北京城市化进程对城市热岛的影响研究

利用1971～2000年北京20个气象观测站逐日４个时次（02:00、08:00、14:00、20:00）的温度资料,选取具有代表性的城区和郊区多个站点的平均值对北京城市化进程对城市热岛效应的影响、城市热岛强度的日变化和长期变化进行了研究.分析结果指出：（1）北京城市热岛强度和总人口对数呈线性相关关系,其长期变化相关系数为0.76;（2）北京城市建成区的范围与城市热岛影响范围呈同步变化趋势;(3)不同时次城市热岛强度的长期变化指出,北京城市热岛强度以平均每10年0.22℃的速率加剧,其中1999年北京热岛强度达1.13℃（夜间,02:00）;(4)夜间热岛强度明显大于日间.就10年平均而言, 20世纪80年代和90年代夜戒热岛强度均超过0.5℃;(5)一天4个时次热岛强度的季节变化趋势基本一致,均表现为冬季强、夏季弱.并且,夜间02:00时热岛最强,中午14:00时热岛最弱.     

南京城市化进程对大气边界层的影响研究

为了研究城市化进程对城市边界层结构的影响,通过高分辨率的卫星遥感资料获得土地利用类型,以及地表反照率、植被指数等地表参数,以南京为例,运用数值模拟手段进行了研究,结果显示这是一种可行的手段.数值模拟结果表明,随着城市的发展,城市反照率减小、植被减少、地表湿度减小,蒸发耗热减少,感热通量增加140 W/m2,城市波恩比增加.地表和大气之间热量交换加强,湍流热量通量增大了一倍,湍流交换发展加剧,14：00混合层高度抬高了500 m.地表湍流水汽通量和空气中水汽含量都减小,这也使更多的热量用于加热地表和大气,使地温、气温的日变化幅度增加.     

北京城市化对夏季大气边界层结构及降水的月平均影响

为克服针对一次或几次天气过程研究城市化对边界层结构及降水影响的局限性,尝试研究北京城市化对夏季大气边界层结构及降水的月平均影响,本文首先总结了2006年8月份的主要天气过程,分析了气象站观测的10 m高度风速、2 m高度气温、2 m高度比湿和24 h降水的月平均分布特征,然后利用WRF/Noah/UCM模拟系统,进行了该月30个个例的高分辨率数值模拟及检验分析,并通过多组不同城市化情景的敏感性试验对比分析了城市化对夏季大气边界层结构及降水的月平均影响.研究表明:本文所用对高分辨率数值模拟结果进行月平均的方法可以较合理地模拟出城市化对大气边界层结构及降水的影响,并再现观测到的各站风频差异.8月份,北京城市化对气温的影响高度白天约为800 m,近地面气温升高1℃以上;夜间约为200 m,对近地面气温的影响达到最大(1.4℃以上).白天,城市化使城市及下风向的一些区域风速略有减小;夜间,城市及周边区域200 m以下风速明显减小,且在100 m左右高度处风速减小最明显,减小达0.8 m/s以上.城市化白天使700 m以下比湿减小,近地面处减小达1.2g/kg以上,夜间使近地面空气比湿略有减小.城市化对城市区域平均降水量的影响随城市发展的不同阶段而不同.初步模拟分析表明, 北京城市化已使上风向区域以及城区三环以内降水量减少,海淀和昌平降水明显增加.     

北京城市化进程对边界层风场结构影响的研究

随着近10年来北京城市化步伐的加快,城市规模迅速扩大,北京三环以外的地区已由20世纪七、八十年代的城郊非均匀下垫面发展成现在粗糙复杂的城区下垫面,市区建筑物相应增多、增密和增高,导致城区地面动力学粗糙度明显增大.本文统计分析了北京325 m气象塔1994年和1997～2003年夏季平均场观测资料,结果表明:(1)在受下垫面影响最为剧烈的近地层,风向逐年趋于紊乱,现在气象塔周围近地面的流场已经具备了典型城市粗糙下垫面的流场特征;(2)近地面夏季平均风速呈现非常明显的逐年递减的趋势,而且距离地表越近,平均风速逐年递减的趋势也越为显著,这种风速逐年递减的趋势直到63 m左右才不明显,说明现在气象塔47 m以下的观测资料反映的是城市冠层的流场特征,城市冠层厚度约在47～63 m之间;(3)随着北京城市化的发展,城区近地面的平均风速存在逐年递减的趋势,但阵风并不存在相似的递减趋势,表明城市冠层的抬升对阵风的影响并不显著.     

北京地区夏季城市气候趋势和环境效应的分析研究

本文利用1994～2003年北京市11个气象台站的7、8月夏季常规地面观测资料,并结合中国科学院大气物理研究所325m高铁塔观测资料,分析了近10年的城市化进程对北京市夏季城市气候造成的影响. 结果表明,各气象要素变化都突现了城市化进程的影响：(1)城区相对湿度较郊区明显偏小,呈现一“干岛”特征,且相对湿度呈逐年下降趋势;(2)降水方面,近10年来,北京市的夏季降水量逐年下降非常明显;(3)平均日蒸发量和日照时数城区大于郊区;(4)虽然城区能见度明显小于郊区,但总体来讲,1999年以后,北京地区的能见度趋好;(5)地温同样存在城市热岛现象;(6)北京地区35℃以上高温天数基本呈增多趋势,且城区高温天数明显多于郊区;(7)边界层强逆温的存在有利于城市夏季强热岛的出现.     

上海近50年气温变化与城市化发展的关系

根据上海地区2个气象站近50年的年均气温数据,采用回归分析、滑动平均和Mann\|Kendall检验法研究上海地区气温的年代际变化与跃变,城郊温差的年际变化;采用趋势拟合与相关分析,研究城郊温差与城市人口、GDP、能源消耗量、建成区面积和住宅竣工面积等各项城市发展指标的关系.结果表明：（1）近50年来,上海地区年均气温缓慢上升,20世纪90年代后城郊温差呈锯齿状上升趋势,若以徐家汇代表城区,奉贤代表郊区,则近50年来,城郊温差增温率为0.23℃/10a.（2）1989~1990年为上海城区气温的跃变年份,而郊区的气温跃变出现在20世纪90年代中期.（3）各项城市发展指标均与上海城郊温差有着显著的相关性,表明它们与上海城市热岛的发展关系密切,其中,住宅建设是上海城市热岛最主要的驱动因素,城市人口和经济发展也具有重要影响.     

长江流域降水极值时间序列的分布特征

在1960-2005年长江流域147气象观测站汛期4-9月逐日降水资料基础上,通过计算逐站大于95th强降水及其间隔天数、小于1.27mm/d的持续天数,分析长江流域降水极值时间序列的时空分布特征,并建立概率分布模式.研究发现,长江上游四川盆地附近及中下游鄱阳湖流域东南部是汛期强降水中心,也是长江流域强降水最集中发生的地区.汛期降水强度小于1.27mm/d的天数,在上游干流、岷沱江流域、乌江上游地区为多.但此处干旱持续天数最短,干旱形式并不严重.而在金沙江上、下游,洞庭湖流域,鄱阳湖流域东南部支流及下游干流区干旱持续天数较长.长江流域大于95th强降水的间隔天数与小于1.27mm/d的干旱持续天数服从Weibull-Ⅱ型分布.分布参数变化的模式较准确的反映降水极值时间序列的时空变化特征.     

中国区域地理、地形因子对降水分布影响的估算和分析

不同与以往基于最小二乘的多元线性回归方法,本文首次尝试将新型的第二代回归分析方法——偏最小二乘回归分析方法应用到中国区域的降水建模中．利用区域内394个气象观测站建站到2000年45年(及以上)的降水资料,建立了一个简单的年、季降水量和地理、地形因子(包括纬度、经度、地形高程、坡度、坡向和遮蔽度)的关系模型,估算了区域降水量中地理、地形的影响部分,并分析了这种影响的特征．结果表明,用此方法建立的模型能够解释70%以上的因变量的变异,相关系数基本都在0.84以上,经交叉有效性检验,模型的回归效果较显著．分析表明,在多元线性回归不适用的情况下,本文基于偏最小二乘法的简单模型能够比较准确地定性、定量地再现实际降水分布．     

新疆北部降水的气候分布特征及其对ENSO的响应

分析研究了新疆北部地区近50年(1951～2000年)全年各月降水的气候分布特征和各季降水的年际变化规律,重点揭示了北疆多雨季节(4～7月)及其各月降水量对赤道东太平洋的海温SST和南方涛动指数SOI的显著响应关系,并用前期SST和SOI作为预报因子,建立了北疆地区雨季降水量的预报方程.该方程可用于北疆地区雨季降水量的长期预报.     

太阳活动对印度夏季风降水的可能影响

印度夏季风降水在南亚气候系统中是一个非常重要的内容,近年来对它的研究日益受到人们的重视.本文主要结合Scargle周期图和小波分析的方法研究了1871-2004年间该降水变化的周期性.结果表明,该降水变化非常复杂,其周期性波动具有明显的时变特征.进一步考察了印度夏季风降水与太阳活动的可能关联后,作者认为太阳活动在一定程度上影响印度的夏季风降水.     

城市化对湖泊和港湾环境的影响

全球经济的发展必然经历工业化和城市化，在城市化过程中，不可避免地产生工业和生活垃圾，这些垃圾不仅污染土地，也污染河流和湖泊，特别在湖泊和港湾中，由于水流速度变缓，污染物容易随着沉积物沉淀下来，又由于气候变化和人类活动，湖泊和港湾的沉积物会再次释放污染物而污染水体，这些污染物主要是过量的氮、磷、有毒有机物和重金属，由于经济和人文环境的不同，在不同地区污染程度有差异，目前，在发展中国家较为严重，针对这些污染人们用机械的、化学的和生物的方法来治理湖泊和港湾的污染，但根本上要从源头控制污染-减少污染物的排放。     

青藏高原冬春积雪对长江流域夏季降水的影响

本文根据青藏高原主体72个气象站日测资料建立的积雪序列分析了高原积雪对长江流域夏季降水的影响,高原冬春积雪异常与长江流域汛期特别是6、7月降水呈显著的正相关关系.青藏高原冬春多雪年,随后夏季多出现Ⅱ、Ⅲ类雨型,长江中游和下游鄱阳湖地区多偏涝;青藏高原冬春少雪年,随后夏季多出现Ⅰ、Ⅱ类雨型,长江下游鄱阳湖地区多偏旱,长江中游多正常偏旱.多(少)雪年东亚洲大陆上空的气温明显偏低(高),而大陆南部海洋上空的气温明显偏高(低),降低(增加)了陆海温差,延迟(促进)了东亚夏季风的到来,一定程度上减弱(加强)东亚季风的强度.多(少)雪随后夏季,由于南亚夏季风和东亚夏季风都明显减弱(增强),对流层中低层从孟加拉湾吹向中南半岛的西南风减弱(增强),我国大陆东部的南风也明显减弱(增强),西太副高偏南(北);青藏高原东南侧到中南半岛北部的上升运动较弱(强),长江中下游及其以东洋面上升运动较强(弱),长江中下游地区多(少)雨.     

太阳活动,El Nino对北京地区降雨的影响及预测

本文通过对北京地区１９００年以来雨量,气温与太阳活动,厄尔尼诺的相关处理分析,得出一种预测北京地区年雨量的数学模型,已准确预测了１９９６,１９９７年的年雨量,对１９９８年预测为７５０ｍｍ～８００ｍｍ。     

城市化对石家庄站日气温变化的影响

利用1962—2011年逐日平均、最低和最高气温资料,对比分析了石家庄站和藁城站平均、最低和最高气温的概率分布特征.石家庄站是我国少有的自建站以来从未迁址的城市气象站,而附近的藁城站可近似看作乡村气象站.结果表明:城市化致使石家庄站1962—2011年平均、最低和最高气温的概率密度分布向高温方向偏移,其中对最低气温分布的影响尤其明显,对最高气温分布的影响很小;受城市化影响,石家庄站最低气温概率密度分布的高温部分增温比低温部分增温更加明显,最低气温分布形状更加扁平;相对于1962—1986年,1987—2011年石家庄站平均、最低和最高气温概率密度分布均向高温方向偏移,其中最低气温偏移最为明显,并导致1962—2011年整个分析时期最低气温分布出现非正态性;城市化对石家庄站气温分布的影响在冬、春季比夏、秋季更显著,最显著的城市化影响出现在冬季最低气温上;石家庄站基于最低气温的极端气温指数趋势受城市化影响严重,冷夜日数和暖夜日数的城市化影响分别为-1.13 d/10 a、1.48 d/10 a,但基于最高气温的冷昼和暖昼日数等极端气温指数变化趋势受城市化影响不明显.出现这种现象的主要原因是城市化对最低、最高气温分布的影响存在差异.     

新疆北部降水的气候分布特片及其对ENSO的响应

分析研究了新疆北部地区近50年（1951-2000年）全年各月降水的气候分布特征和各季降水的年际变化规律，重点揭示了北疆多雨季节（4-7月）及其各月降水量对赤道东太平洋的海温SST和南方涛动指数SOI的显著响应关系，并用前期SST和SOI作为预报因子，建立了北疆地区雨季水量的预报方程。该方程可用于北疆地区雨季降水量的长期预报。     

聚焦中国城镇化进程的土地供需矛盾 城进地退？——当城市化车轮撞上18亿亩耕地红线

“城市,让生活更美好！” 2010年上海世博会的这句口号,透露出中国社会正在经历的一场意义深远、波澜壮阔的重大转折。这场重大转折的关键词,是“城市化”。     

人为热源对城市边界层结构影响的数值模拟研究

用南京大学多尺度模式系统在不同区域进行了多种人为热源引入方案的研究,结果表明：考虑时空变化的人为热源按比例分别引入到地表能量平衡方程和大气热量守恒方程是将人为热源引入模式的最优方案.人为热通量密度变化的敏感性试验结果发现：人为热源的存在对城市热岛的生成有重要作用.计算结果表明,南京现有的人为热源排放量对该地区的城市热岛贡献率约为29.6％,若人为热通量密度在现有量值的基础上增大1倍,则其热岛贡献率可达42.9％;此外,人为热的排放对清晨城市边界层逆温结构有一定程度的破坏作用,能明显升高夜间近地层气温达0.5～1.0℃,并能使白天湍流活动的影响范围增大,混合层高度抬高,使夜间城市热岛环流的影响范围扩大.     

西藏地区复杂地形下的降水空间分布估算模型

本文提供了一个描述西藏地区年、季降水量空间分布的估算模型.利用卫星遥测数字化地形高程资料和西藏地区仅有的27个常规气象站的多年平均降水整编资料,根据地形坡向站点分为三类.再采用多元逐步回归方法,建立西藏地区的年、季降水量和经度、纬度、海拔高度、坡度、坡向、遮蔽度等6个地理、地形因子之间的关系模型,估算西藏地区降水量的空间分布.结果表明,此方法建立的关于西藏地区降水量与诸因子之间方程的相关性显著,平均绝对误差、相对误差分别为0.93mm和1.16%,对估算模型进行F检验,均通过置信度为0.95的相关检验,回归效果较显著.分析表明估算降水能够定量、定性地再现西藏地区的实际降水分布.     

东北冷涡对海河流域初夏降水异常的影响

东北冷涡是东亚中高纬度地区的重要天气系统,其频繁活动可能导致显著的气候效应,不仅对东北局地,而且对海河流域地区初夏降水产生影响.本文利用海河流域34个地面气象台站逐日降水资料以及NCEP/NCAR再分析资料,对东北冷涡与海河流域初夏降水的关系进行研究,结果表明：初夏东北冷涡活动与海河流域降水存在显著的相关关系,对其空间分布亦有重要影响.当东北冷涡活动偏多（少）时,海河流域北部地区（尤其是海河下游）初夏降水可能偏多（少）,对应时间系数为正（负）时海河流域初夏降水EOF第二模态北多（少）南少（多）的空间分布.在东北冷涡活动偏多年,东北冷涡引导北方"干冷"空气南下推进至海河流域北部,伴随该地区源自西风带水汽输送和水汽辐合的增强,形成了"上干下湿"的不稳定层结,在上升运动的触发下,导致海河流域北部初夏降水偏多;而东北冷涡活动偏少年情况正好相反.东北冷涡活动为海河流域尤其是海河下游地区初夏降水预测提供了具有参考意义的结果,其活动指数与海河下游初夏降水距平的符号一致率在近30年高达83%.     

风垂直切变对中尺度地形对流降水影响的研究

针对长江中下游中尺度地形特点以及暴雨过程发生发展期间风垂直切变的主要观测特征,设计了一系列中尺度地形的三维理想数值试验,分析了干大气地形流和重力波特征,探讨了条件不稳定湿大气地形对流降水的模态分布,在此基础上研究了圆形、直线风垂直切变和切变厚度对中尺度地形对流降水强度和模态分布的影响.结果发现:在 Fr≈1的干大气条件下,气流遇到地形后分支、绕流和爬升现象同时存在,地形激发的重力波在水平和垂直方向上传播,其在迎风坡、背风坡、地形上游和下游的振幅不同,并组织出不同强度的垂直上升运动.在Fr > 1的条件不稳定湿大气下,地形对流降水主要存在三种模态,即迎风坡和背风坡准静止对流降水以及地形下游移动性对流降水,地形对流降水的形成与重力波在低层组织的上升运动密切相关.风垂直切变对地形对流降水的强度和模态分布有重要作用,其中圆形风垂直切变(风随高度旋转)不仅影响地形下游对流降水系统的移动方向,而且影响迎风坡和背风坡山脚处对流降水中心的分布和强度;直线风垂直切变(风随高度无旋转)主要影响地形对流降水的移动速度和强度.风随高度自下而上顺(逆)时针旋转,地形对流系统向下游传播时向右(左)偏移.风垂直切变主要通过影响地形重力波的结构和传播以及对流系统的形成、移动方向和速度,来影响地形对流降水的模态分布,其中对流层中低层的风垂直切变对地形对流降水强度和模态分布有重要影响.