实施过程（根据学生的汇报录音整理）
1.关于我们的选题
大家可以看到白玉兰花是白色的，花比较大（图4—1），它是中国著名的观赏花木，也是上海市的市花。它有非常古老的栽培历史，是一种名贵的观赏花。在古代就有不少赞颂白玉兰的诗篇。例如明代著名诗文书画家文徵明写道：“绰约新妆玉有辉，素娥千队雪成围；我知姑射真仙子，天遗霓裳试羽衣。”
我们就要研究白玉兰与城市热岛效应两者之间的关系（图4—2）。
图4—1 美丽的白玉兰
何谓城市热岛效应？通俗地说就是城中心地区比周边郊区温度高，这种现象就叫做城市热岛效应。
图4—2讲解基础知识
图4—3 中间就是市中心，大家可以看出它的温度很高，然后两边是城郊地区，它的温度就相对要低一些。
城市热岛效应（urban heat island effect, UHI effect），是指城市因大量的人工发热、建筑物和道路等高蓄热体及绿地减少等因素，造成城市“高温化”即城市中的气温明显高于外围郊区的现象。在近地面温度图上，郊区气温变化很小，而城区则是一个高温区，就像突出海面的岛屿，由于这种岛屿代表高温的城市区域，所以就被形象地称为城市热岛。形成城市热岛效应的主要因素有城市下垫面、人工热源、水面影响、空气污染、绿地减少、人口迁徙等。
城区大量的建筑物和道路构成以砖石、水泥和沥青等材料为主的下垫层，这些材料热容量、导热率比郊区自然界的下垫层要大得多，而对太阳光的反射率低、吸收率大；因此在白天，城市下垫层表面温度远远高于气温，其中沥青路面和屋顶温度可高出气温8～17℃。此时下垫层的热量主要以湍流形式传导，推动周围大气上升流动，形成“涌泉风”，并使城区气温升高，在夜间城市下垫面层主要通过长波辐射，使近地面大气层温度上升。由于城区下垫层保水性差，水分蒸发散耗的热量少（地面每蒸发1g水，下垫层失去2.5kJ的潜热），所以城区潜热大，温度也高。
图4—3 热岛效应等温线示意图，城中心地区比周边郊区温度偏高
1）人工热源
城市内拥有大量锅炉、加热器等耗能装置以及各种机动车辆。这些机器和人类生活活动都要消耗大量能量，大部分以热能形式传给城市大气空间。工厂生产、交通运输以及居民生活都需要燃烧各种燃料，每天都在向外排放大量的热量。工厂、机动车、居民生活等，燃烧各种燃料、消耗大量能源，无数个火炉在燃烧，都在排放热量。
2）水面和风的影响
除了绿地能够有效缓解城市热岛效应之外，水面、风等也是造成城市热岛的因素。城区密集的建筑群、纵横的道路桥梁，构成较为粗糙的城市下垫面，因而对风的阻力增大，风速减小，热量不易散失。在风速小于6m/s时，可能产生明显的热岛效应，风速大于11m/s时，下垫面阻力不起什么作用，此时热岛效应不太明显。
水的比热容大，在吸收相同热量的情况下，升温值最小，表现出比其他下垫面的温度低；水面蒸发吸热，也可降低水体的温度。风能带走城市中的热量，也可以在一定程度上缓解城市热岛。因此在城市建筑物规划时，要结合当地的风向，不要把楼房全部建设成为东西走向的，要建设成便于空气流通的格局；同时，最好将一些单位的高院墙拆掉，建成栅栏式，增加空气流通。
我们要研究玉兰主要是跟它的花期有关，玉兰的花期主要分三个阶段。
第一个是始花期（图4—4），第二个是盛花期（一棵树上开花量达到50%），最后是末花期。始花期的定义是在这树上开第一朵花的时候，就是始花期的开始。什么叫开第一朵花呢？就是说从某一个角度，可以看到这朵花的花蕊，才能叫开第一朵花。所以大家可能奇怪，这幅图上感觉已经有很多花了，那为什么我们才管它叫第一朵花呢？因为只有一朵花才能看到它的花蕊。然后盛花期是说，这棵树上大概花开到一半的时候，这个就是盛花期的开始。末花期是当花凋谢到只剩10%左右的时候。
图4—4 始花期：开第一朵花的时期（可从某个角度看到花蕊）
我们小组的研究主题就是北京地区城区、郊区不同地点白玉兰的花期，同春季和前冬气温之间，到底存在什么样的定量关系？具体环节包括：
（1）城市和郊区的白玉兰开花日期有多大差异？
（2）这种差异是否和城市热岛效应影响有关？
（3）如何通过前期温度与白玉兰花期的关系建立模型，以便准确地预测？
（4）白玉兰开花日期大概是什么时间？
2.研究意义
可以更好地理解城市郊区气候对白玉兰生长规律的影响，了解热岛效应对白玉兰花期的影响；为北京公众旅游观赏提供预报，对管理业和旅游业也具有一定参考价值。因为大家都知道到春季就是玉兰观赏期了，这个时候有大量的游客要到公园去观赏玉兰，如果有一个模型的测算就可以利用气温的预报大概算出玉兰的开花日期，提前做一个预报，大家就可以在玉兰花处理盛花期时去观赏玉兰了。
3.研究过程
我们是按照如下程序完成工作的：
在本学期开始的时候，老师先给了我们中英文的文献各5篇，让我们阅读。我们挑选了其中最感兴趣的内容阅读，然后初步了解了城市热岛效应以及物候的一些知识，师生共同讨论，我们就一些阅读中不懂的问题求教于老师。接着就进入实地观测、收集物候和气象资料的阶段。在这个阶段，老师给我们选择了紫竹院公园作为观测点。一是由于它离中国气象局比较近，比较方便。第二个是因为这里有三株定株的树，是由北大著名的物候学教授陈效逑先生亲自挑选的。第三步我们进行了计算和分析数据，然后我们要绘制出图表，最后总结并撰写论文。
4.研究方法
我们采用了如下的观察方法：
首先我们在紫竹院公园实地观测三棵玉兰，在玉兰花花期的两周时间内，我们每天下午放学都要前往紫竹院公园，把玉兰的照片拍下来，最后准备总结出图表。再接下来我们城区、郊区7个玉兰花观测点收集开花数据，以及相应的气象数据，用表格记录并分析，最后建立出一个统计模型，用我们的数学知识尽量模拟、寻找规律（图4—5）。
图4—5 尹炤寅老师在紫竹院公园现场给学生们讲解如何观察花期
图4—6 是分配每个组员轮流去观察拍照的备忘。除了观察收集到的实测数据，我们还得到国家气象局的帮助，提供了气象数据，虽然文件只有5个（图4—7），但打开之后大家惊讶地发现数据是海量的，到最后这幅图的时候数据量已经达到了5万多条，我们要处理这些海量的数据。当然在处理过程中，我们要认真、严谨，否则最后的结论就会有非常大的偏差。
接下来分析数据并绘制图表，具体操作是：计算得到的2012—2015年1—4月每一天的平均气温和最高气温；根据日气温资料，以及累计温度资料，分析前期温度或累计温度对玉兰开花早晚和时间长度的影响，分析城市和郊区不同温度条件下玉兰花期的差异。
图4—6 学生自己分工合作，在玉兰花期时每天去做观察收集数据
图4—7 国家气象局为支持同学们研究提供的5个数据文件
5.利用比较、相关分析和回归分析等统计方法，得到定量关系式
通过我们的分析结算得到了2012—2015年1—4月每天的平均气温，以及最高气温，然后根据这些气温资料以及前期的气温资料，分析前期温度对玉兰开花早晚时间长度的影响（图4—8）。分析城、郊不同温度条件下玉兰花期的差异，最后我们要利用相关分析和回归分析等统计方法，得到一个定量的一元一次关系式，然后来看这个影响是否非常大。
图4—8 分析数据，远程与导师们交流和求教
说一下我们研究中涉及的一个数据概念—积温。积温通俗地讲就是前期气温的累加值，当然这种累计是要遵循一定规律的。比如说当天的温度在3℃以下，那在计温这栏就要填写0，如果当天温度大于等于3℃，那就用当天的温度减去3℃，然后得到当天的积温值。然后最后将这些积温值累加，得到一个植物开花所需的积温。比如说玉兰开花所需的积温大概是124℃，当你积温累计到这个程度的时候，玉兰就将会开花，对此就可以对玉兰花期进行预报。
6.我们研究的初步成果
首先我们通过文献阅读，对北京城市热岛效应和主要气候特点有了初步的认识，然后接下来观测、记录，并把这个记录转化为始花期、盛花期和末花期的数据，也就是通过我们拍的照片来总结，然后并做分析。然后比较发现7个地点的始花期、盛花期和末花期，与实际有明显差异，在下面表格中会有体现，然后反映出城市热岛效应对各地气温和玉兰物候的影响。
表4—1 2012—2015年北京5站白玉兰始花日期
而这张表就是体现差异的，这是我们总结2012年到2015年北京5个站的白玉兰始花时期。从统计来看城市站的平均开花时期和乡村站开花时期有明显差异，大概差了七八天左右。所以这也可以体现出城市热岛效应对开花的日期也有非常大的影响。
7.感想和启示
每节课老师会跟我们提到科研精神，慢慢地在我们思想中渗透科研精神。科研不是儿戏，绝对不能胡乱对待。为什么呢？科研需严谨，举个我们的经历：在当时判断我们自己记录的资料质量的时候，就采用了一些方法。比如采用了进行质量控制，或者画一些图表观察有没有异常，然后对比前人的结果，查阅一些文献，看前人的结果是否和我们一样。在这个过程中，老师让我们每个人都做了一份自己计算的数据，为了也是更好地对比数据是否有错误。后来在一次参观农业气象观测站的时候，我们发现了一个不太严谨的现象，也就是农业气象观测站也要观察玉兰的开花期，但是有些玉兰的植株种在了房子旁边，紧挨着墙，紧挨着空调。这样的话到冬天的时候，空调会吹出热风，窗子也会吹出热风，到夏天会吹出凉风，这样肯定会对玉兰花期有很大的影响。当时我们就观察到了一个现象，这个植株靠近墙、靠近窗户这边明显花开得要早。因为前冬的时候吹出的热风，使那个气温更快达到，于是这边就开花了，远离墙那一侧还几乎没有开过花。所以这是一个不太严谨的表现，我们以后也要尽量排除这种人为因素的影响。