北冰洋浮冰和开阔海面上的能量平衡特征

利用中国首次北极考察队于 1 999年 8月 1 9日～ 2 4日在北冰洋浮冰区获得的大气近地层垂直廓线和辐射等资料 ,依据相似理论方法 ,对比分析了北冰洋无冰海面和冰面上热平衡参数的变化特征。结果表明 ,海面与大气和冰面与大气之间相互作用的边界层物理过程差异十分明显。冰面吸收的净辐射仅为海面的 6%左右 ,主要消耗于感热输送和冰面融化过程 ,不足部分由水汽在冰面上凝结释放的潜热和冰中的热通量来补充。海面吸收的净辐射主要消耗于潜热输送过程 ,占净辐射的 50 % ,其余热量传向水体深层和用于感热输送 ,分别占净辐射的 2 6%和 2 4 %。由此可见 ,在北冰洋夏季 ,无冰海面有大量的水汽向大气输送 ,这对研究北冰洋地区大气边界层的季节变化过程是至关重要的     

塔克拉玛干沙漠腹地冬季大气边界层O3廓线分析

为了揭示塔克拉玛干沙漠腹地冬季大气边界层O3的浓度变化特征,利用系留气艇于2008年1月18—25日在塔中地区进行了大气边界层O3观测试验,结合相关资料,初步分析了塔中地区冬季边界层O3浓度垂直分布特征及其与温度、湿度的关系。其结果是:①塔中地区臭氧浓度集中分布在10~50 ppb之间,其中试验期间观测到O3最大浓度值56.1 ppb,最小浓度为2.6 ppb,臭氧的最大浓度基本都在40 ppb左右,日平均浓度为34.4 ppb。②大气边界层O3的浓度廓线可分为峰值型、均匀型、增长型3种,其中均匀型所占比重最大。③大气边界层O3浓度与温度、湿度密切相关,逆温及空气中水汽的增加会导致臭氧浓度降低。④大气边界层O3有明显的日变化,越贴近地面日变化越明显,其变化特征与太阳辐射有着密切关系。臭氧浓度夜晚较低,日出后开始增加,午后达到一天中的最大值;随着日落,臭氧浓度开始减小,在清晨达到最小值;臭氧浓度日最大值出现在17:00,最小值出现在08:00。     

我国地表面与下层土壤间热交换量的计算和分布

地表面与下层土壤间的热交换量简称土壤热交换量。是热量平衡中的主要分量之一,它表示了土壤中所能吸收和释放热量的状况和热储存量的变化,直接影响大气和土壤中的能量分配。因此,它不仅在气候研究上有重要意义;并且对工农业生产可以提供热量资源和指标。     

山地,湖泊的三维大气——斜压水动力学耦合模式：——在日本琵琶湖水——气…

大气、湖泊的边界层是大气边界层和湖泊边界层两部分组成的，它们之间通过湍流交换连接在一起，形成一整体系统。经过分界面的动量通量是连续的，热量是守恒的。基于此，本文在近几年工作的基础上，建立了大气边界层与水动力学模型的耦合模型，并对日本琵琶湖进行了实验研究，获得了一些比正压和均匀风场模式更符合观测实际的结论：（１）无论夏季（ＳＳＷ）和冬季（ＮＮＥ）作用下，湖面均可形成正的风涡度场；（２）夏季时，风的正     

山地、湖泊的三维大气－斜压水动力学耦合模式──在日本琵琶湖水－气系统中的应用

大气、湖泊的边界层是大气边界层和湖泊边界层两部分组成的，它们之间通过湍流交换连接在一起，形成一整体系统。经过分界面的动量通量是连续的，热量是守恒的。基于此，本文在近几年工作的基础上，建立了大气边界层与水动力学模式的耦合模型，并对日本琵琶湖进行了实验研究，获得了一些比正压和均匀风场模式更符合观测实际的结论：（１）无论夏季（ＳＳＷ）和冬季（ＮＮＥ）作用下，湖面均可形成正的风涡度场；（２）夏季时，风的正涡度场对形成琵琶湖中观测到的环流特征起着十分重要的作用，而且还构造出与环流相匹配的深水区低、浅水区高的温度场；（３）夏季时，初始温度场的水平分布特征对模式结果的影响很小；（４）冬季时，湖中无明显水平环流生成。     

西北干旱区冬、夏季大气边界层结构对比研究

利用2006年6月28日至7月17日和2007年1月1日至1月10日敦煌加强观测期的探空资料,对比分析了位于西北干旱区的敦煌荒漠冬、夏季大气边界层的结构特征和变化规律。分析认为,该地区冬、夏季大气边界层结构一致,但夏季边界层的厚度明显大于冬季。夏季,白天对流边界层顶最高超过3 500 m,夜间稳定边界层的最大高度平均达到900 m左右,而冬季,对流边界层和稳定边界层日最大高度分别较夏季低约2 350 m和500 m,这说明西北干旱区夏季晴天的确存在极端深厚的大气边界层,但这种超厚大气边界层现象在冬季并不出现。冬、夏季大气比湿和风速在边界层的分布特征符合一般规律,夏季比湿普遍大于冬季,且夏季大气比湿随高度变化幅度明显大于冬季。冬季从地表开始就出现逆湿现象,夏季逆湿则出现在60~100 m高度范围内。冬、夏季白天与夜间的风速均能呈现出Ekman螺线特征,且夏季地转风风速值与地转偏差均远高于冬季。     

上海城市的于岛效应和湿岛效应

上海“城市”由于下垫面性质的改变和大气中人为热、人为水汽和污染物质的增多等原困，对大气环境产生明显的影响。在气温和多年汛期平均降水量的分布上，城市有“热岛”和“雨岛”。在水汽压的分布上，情况比较复杂：绝大多数时间，城区水汽压明显比郊区小，“千岛”效应十分显著；但在某些天气条件下，城区水汽压反比郊区高，形成城市“湿岛”。     

高时空分辨率FFCO2排放清单的构建方法及研究展望

化石能源（FF）CO₂排放是全球人为温室气体排放的主体,作为衔接国家排放清单和大气反演验证途径的关键环节,2019年联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）对《国家温室气体清单指南》进行修订,势必将推动高分辨率FFCO₂排放清单的进一步规范发展。本文结合修订版指南中对于高分辨率排放清单的具体要求,从全球尺度、国家及以下尺度两个层面对高时空分辨率FFCO₂排放清单的构建方法进行梳理和归纳,并对其研究趋势进行展望。① IPCC方法学的进一步修订与完善,将有助于进一步提高FFCO₂排放清单的时空分辨率和精度;而构建包含间接排放的高分辨率FFCO₂排放清单正在兴起。② 作为大气反演模型的先验数据,采用自下而上的部门方法,直接获取排放统计数据,是编制高分辨率FFCO₂排放清单的首要途径;而通过替代变量及建模途径进行排放总量的时空分配,也是编制高分辨率FFCO₂排放清单的必要手段。③ 清单的不确定性分析中,需要考虑时空分配所带来的不确定性信息;基于大气观测的反演验证途径将作为独立于排放清单的一种客观核算手段,将在清单的质量保证/质量控制与验证中发挥重要作用。     

云南省一次局地短时强降水中尺度特征与诊断分析

利用常规观测、卫星云图、CINRAD-CC多普勒天气雷达观测、NCEP1°×1°再分析资料,对2013年云南中东部“5.23”短时强降水过程进行中尺度特征和成因研究,结果表明,该次过程前期全省晴热高温,早晨近地层“干暖盖”有利于不稳定能量积累,夜间700hPa切变线和低涡南下致使不稳定能量释放,产生强对流天气,强降水期间具有中等强度垂直风切变环境。强降水发生在对流层低层能量舌尖附近。强降水的水汽源地是700hPa西南气流从孟加拉湾输送的丰富水汽与850hPa层上偏东风输送的次强水汽中心。     

阿尔泰山降水氢氧稳定同位素特征及水汽来源分析

阿尔泰山横亘于亚欧大陆中部,是中纬度西风带气候研究的重点区域之一。利用阿尔泰山地区4个站点的监测数据,研究了该区域降水氢氧稳定同位素的年内变化特征及大气降水线方程,分析了降水同位素的温度效应,并利用后向轨迹探讨了水汽来源。结果表明：（1） 阿尔泰山各站点降水同位素比率在季节上表现为夏高冬低,且南侧站点的季节差异比北侧大,除Novosibirsk外大多数站点的降水氘盈余值为夏低冬高。（2） 除Novosibirsk外,研究区大多数站点大气降水线方程的斜率和截距都低于全球平均值。（3） 各站点降水同位素存在明显的温度效应,体现在季节变化和空间分布上。（4） 后向轨迹表明,研究区受到西风水汽、极地水汽和近源水汽路径的影响,且偏北站点可能受极地水汽路径的影响更大。上述认识有助于明确阿尔泰山不同区域降水同位素时空变化反映的水文气候信息,并为该区域大气水循环及气候变化研究提供参考。     

城市土地利用/覆盖变化与热环境生态调控研究进展与展望

城市土地利用/覆盖变化(LUCC)与热环境生态调控是城市生态学和城市气候适应性关注的热点问题。在提出城市LUCC/空间结构与生态服务热调节功能连接的重要性的基础上,综述了城市土地利用变化、城市绿色基础设施在热岛减缓和气候适应性发挥的作用,评述了观测实验、定量遥感和过程模型方面以及热调控的进展情况。基于此认为,局地或区域尺度城市高精度结构组分高精度遥感探测方法、城市高精度下垫面多尺度(功能区/覆盖组分/构造或材质等)对局地气温和辐射能量平衡影响机理和定量贡献识别、城市生态系统热调节功能的城市地表结构组分调控阈值确定、以及区域或全球尺度城市土地利用/覆盖变化影响的生物地球物理机制定量化认知等,是未来重要的发展方向。     

上海城市热岛与热浪协同作用及其影响因子

在全球变暖的背景下,热浪变得更加频繁。城市地区由于城市热岛效应在热浪事件中承受更大的风险。然而城市热岛与热浪之间的相互作用还少有研究。利用2016-2017年两个夏季（6-8月）上海城、郊气象站逐时气温、风速、相对湿度资料、城区徐家汇和郊区奉贤涡动相关通量观测资料对比分析了热浪和非热浪期间城市热岛强度的差异,并利用一个平流扩散解析模型揭示了城市热岛与热浪相互作用的物理机制。结果表明,热浪期间的城市热岛强度相比非热浪期间明显增强,且白天增强大于夜间,显示出城市热岛与热浪之间的协同效应。热浪期间城、郊相对湿度比值相对非热浪期间明显减小,表明热浪期间城区地表相对郊区变得更干,从而抑制了蒸发作用,加剧了城市热岛强度;平均风速也明显减小,平流降温效应减弱,对城市热岛强度起正反馈效应。热浪期间城区净辐射通量的增加大于郊区,使城区获得更大地表辐射输入;由于城区更少的植被覆盖和更多的不透水下垫面,热浪期间城区潜热通量略有降低,而郊区明显增加;城区感热通量增幅则大于郊区,这种感热和潜热通量分配的改变也加剧了城市热岛强度。本研究对城市如何应对加剧的热风险具有重要的科学指示意义。     

极端高温胁迫下中国城市脆弱性格局与影响因素

以中国280个城市市辖区为研究对象,从暴露度、敏感性、适应能力3个维度构建城市高温脆弱性评价指标体系,利用气象观测数据、人口普查数据、社会经济统计数据等,量化城市高温脆弱性指数,揭示1990、2000和2010年中国城市高温脆弱性格局,并探讨其影响因素.结果显示:1)在时间维度上,1990-2010年中国城市高温暴露度...     

基于空间联系的城市腹地范围划分——以江苏省为例

以ArcGIS为平台,在1:25万基础地理数据、江苏省交通路网数据、江苏省各县(市)统计数据的支持下,应用"自下而上"的划分方法对江苏省1990年、1996年、2002年和2008年不同等级的城市及其腹地的吸引范围进行了划分。划分过程包括:运用因子分析得到65个城市的综合实力,利用可达性分析技术得到城市间两两时间距离,运用最大联系强度以及逐级归并方法确定不同等级城市及其腹地范围。结果表明:采用城市间两两可达性来代替直线距离,对划分结果的准确性有所提升;划分方法充分考虑了城市间的隶属关系,划分过程中充分体现了城市质量与城市间的时间距离,划分结果较好地体现了区域均衡。"自下而上"划分方法体现了与传统的"自上而下"划分方法完全不同的研究路径,作为城市腹地划分方法的一种补充,可供研究人员进一步理论和实证探讨。     

城市化对极端高温事件影响研究进展

目前有关城市热岛效应的时空分布特征及其对气温变化趋势的影响已有大量研究,但对于极端高温—热岛效应相互作用、城市化对高温热胁迫及其健康后果的影响等研究还不够深入,在进行未来气候变化预估时也很少考虑城市的影响。在气候变化、中国城市化快速发展和人口老龄化的背景下,这将严重低估城市未来的变暖幅度以及城市极端高温的健康风险。随着近年来气候变暖所导致的高温热浪事件频发,城市化对极端高温事件的影响引起了广泛关注。本文对国内外陆续开展的城市热岛效应影响极端高温及其长期趋势的观测事实、城市极端高温数值模拟、城市高温期间超额死亡率的流行病学研究等方面所取得的成果进行了系统性的总结和评述。大部分观测和数值模拟研究都发现,城市热岛效应加剧了城市极端高温发生的范围和强度,增加了城市居民的高温健康风险,对城市极端高温的长期上升趋势也有重要贡献;流行病学研究表明,城市化引起的热岛效应对极端高温期间的死亡率有着重要影响。最后,对城市化影响极端高温未来的研究方向进行了探讨。     

城市空间形态对城市热岛效应的多尺度影响研究进展

随着全球城市化的快速发展和气候变暖及极端高温事件的加剧,城市热岛效应已成为了21世纪影响人类生存发展的重要环境问题。因此,阐明城市热岛强度时空变化特征,揭示多空间尺度下的形成机制是人文地理学和气候学研究的热点和前沿交叉科学问题。从街道峡谷微观尺度、城市街区局部尺度和城市宏观尺度全面总结和系统梳理了城市空间形态对城市热岛效应的多尺度影响和耦合机制,提出了未来通过定量表征城市热岛强度、城市空间形态的空间格局、时间演化特征及规律,构建空间关系分析模型,进而揭示城市空间形态在不同时空尺度对城市热岛强度的作用机制,为城市规划、宜居城市建设以及气候变化的响应与适应研究提供理论指导。     

Radiative forcing over China due to albedo change caused by land cover change during 1990-2010

Land cover change affects surface radiation budget and energy balance by changing surface albedo and further impacts the regional and global climate. In this article, high spatial and temporal resolution satellite products were used to analyze the driving mechanism for surface albedo change caused by land cover change during 1990-2010. In addition, the annual-scale radiative forcing caused by surface albedo changes in China's 50 ecological regions were calculated to reveal the biophysical mechanisms of land cover change affecting climate change at regional scale. Our results showed that the national land cover changes were mainly caused by land reclamation, grassland desertification and urbanization in past 20 years, which were almost induced by anthropogenic activities. Grassland and forest area decreased by 0.60% and 0.11%, respectively. The area of urban and farmland increased by 0.60% and 0.19%, respectively. The mean radiative forcing caused by land cover changes during 1990-2010 was 0.062 W/m2 in China, indicating a warming climate effect. However, spatial heterogeneity of radiative forcing was huge among different ecological regions. Farmland conversing to urban construction land, the main type of land cover change for the urban and suburban agricultural ecological region in Beijing-Tianjin-Tangshan region, caused an albedo reduction by 0.00456 and a maximum positive radiative forcing of 0.863 W/m2, which was presented as warming climate effects. Grassland and forest conversing to farmland, the main type of land cover change for the temperate humid agricultural and wetland ecological region in Sanjiang Plain, caused an albedo increase by 0.00152 and a maximum negative radiative forcing of 0.184 W/m2, implying cooling climate effects.     

珠江三角洲城市空间形态及其演化机制对比

改革开放以来,珠江三角洲地区的经济增长和城市空间形态的演变引人注目。利用RS与GIS技术方法,并结合经济、政治、规划等因素,对比回顾了改革开放30年来珠江三角洲六大城市——广州、深圳、佛山、东莞、中山和珠海城市形态的时空演化。研究发现,1979-2008年间,各主要城市在各自的地理条件和制度实践的基础上,演变出不同的空间形态。广州、深圳和珠海是自上而下的发展管治模式,其城市用地随着产业发展和优化而扩张并调整,但不同的城市发展政策造成了各异的空间形态;佛山、东莞和中山是自下而上的发展管治模式,空间形态总体上较为分散破碎,并在不同地理区位呈现不同程度的空间联系。     

区域经济增长的同群效应——来自中国城市数据的经验证据

厘清中国区域经济发展中多样化的空间相互作用,对于探索新时期区域协调发展的新理念具有重要意义。根据增长极理论和中心地理论构建空间计量模型,以中国260个地级及以上城市为研究对象,研究不同收入水平城市间的同群效应,从新的视角解释区域协调发展的内在动力。研究发现：高收入城市通过正向同群效应对邻近中等收入城市的经济增长产生了带动作用,通过负向同群效应对邻近陷阱城市的经济增长产生了抑制作用,中国城市之间未完全发挥自上而下的辐射带动作用;中等收入城市对高收入城市的经济增长、陷阱城市对中等收入城市的经济增长均具有正向同群效应,中国城市之间存在着自下而上的经济增长促进作用;同等收入水平城市间的经济增长通过正向同群效应相互促进。进一步的作用机制检验表明：同群效应的产生更多是源于分权体制下的“标尺竞争”,其中学习和竞争机制在不同收入水平城市内部的作用效果存在明显异质性。最后,从实施多中心空间战略、构建新型城市合作模式、加强基础设施建设、完善政绩考核体系等方面提出了实现区域协调发展的政策启示。     

全球气候变化背景下基于土地利用的人类活动对城市热环境变化归因分析——以京津冀城市群为例

近年来全球气候变化已经影响到人类生活的所有地区,气候系统变化的规模和现状是数千年来前所未有的。与此同时,中国城镇化进程显著加快,尤其以城市建设用地扩张主导的土地城镇化最为突出,导致城市热环境脆弱性加剧。已有研究探索了特定类型土地利用变化对于城市热环境的影响,但忽视了全球气候变化背景下自然气候和人类活动共同作用城市热环境变化的双重过程。因此,本研究提出一种基于土地利用类型的城市热环境变化贡献度算法,旨在厘清自然气候（表征为土地利用平均温度变化）和人类活动（表征为土地利用类型转变）对于区域热环境变化的单独贡献。本研究使用中分辨率成像光谱仪（Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer,MODIS）地表温度及发射率数据,定量计算2005—2020年四季和昼夜京津冀城市群各城市土地利用类型平均温度和面积变化对于城市热环境变化的分别贡献。该算法计算各城市四季和昼夜地表温度变化与MODIS LST产品误差在1 K以内。2005—2020年各城市地表平均温度大多数呈增长态势,其中冬季白天增温幅度最高。耕地、城市建设用地和农村居民点对城市热环境变化的贡献度较其他土地利用类型突出。京津冀城市群中各城市人类活动对城市热环境变化的单位贡献强度远高于自然气候（4.03~648.07倍）,而人类活动的贡献总量（-0.25~0.92 K）低于自然气候（-2.40~6.50 K）。研究结果对于京津冀城市群空间协同发展和适应及减缓气候变化等具有重要的科学意义和实践价值。