城市化气候效应的高分辨率模拟研究

发布时间：2014-05-27 | 【大中小】 | 【打印】【关闭】

1. 研究背景与模拟区域

城市化进程是人类活动剧烈影响地球系统最具代表的现象之一。城市化改变陆面物理属性和形态特征，使得城市区域具有更大的热容量、波文比以及粗糙度。城市陆表的不透水性使得水汽蒸发减少，地表感热增加。加之，辐射在城市冠层内部的多次反射和吸收使得白天城市吸收的能量在夜晚更难以长波辐射的形式散失。这些陆面特征的变化显著影响地表能量收支、边界层高度和热力结构以及局地/区域大气环流，从而改变城市及其周边的区域气候。

近三十年中国的城市化进程十分迅速，形成了以京津冀、长三角和珠三角等规模巨大的城市群，已然成为影响局地和区域天气气候的一个重要人为因素。本研究利用区域气候模式WRF-UCM，根据高分辨率的下垫面土地利用信息，长时间高分辨气候模拟比较了中国三大城市群城市化进程所带来的土地利用变化和人为热释放对城市群地区气候的影响。

2. 城市土地利用对区域气候的影响

考虑城市土地利用后，三个城市群区域年平均增温0.31℃、0.44℃和0.28℃，更强的增温体现在城市地区，分别达到1.10℃、1.31℃和1.15℃；

考虑城市土地利用后，珠三角和长三角地区（尤其是城市地区）的夏季降水有所减少，而京津冀地区没有显著变化。

3. 城市土地利用改变区域降水的物理机制

考虑城市土地利用后，城市区域的对流有效位能有所减少。城市土地利用使得城市上空边界层高度升高，从而使得水汽在边界层内混合更加均匀，大气层结可能因此变得更加稳定。

城市土地利用使得近地面风场在城市地区存在异常辐合，利于降水的发生；而水汽值在城市地区都有一定程度地下降，不利于降水的发生。后者负面因素在城市群尺度上可能体现得更为显著。

4. 人为热释放的区域气候效应

人为热释放导致三个区域城市群平均增温0.12℃、0.34℃和0.21℃，城市地区增温分别达到0.40℃、0.91℃和0.78℃；

人为热释放使得珠三角、长三角城市群地区夏季降水有所增加；原因是城市地区风场和水汽发生辐合，上升运动增强，对流有效位能增加，从而导致夏季降水显著增多。

Wang J. , Feng J., Yan Z., Hu Y. and Jia G., 2012: Nested high-resolution modeling of the impact of urbanization on regional climate in three

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Feng J., Wang J. and Yan Z., 2014: Impact of anthropogenic heat release on regional climate in three vast urban agglomerations in China.

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