热示踪法对广州城市化地下温度影响的辨识

连健斌; 李绍恒; 陈建耀; 龚柔艳; 梁贝竹; 董林垚

doi:10.13471/j.cnki.acta.snus.ZR20230044

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热示踪法对广州城市化地下温度影响的辨识

研究论文 | 更新时间：2024-09-29

- 热示踪法对广州城市化地下温度影响的辨识
- The identification of the influence of heat tracing method on underground temperature in the urbanization process of Guangzhou
- 中山大学学报(自然科学版)(中英文) 2024年63卷第4期页码：29-36
- 作者机构：
  
  1.中山大学地理科学与规划学院 / 粤北岩溶区森林生态系统碳水耦合野外观测研究站，广东广州 510006
  2.湖南农业大学水利与土木工程学院，湖南长沙410000
  3.长江水利委员会长江科学院，湖北武汉430000
- 作者简介：
  
  连健斌（1999年生），男；研究方向：城市化地下水环境效应；E-mail：lianjb3@mail2.sysu.edu.cn
  陈建耀（1966年生），男；研究方向：环境水文学、水文地质学；E-mail：chenjyao@mail.sysu.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家重点研发项目(2023YFC3709002);国家自然科学基金(41977171);广东省区域联合基金(2021A1515110505)
- DOI：10.13471/j.cnki.acta.snus.ZR20230044
  中图分类号： P641
- 纸质出版日期：2024-07-25，
  
  网络出版日期：2024-04-24，
  
  收稿日期：2023-12-19，
  
  录用日期：2024-04-02
- 稿件说明：
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连健斌,李绍恒,陈建耀等.热示踪法对广州城市化地下温度影响的辨识[J].中山大学学报(自然科学版)(中英文),2024,63(04):29-36.

LIAN Jianbin,LI Shaoheng,CHEN Jianyao,et al.The identification of the influence of heat tracing method on underground temperature in the urbanization process of Guangzhou[J].Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Sunyatseni,2024,63(04):29-36.
连健斌,李绍恒,陈建耀等.热示踪法对广州城市化地下温度影响的辨识[J].中山大学学报(自然科学版)(中英文),2024,63(04):29-36. DOI： 10.13471/j.cnki.acta.snus.ZR20230044.

LIAN Jianbin,LI Shaoheng,CHEN Jianyao,et al.The identification of the influence of heat tracing method on underground temperature in the urbanization process of Guangzhou[J].Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Sunyatseni,2024,63(04):29-36. DOI： 10.13471/j.cnki.acta.snus.ZR20230044.

摘要

浅层地温和近地表空气温度之间存在内在能量交换，随着时间推移，地表温度变化的信息会向下传播，并叠加到稳态地温场上。因此，可通过当前地温剖面，反过来重建地面温度变化的历史。为评估全球变暖和城市化对广州地下温度的综合影响，本文收集了广州站自1958—2022年的气温数据并对这段时期的气温数据进行回归分析和距平分析，获得了广州16个观测钻孔的温度-深度剖面；再利用温度-深度剖面下段进行回归分析，得到地温梯度以及偏离恒定地温梯度的深度；最后，结合气温数据得到开始增温时间和增温幅度，运用解析解方程得到广州地表增温下温度-深度剖面的理论曲线。结果显示广州气温在1958—2022年间的增温速率为0.33 ℃/10a，开始增温的时间为1987年，增温幅度为2.6 ℃。广州区域观测到的地温梯度值为0.036 ℃/m，而地温偏离恒定地温梯度的深度为54.8 m，与通过解析解计算得到的理论深度57.6 m基本一致。研究发现城市化导致的地表变暖开始时间越早，地下温度与恒定地温梯度偏离的深度越大，表明城市区域地温偏离恒定地温梯度的深度可作为描述城市化进程的一个指标。

Abstract

The intrinsic energy exchange exists between the shallow ground temperature and near-surface air temperature.As time progresses， surface temperature changes are propagated downwards and superimposed onto the steady-state geothermal field.Therefore， it is possible to reconstruct the history of ground surface temperature changes using the current subsurface temperature profile. To assess the combined effect of global warming and urbanization on the subsurface temperature of Guangzhou， this paper collected temperature data from Guangzhou station during 1958-2022 and conducted regression analysis and anomaly analysis. Meanwhile， the temperature-depth （T-Z） profiles of 16 observation boreholes in Guangzhou were obtained through field measurements. By conducting regression analysis on the lower section of the temperature profile， the geothermal gradient of the area and the depth of deviation from the constant geothermal gradient were determined. Finally，the onset time and magnitude of warming were obtained by combining temperature data， and the theoretical curves of the surface warming profile in Guangzhou were derived using the analytical solution equation. The results show that the warming rate of air temperature in Guangzhou from 1958 to 2022 is 0.33 ℃ per decade， with the onset time of warming being 1987， and the magnitude of warming being 2.6 ℃.The observed geothermal gradient in Guangzhou is 0.036 ℃/m， and the depth of deviation from the constant geothermal gradient is 54.8 m， essentially consistent with the analytically calculated depth of 57.6 m. The study finds that the earlier the start time of urbanization-induced surface warming， the greater the depth of deviation of subsurface temperature from the constant geothermal gradient， indicating the depth of deviation can be used to describe the process of urbanization.

关键词

全球变暖城市化气温地温广州

Keywords

global warmingurbanizationair temperatureground temperatureGuangzhou

references

丁一汇，任国玉，石广玉，等，2006.气候变化国家评估报告（I）：中国气候变化的历史和未来趋势［J］.气候变化研究进展， 2（1）：3-8+50.

董林垚，喻志强，徐金鑫，2018.地温示踪地表暖化过程中的气候变化和城市热岛效应［J］.热带地理， 38（2）：236-243.

樊亚鹏，徐涵秋，李乐，等，2014.广州市城市扩展及其城市热岛效应分析［J］.遥感信息， 29（1）：23-29.

封静，潘安定，2011.广州气温变化特征及其与城市化进程的关系［J］.广州大学学报（自然科学版）， 10（6）：89-94.

李济琛，陈明珠，汤强，等，2021.南京市浅层地温场研究—基于分布式光纤测温技术［J］.中国地质，48（3）：939-947.

刘凯，聂格格，张森，2020.中国1951—2018年气温和降水的时空演变特征研究［J］.地球科学进展， 35（11）：1113-1126.

王海波，黄少鹏，任永飞，等，2014.西安城市地温与气温变化初步分析［J］.地质科学， 49（3）：874-887.

王惠英，高权恩，汤海燕，等，2004.关于广州城市气候生态建设与可持续发展的探讨［J］.中山大学学报（自然科学版）， 43（S1）：237-240.

吴艳标，1986.广州城区热岛特征及其对空气污染的影响［J］.热带气象， 2（3）：242-250.

杨士弘，张茂光，曾荣青， 1984.广州城市热岛分析［J］.华南师范大学学报（自然科学版）， 16（2）：113-117.

周凯，叶有华，彭少麟，等，2008.广州市城市热岛时间变化特征及与大气总悬浮颗粒物关系的研究［J］.生态环境， 17（5）：1861-1867.

ANDERSON M P,2005.Heat as a ground water tracer[J].Ground Water, 43(6):951-968.

BIRCH A F, 1948.The effects of Pleistocene climatic variations upon geothermal gradients[J].Am J Sci, 246(12):729-760.

FERGUSON G, WOODBURY A D,2004.Subsurface heat flow in an urban environment[J].J Geophys Res, 109(B2):B02402.

HARRIS R N, CHAPMAN D S, 1997.Borehole temperatures and a baseline for 20th-century global warming estimates[J].Science, 275(5306):1618-1621.

HUANG S, POLLACK H N, SHEN P Y, 2000.Temperature trends over the past five centuries reconstructed from borehole temperatures[J]. Nature, 403(6771):756-758.

KALNAY E,CAI M,2003.Impact of urbanization and land-use change on climate[J].Nature, 423:528-531.

LIU B, XU M, HENDERSON M, et al,2004.Taking China's temperature:Daily range, warming trends, and regional variations,1955-2000[J]. J Clim,17(22):4453-4462.

PARKER D E,2006.A demonstration that large-scale warming is not urban[J].J Clim, 19(12):2882-2895.

ROSENZWEIG C, KAROLY D,VICARELLI M, et al,2008.Attributing physical and biological impacts to anthropogenic climate change[J].Nature,453(7193):353-357.

SCHMIDT W L, GOSNOLD W D, ENZ J W, 2001.A decade of air-ground temperature exchange from Fargo,North Dakota[J].Glob Planet Change, 29(3/4):311-325.

SILLIMAN S E, BOOTH D F, 1993.Analysis of time-series measurements of sediment temperature for identification of Gaining vs.losing portions of Juday Creek, Indiana[J].J Hydrol, 146:131-148.

TANIGUCHI M, SHIMADA J, TANAKA T, et al, 1999. Disturbances of temperature-depth profiles due to surface climate change and subsurface water flow:1. An effect of linear increase in surface temperature caused by global warming and urbanization in the Tokyo Metropolitan Area, Japan[J].Water Resour Res, 35(5):1507-1517.

TANIGUCHI M, UEMURA T, JAGO-ON K, 2007.Combined effects of urbanization and global warming on subsurface temperature in four Asian cities[J].Vadose Zone J, 6(3):591-596.

TANIGUCHI M,UEMURA T, 2005.Effects of urbanization and groundwater flow on the subsurface temperature in Osaka,Japan[J].Phys Earth Planet Inter,152(4):305-313.

TAYLOR C A, STEFAN H G, 2009. Shallow groundwater temperature response to climate change and urbanization[J].J Hydrol, 375(3):601-612.

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