исследовать влияние урбанизации на временную динамику городского острова тепла, а также сравнить тенденции и характеристики этих двух городов.
Задачи исследования:
1. Обзор особенностей изменчивости температурного режима городской зоны в мегаполисах Санкт-Петербурга и Шанхая и в близлежащих районах со слабой урбанизацией в условиях современного глобального потепления.
...
Общая тенденция интенсивности городского острова тепла в Шанхае с 1960 по 2016 год демонстрирует тенденцию к увеличению, которую можно разделить на три этапа: интенсивность городского теплового острова в Шанхае показала медленную тенденцию роста в 1960-1990 годах, со средней скоростью всего 0,17oC/10 лет, затем значительную тенденцию роста в 1990-2005 годах, со средней скоростью 0,63oC/10 лет, а затем тенденцию к снижению в 2005-2016 годах, со средней скоростью -0,53 C/10 лет [50]. С 1960 по 2008 год среднее повышение температуры в Шанхае составило 1,4 °C весной, 1,3 °C летом, 0,86 °C осенью и 0,52 °C зимой.
Цель работы - изучить тенденции и характеристики городской температуры воздуха и интенсивности городского острова тепла (ГОТ) в Санкт-Петербурге и Шанхае в разных временных масштабах, исследовать влияние урбанизации на временную динамику городского острова тепла, а также сравнить тенденции и характеристики этих двух городов.
Задачи исследования:
1. Обзор особенностей изменчивости температурного режима городской зоны в мегаполисах Санкт-Петербурга и Шанхая и в близлежащих районах со слабой урбанизацией в условиях современного глобального потепления.
...
1. среднегодовые температуры в городских и пригородных районах Шанхая растут, а тенденции их колебаний примерно одинаковы, причем скорость потепления в городской зоне (0,353 ^С/10 лет) выше, чем в пригородной зоне (0,251 оС/10 лет), причем существует три точки потепления - в 1990, 1995 и 1998 годах, соответственно. Городской тепловой остров Шанхая в целом демонстрирует тенденцию к росту на 0,102 С/ 10 лет, а интенсивность городского теплового острова составляет 0,7171 °C на протяжении всего временного ряда исследования с 1950 по 2020 г Из анализа интенсивности теплового острова видно, что существуют две стадии изменения на протяжении всего процесса. При этом пятилетнее скользящее среднее отрицательно до 1988 г и положительно после 1988 г, и есть четкая точка изменения температуры.
Годовые минимальные и максимальные температуры в городских и пригородных районах в целом демонстрируют тенденцию к увеличению: минимальные температуры составляют 0,364 ^С/10 лет и 0,25 оС/10 лет, соответственно, а максимальные - 0,23 оС/10 лет и 0,143 ^С/10 лет, соответственно, причем годовые минимальные температуры оказывают большее влияние на городской остров тепла, чем годовые максимальные температуры.
2. Среднегодовая температура в городской и реперной зонах Санкт-Петербурга в целом растет: 0,344 оС/лет и 0,278 оС/лет, соответственно. Тенденция интенсивности городского острова тепла составляет 0,066 С/лет, а интенсивность острова тепла 0,482 С за 73-летний период.
Годовые минимальные и максимальные температуры в городских и реперных районах в целом демонстрируют тенденцию к увеличению, минимальные температуры составляют 0,539 С/10 лет и 0,37 С/10 лет, максимальные температуры 0,298 С/10 лет и 0,278 С/10 лет, соответственно, при этом годовая минимальная температура влияет на городской остров тепла в большей степени, чем годовая максимальная температура.
3. При сравнении городов Шанхай и Санкт-Петербург скорость потепления за десятилетие средней температуры за исследуемые годы была несколько выше в городской зоне Шанхая, чем в городской зоне Санкт-Петербурга, в то время как среднегодовая температура в реперных была несколько ниже в Шанхае, чем в Санкт-Петербурге. Годовые минимальные и максимальные температуры как в городах, так и в реперных имеют более высокие темпы потепления за десятилетие в Санкт-Петербурге, чем в Шанхае.
4. Изменения интенсивности городского острова тепла: в Шанхае этот показатель значительно выше, чем в Санкт-Петербурге, и составляет 0,235 °C/10 год. Аналогично, влияние минимальной температуры на интенсивность острова тепла сильнее, чем влияние максимальной температуры, но в Шанхае этот эффект сильнее, чем в Санкт-Петербурге.
5. С помощью метод скользящего среднего было установлено, что как в Шанхае, так и в Санкт-Петербурге произошел температурный перелом в интенсивности городского острова тепла. Годом резкого изменения в Шанхае стал 1989 год, что связано с большим увеличением площади застройки после 1990-х годов. В Санкт-Петербурге годом перехода является 1976 год. Однако интенсивность переходов в Шанхае выше, чем в Санкт-Петербурге, и после того, как переходы становятся положительными, изменение интенсивности острова тепла в Шанхае сначала усиливается, а затем ослабевает, в то время как в Санкт-Петербурге наблюдаются многочисленные колебания.
Годовые минимальные и максимальные температуры в городских и пригородных районах в целом демонстрируют тенденцию к увеличению: минимальные температуры составляют 0,364 ^С/10 лет и 0,25 оС/10 лет, соответственно, а максимальные - 0,23 оС/10 лет и 0,143 ^С/10 лет, соответственно, причем годовые минимальные температуры оказывают большее влияние на городской остров тепла, чем годовые максимальные температуры.
2. Среднегодовая температура в городской и реперной зонах Санкт-Петербурга в целом растет: 0,344 оС/лет и 0,278 оС/лет, соответственно. Тенденция интенсивности городского острова тепла составляет 0,066 С/лет, а интенсивность острова тепла 0,482 С за 73-летний период.
Годовые минимальные и максимальные температуры в городских и реперных районах в целом демонстрируют тенденцию к увеличению, минимальные температуры составляют 0,539 С/10 лет и 0,37 С/10 лет, максимальные температуры 0,298 С/10 лет и 0,278 С/10 лет, соответственно, при этом годовая минимальная температура влияет на городской остров тепла в большей степени, чем годовая максимальная температура.
3. При сравнении городов Шанхай и Санкт-Петербург скорость потепления за десятилетие средней температуры за исследуемые годы была несколько выше в городской зоне Шанхая, чем в городской зоне Санкт-Петербурга, в то время как среднегодовая температура в реперных была несколько ниже в Шанхае, чем в Санкт-Петербурге. Годовые минимальные и максимальные температуры как в городах, так и в реперных имеют более высокие темпы потепления за десятилетие в Санкт-Петербурге, чем в Шанхае.
4. Изменения интенсивности городского острова тепла: в Шанхае этот показатель значительно выше, чем в Санкт-Петербурге, и составляет 0,235 °C/10 год. Аналогично, влияние минимальной температуры на интенсивность острова тепла сильнее, чем влияние максимальной температуры, но в Шанхае этот эффект сильнее, чем в Санкт-Петербурге.
5. С помощью метод скользящего среднего было установлено, что как в Шанхае, так и в Санкт-Петербурге произошел температурный перелом в интенсивности городского острова тепла. Годом резкого изменения в Шанхае стал 1989 год, что связано с большим увеличением площади застройки после 1990-х годов. В Санкт-Петербурге годом перехода является 1976 год. Однако интенсивность переходов в Шанхае выше, чем в Санкт-Петербурге, и после того, как переходы становятся положительными, изменение интенсивности острова тепла в Шанхае сначала усиливается, а затем ослабевает, в то время как в Санкт-Петербурге наблюдаются многочисленные колебания.
