摘 要：作为改革开放的沿海城市，深圳更能较好地反映城市的热岛效应，该文使用深圳、香港天文台和香港海岛站点的温度资料，采用累积距平和线性趋势倾向分析方法，以海岛站为参照站，主要研究了深圳市热岛效应的年际变化、季节变化和月际变化与，得出以下结论。发现发现1987年后，深圳出现了明显的热岛效应。深圳站夏季的热岛强度最大，冬季为负值，主要原因是深圳在夏季空调的使用量增加以及海陆热力性质差异，另外在冬季深圳没有烧煤取暖的问题。最后的通过深圳和香港的年平均温度变化对比，发现近年来深圳温度上升率远大于香港，究其原因，深圳在改革开放后人口规模的迅速增长及人类活动的增加导致了明显的热岛效应。
关键词：热岛效应 深圳和香港 累积距 平和线性趋势倾向分析方法 人口
中图法分类号：P461+8文献标志码：A文章编号：1674-098X（2014）02（a）-0209-05
Abstract：Using the temperature data of Shenzhen，Hong Kong Observatory and island stations in Hong Kong region，interannual，seasonal and monthly changes of Shenzhen’s urban heat island effect are studied with cumulative anomalies and linear trends methods.The main conclusions are as follows：Firstly，Shenzhen heat island effect enlarged in 1987 obviously.Secondly，Shenzhen’s heat island intensity is largest in summer，while negative in winter，mainly due to augmentative use of air conditioners in summer and the differences of land-sea thermodynamic properties.in addition，in Shenzhen，there is no need to burn coal for heating in the winter.Also it is found that Shenzhen’s heat island intensity is much greater than that of Hong Kong in recent years，because of Shenzhen’s rapid population growth and increasing human activities after the reform and opening up.
Key words：heat island effect Shenzhen and Hong Kong cumulative anomalies and linear trends methods population
城市化（土地利用（建楼、修路等）和人为热排放等）影响往往主要通过城市热岛效应加强来实现。城市热岛是指通过人口稠密集聚地所释放的热量、地面蒸散特性的改变以及通过由于高楼建筑的阻截而对向外的长波辐射的改变，表现出使城市局地气温高于其周围乡村地区温度的现象（IPCC，2001）。在影响程度上，研究者大多利用城—乡台站地面观测气温时间序列趋势或卫星衍生资料[1-2]等的差异来表示，这也是当今学术界用来评估城市化影响最常用的方法。近几十年，邓莲堂[3]程锦霞[4] 陈长安[5]丁金才[6]张艳[7]刘学锋[8]初子莹[9]黄利萍[10]陆晓波[11]王翠花[12]董海鹰[13]陈沈斌[14]等专家们主要以统计、数值模拟和遥感技术为研究方法，从热力、动力等方面对城市热岛效应做定量分析。（补充参考文献）
由于改革开放及经济特区的设立，深圳由一个边陲鱼村小镇发展成为今天的现代化大城市，一个以外来人口居多的城市，其气候变化很好的反映了人类活动所导致的热岛效应。
关于深圳的热岛效应，前人做过不少研究，钟保[15]通过对深圳气象站和周围台站1953年至1992年温度资料的对比，来研究城市热岛效应，计算出深圳年均热岛强度0.5～0.6 ℃。根据曾侠等[16]对珠江三角洲都市群城市热岛效应初步的研究表明，珠江三角洲城市群年平均热岛强度由1983年的0.1 ℃上升到1993年的0.5 ℃，深圳的城市热岛效应表现得最为突出，在1993年至2002年年平均热岛强度为0.67 ℃，居各城市之首，珠江三角洲城市群的城市热岛效应分布格局和经济发展密切相关，珠江三角洲的边缘地区由于经济发展相对落后，并且绿化较好，其热岛强度比中间地区弱很多。司鹏等[17]研究城市化对深圳气温变化的贡献，采用深圳及其周围台站的地面温度资料和NCEP再分析温度数据，通过鲁棒回归对气温趋势进行拟合，发现城市化对深圳年平均气温增暖的贡献达到0.315 ℃/10a，大于分析观测资料得到的结果，说明城市化的快速发展是导致深圳城市热岛效应的重要因子之一。
前人通常选择乡村站或郊区站研究热岛效应，也有学者选择40cm的地温资料[18]，或者用研究站点的温度资料减去自然变化的气候背景资料来研究热岛强度[19]，该文选择受人类活动影响较少的海岛站作为参照站，更能客观地反映城市热岛效应。
1 资料与方法
该文选取深圳气象站气温资料（1954-2005），香港天文台气温资料（1952-2005）以及横澜岛和长洲站气温资料（1971-2005）；深圳人口资料（1979-2005）和香港人口资料（1971-2005）。（见表1）
横澜岛和长洲是分别位于香港东南和西南方向的海岛，其观测站本文称之为海岛站。深圳气象观测站是深圳国家基本气象站，为避免因搬迁引起的资料差异，以更好的反映城市热岛效应，本文所研究的气温资料均是旧站的资料，即位于深圳市罗湖区解放路广场北街13号内的观测资料，这四个站点对于研究深圳市的热岛效应有很好的参考意义。把横澜岛和长洲两个站点的温度平均值定义为海岛站的温度，并且以此作为研究深圳热岛效应的参照站。
热岛强度和贡献率定义：本文热岛强度的定义为市区站温度和郊区站或海岛站温度的差值，当>0时，称出现热岛效应，为<0时，称之为冷岛。我们定义温度曲线线性回归方程的趋势线斜率，为温度变化速率即温度上升率，单位℃/10a，表示每10a的温度变化幅度。研究站点热岛强度变化曲线的趋势线斜率，定义为热岛增温率，或称之为热岛强度变化率，单位℃/10a。累积的某个季节的热岛强度在总的累积热岛强度中的比值定义为该季节的热岛贡献率。季节采用气象季节定义，即1、2月和上年的12月为冬季，3、4、5月为春季，6、7、8月为夏季，9、10、11月为秋季。
分析方法：累积距平分析，线性趋势倾向分析。
2 深圳城市热岛效应特征
2.1 深圳年平均气温的突变年份
由深圳年平均气温求得累积距平曲线（图1），显示1986年是累积负距平的最大年份，结合图2可以确定1987年确定为气温突变年份，后面我们将-2005前后不同时期重点研究1987年后深圳出现的热岛效应特点。
2.2 深圳热岛效应的年际变化特征
由图2可见海岛站1972-2005年期间年平均温度呈震荡走势，深圳站年平均温度从1987年开始有明显的上升，而且从1987年开始，深圳站温度高于海岛站温度。按照本文对热岛强度定义，深圳站从1987年开始具有明显的热岛效应，具体差值（热岛强度）见表2，热岛强度最大年份是1999年，热岛强度值为0.966 ℃，最小年份1988年，热岛强度值为0.124 ℃，1987年至2005年的年平均热岛强度值是0.64 ℃。
2.3 深圳热岛效应的季节变化特征
通过对比深圳站和海岛站（1987-2005）各季节的年平均温度，求出两者的差值即季节热岛强度，绘制季节热岛强度变化曲线图3，从变化曲线上看，整体上夏季热岛强度最大，其次是春季、秋季，冬季最小。
由1987-2005年每年四个季节的热岛强度值得到各季节的平均热岛强度和累积热岛强度，见表3。从每个季节的贡献率可以发现在过去19年中夏季的热岛贡献率最大，为43.5%，其次是春季的36.3%和秋季的20.7%，冬季的贡献率最小，为负值，这一特点和北方城市相反，通常北方城市的热岛效应在冬季最大，很大原因是和北方冬季烧煤取暖导致热岛效应更加突出有关，深圳则不存在这个问题。
通常北方城市的热岛效应在冬季最大，很大原因是和冬季烧煤取暖有关，深圳则不存在这个问题。按照本文定义，热岛强度曲线的趋势线斜率为热岛增温率，可以反映未来季节热岛强度的变化趋势。从图3可以得出各个季节的热岛增温率，夏季的0.594 ℃/10a为最大，冬季是0.37 ℃/10a，春季是0.334 ℃/10a，秋季是0.286 ℃/10a，说明夏季的热岛强度仍然在加强，其次是冬季，最弱的是秋季。结合表3各季节的贡献率分析，可见冬季热岛效应虽然目前所占的比例不高，但是从未来趋势看，有不断加强趋势，高于春季和秋季的热岛趋势。夏季热岛趋势的加强可以解释为由于人口的增加，夏季空调的使用量增加以及海陆热力性质的差异加剧了城市的热岛效应。
2.4 深圳热岛效应月份变化特征
统计深圳站和海岛站1987年至2005年期间1～12月的月平均温度差值（即热岛强度），得到表4，可以发现除了1月份和12月份，其余月份深圳站的月平均温度均高于海岛站的，两者具体差值（热岛强度）最大的月份是8月份，为1.264 ℃，其次是7月份的1.128 ℃和4月份的1.05 ℃，1月份和12月份深圳站和海岛站的温度差值是-0.153 ℃和-0.075 ℃。这和表3分析的夏季贡献最大，冬季为负值相吻合。
3 深圳和香港年平均温度变化对比分析
图4是香港（1952-2005）和深圳（1954-2005）年平均温度变化曲线图，从图中可见在1987年之前，两个站点的温度基本呈平稳震荡走势，1987年之后都有明显的上升，但深圳的温度上升要比香港的快。
从香港和深圳的温度差值看，在1987年之前，香港的平均温度比深圳要高0.5～1.2 ℃左右，出现了两个峰值，即1969年的1.121 ℃和1977年的1.059 ℃。1999年深圳年平均温度首次高于香港年平均温度，差值为0.013 ℃，接下来几年有扩大趋势，到2004年深圳年平均温度高于香港0.18 ℃。
为了更好的比较深圳和香港的年平均温度变化，我们把1952年至2005年分两个阶段进行对比，即1952年至1986年以及1987年至2005年（见图5）分别进行研究。
A 1952-1986年深圳和香港年平均温度变化曲线
A 1952-1986 the average annual temperature curve of Shenzhen and Hong Kong
B 1987-2005年深圳和香港年平均温度变化曲线
A 1952-1986 the average annual temperature curve of Shenzhen and Hong Kong
B 1987-2005 the average annual temperature curve of Shenzhen and Hong Kong
从图5A趋势线斜率可以得到在1987年之前深圳和香港的年平均温度温度上升率，香港为0.051 ℃/10a，深圳为0.045 ℃/10a，基本相当，说明两者年平均温度走势比较平稳，这是深圳属于冷岛时期的温度变化表现情况。
图5B反映的是1987年深圳开始呈现热岛效应后两个城市平均温度变化情况，从趋势线斜率可以看出，深圳的温度上升率为0.497 ℃/10a，大于香港的0.343 ℃/10a，两者相差0.154 ℃/10a，说明深圳的温度上升较快，深圳具有明显的热岛效应。1999即和下面我们就来研究深圳在1987年前后常住人口数量的变化情况，并通过和香港常住人口数量对比分析，从而发现一些规律。
从图6可以看出，香港人口在1971年到2005年期间基本呈现稳定增长，由1971年的404.53万人增加到2005年的693.6万人，增加了71%，从香港人口的趋势线来看，人口上升率是85.108万人/10a。
深圳的人口增长可以分为两个阶段，从1979年到1986年，这段时期属于稳定增长期，人口由31.41万人增加到93.56万人，趋势线人口上升率是99.552万人/10a，比香港略微快点，由于深圳的人口基数小，这段时间没出现热岛效应。进入1987年以后，深圳市常住人口出现爆炸式的增长，这段时期的人口上升率为445.64万人/10a，1987年的常住人口数量是105.44万人，2005年增加到827.75万人，增加了6.85倍。
因此由深圳和香港的人口增长趋势可以看出，1987年后深圳出现的人口骤增，再加上人口基数已经很大，导致了深圳1987年后温度大幅度上升，具有明显的热岛效应。而香港的温度由于人口稳定增长，在1987年以后呈现平稳小幅上升。
引起城市热岛效应的一个根本因素是人类活动的增加，香港由于城市化进展比较早，由城市化导致的热岛效应早已经结束，而深圳在1987年后出现温度上升率的突变应该和深圳城市化人口剧增带来的热岛效应密切相关。
4 结语
综合以上分析，我们可以得到以下结论：
（1）1987年至2005年深圳的年平均热岛强度是0.64 ℃。
（2）通常城市热岛效应冬季最大，深圳站夏季的热岛强度最大，其次是春季和秋季，冬季为负值；夏季的热岛增温率最高，其次是冬季、春季和秋季。主要原因是深圳在夏季空调的使用量增加以及海陆热力性质差异，另外在冬季深圳没有冬季烧煤取暖的问题。
（3）8月份和7月份以及4月份是深圳热岛强度最大的月份，1月和12月为负值，这和相应的季节特点夏季最大，冬季最小相吻合。
（4）1987年前后香港和深圳的温度上升率都发生了较大变化，深圳的变化更加明显。深圳具有明显的热岛效应效应相比香港强度明显高于香港，原因在于深圳在1987年后常住人口数量呈现爆发式的增长。
参考文献
[1]杨霖.利用NOAA-14 卫星反演兰州城市热岛效应特征的研究[D].兰州：兰州大学，2001.
[2]宋轩，段金龙，杜丽平.城市热岛效应研究概况[J].气象与环境科学，2009，32（3）：68-72.
[3]邓莲堂，束炯，李朝颐.上海城市热岛的变化特征分析[J].热带气象学报，2001，17（3）：273-280.
[4]程锦霞，胡燕平，惠付梅，等.利用R/S方法分析漯河市气温变化趋势[J].河南气象，2006（2）：38-39.
[5]陈长安.合肥城市发展对气候的影响[J].河南气象，2002（4）：28-29.
[6]丁金才，张志凯，奚红.上海地区盛夏高温分布和热岛效应的初步研究[J].大气科学，2002，26（3）：412-420.
[7]张艳，鲍文杰，余琪，等.超大城市热岛效应的季节变化特征及其年际差异[J].地球物理学报，2012，55（4）：1121-1128.
[8]刘学锋，于长文，任国玉.河北省城市热岛强度变化对区域地表平均气温序列的影响[J].气候与环境研究，2005，10（4）：763-770.
[9]初子莹，任国玉.北京地区城市热岛强度变化对区域温度序列的影响[J].气象学报，2005；63（4）：534-540.
[10] 黄利萍，苗峻峰，刘月琨.天津城市热岛效应的时空变化特征.大气科学学报，2012；35（5）：620-632.
[11]陆晓波，徐海明，孙丞虎，等.中国近50a地温的变化特征[J].南京气象学院学报，2006，29（5）：706-712.
[12]王翠花，李雄，缪启龙.中国近50年来日最低气温变化特征研究.地理科学，2003，23（4）：441-447.
[13]董海鹰，侯建伟，刘学忠，等.青岛地区城市热岛效应研究[J].海洋科学进展，2012，30（1）：17-23.
[14]陈沈斌，潘莉卿.城市化对北京平均气温的影响[J].地理学报，1997，52（1）：27-36.
[15]钟保.深圳的城市热岛效应[J].气象，1996，22（5）：23-24.
[16]曾侠，钱光明，潘蔚娟.珠江三角洲都市群城市热岛效应初步研究[J].气象，2004，30（10）：12-16.
[17]司鹏，李庆祥，李伟，殷红.城市化对深圳气温变化的贡献[J].大气科学学报，2010，33（1）：110-116
[18]马凤莲，黄嘉佑，李庆祥，等.承德市的城市化对气温影响的研究[J].北京大学学报（自然科学版），2009（4）.
[19]黄嘉佑，刘小宁，李庆祥.中国南方沿海地区城市热岛效应与人口的关系研究.热带气象学报，2004，20（6）：713-722.