基于MODIS数据的土地覆盖资料对长三角城市群区域夏季高温模拟的影响评估

随着长三角地区经济发展的同时,人类活动对自然环境产生了很大影响,其中土地覆盖状况变化显著,尤以城市化扩展为主。为了评估土地覆盖资料对天气过程的数值模拟影响,了解土地覆盖变化对区域气象环境产生的作用,本文利用中尺度数值天气模式WRFV3.0/Noah/UCM,选取2005年250 m分辨率的MOD IS数据制作土地覆盖资料,针对2007年7月长三角地区一次夏季高温过程进行数值试验,分析表明:新的土地覆盖资料更真实地反映了长三角地区的下垫面结构,尤其体现出区域内城市群面积快速增长的特征。将模拟结果与高分辨率的气象站观测资料对比,统计结果显示精细化土地覆盖资料的引入明显改善了模拟效果,较真实的反映出城市化发展对区域气象环境的影响作用。     

中国不同纬度城市群对夏季短期高温天气影响的模拟研究

本文利用中尺度WRF v3.2模式,通过改变中国东部京津冀、长三角、珠三角3个典型城市群下垫面类型,对大规模城市化效应进行模拟研究,探究不同纬度(不同背景环流场)不同规模的城市群发展对短期夏季高温天气的影响及可能机制,结果表明:大规模城市化后,城市扩展区近地层(地表2 m)气温均出现显著升高,城市化率越高,城市扩展面积越大,中心升温值越显著,最大升温超过了1.8℃,在不同背景风场的作用下,升温范围都向下风区扩展,长三角地区城市扩展造成的升温比京津冀强,又强于珠三角地区;城市化改变城区湿度状况,使城区出现显著干岛,湿度响应具有显著的局地性,温湿空间分布有很好的对应关系,城区整体呈现出"干暖"趋势;城市化改变地表能量平衡,使感热通量增加潜热通量减少;调整降水分布,使主城区降水较少。     

基于EOS/MODIS资料的中国黄土高原西部土地覆盖分类

土地利用和覆盖信息不仅是全球及区域气候模式中所需的重要信息,也是描述生态系统的重要基础数据;获取其现状和变化信息,对于揭示土地覆盖的特征和变化规律,探讨变化的驱动因子,分析评价区域生态环境具有重要现实意义。采用多时相和多光谱遥感资料进行土地覆盖分类已成为一种行之有效的方法。植被类型的差异除了可表现为光谱差异外,还可表现为植被生长规律的差异;植被生长以年为周期,在这个周期内不同植被类型有着各自的生繁衰枯的物候节律,表现出不同的生长规律,其规律性极强,这种规律性也可以作为植被分类的一个出发点。于是,NDVI的时间序列分析成为基于生物气候特征的地表覆盖分类的一种手段。基于MODIS资料,首先对2003年植被生长季内共9个月的NDVI时间序列数据进行离散傅立叶变换,取得该时间序列的均值和前4个频率分量的振幅和相位后;采用ISODATA算法对中国黄土高原西部及其周边地区进行了分层土地覆盖分类,并采用现有的土地覆盖数据集,进行了类别归并和精度评估,分类结果的总体精度达到了81.3%,Kappa系数达到了75.4%,结果证明了这种方法的可行性。     

城市热岛效应对北京夏季高温的影响

应用1998—2002年北京地区自动气象站观测资料,探讨了城市热岛效应对夏季高温的增幅作用。结果表明:北京地区夏季平均热岛指数随着环境温度的升高呈上升趋势,城市热岛效应对高温强度有明显的增幅作用。并应用中尺度MM5模式,对2000年7月一次典型高温天气过程进行了数值模拟。试验表明:模式对于北京地区夏季高温及城市热岛的范围和强度均有较好的模拟能力。     

基于MODIS数据的地表覆盖种类与地闪分布特征关系研究

利用2008—2013年MODIS 3级数据土地覆盖类型产品MCD12Q1及重庆市ADTD闪电定位资料,以重庆市内106°~107°E,29°~30°N范围的矩形区域为研究区域,结合频次、强度、时段、地貌等要素对局地内的地表覆盖种类与地闪分布关系进行了研究,结果表明:研究区内地闪分布在各地表覆盖种类上差异显著,在水域、农田、城镇上的闪电密度都高于平均值;地闪中轻中度闪电、强闪电的分布在同一地表覆盖种类上的差异明显,强闪电更易产生于水域、林地种类上;同一地表覆盖种类上地闪分布与季节的关系不明显;地闪活动在某些地表覆盖种类上的昼夜分布具有明显差异;植被覆盖面上的地闪分布与地貌条件关系密切,同一类覆盖面上的强闪电比例与海拔高度呈正相关关系。     

夏季长三角城市群热岛效应及其对大气边界层结构影响的数值模拟

利用WRF/Noah/UCM模拟系统对长三角地区城市群进行了2003—2007年共5个夏季的高分辨率数值模拟,研究了夏季长三角城市群热岛效应及其对大气边界层影响。开展了2组平行的积分试验,控制试验为MODIS遥感资料给出的地表特征分布,敏感性试验将长三角地区的城市表面改为农田类型,其他与控制试验完全相同。两组试验的对比分析表明城市群热岛存在明显的日变化特征,热岛效应白天向上发展较高,夜间地表热岛强度明显增强。城市热岛导致午后城市上空产生强烈的局地上升气流,从而使得低层大气以补偿流的形式向城市辐合,然而在夜间上升运动很微弱。伴随这种热力状况的日变化,大气边界层高度也存在明显的日变化,白天增高,夜间降低。同时,白天城市边界层内风速明显减小,夜间地面风速减小加剧,但夜间边界层顶风速却有所增强。另外,城市化还会导致“城市干岛”现象,且其白天强度大于夜间。     

海南岛不同土地覆盖资料对WRF模拟的影响*

提取GLC2009土地覆盖数据,将其运用到WRF数值模式并与模式自带的MODIS、USGS土地覆盖进行对比,以海南岛做为研究区域,选择一次海风锋天气过程进行敏感性分析,结果表明：①GLC2009对海南岛农耕地、森林的划分最接近实际情况,在海南岛平原以及丘陵地带,MODIS和USGS划分的农耕地比例过高,而在山区森林比例偏低;②GLC2009、MODIS、USGS对海南岛北部的降水模拟出现了空报,但是GLC2009对东海岸的强降水模拟的较好,并避免了MODIS和USGS在海南西南部的降水空报的情况;③GLC2009模拟的10米风场清晰刻画了东海岸海风锋辐合,其相对合理的森林覆盖提高了地表粗糙度并增强了风场辐合、低反照率对地面气温的增加和海陆热力差异的增强有一定的促进作用。④GLC2009对这次海风锋过程中模拟的感热通量和潜热通量都要高于MODIS和USGS,这种陆气间的热通量交换利于强对流天气的触发,发展。     

长三角城市群非均匀性对区域热岛效应影响的数值模拟

使用中尺度数值模式WRF3.9/Noah/UCM,对长三角地区无明显天气过程的2013年8月11至17日一周进行数值模拟,采用2013年500 m分辨率的MODIS数据更新土地覆盖资料,依据城镇比例将城市下垫面进一步分类为高中低3种类型,以此研究长三角城市群非均匀性对区域热岛效应的影响。结果表明:长三角城市群近地面气象要素场对城市下垫面的非均匀性比较敏感,平均热岛强度、干岛强度和风速衰减相较于不考虑城市非均匀性分别减小了16.41%、20.04%和6.25%;受背景风场影响,白天城市群的热岛强度弱于夜晚,均有向下游扩展现象,且内陆城市的热岛强度和干岛强度较沿岸区域更强;相比于均匀城市下垫面试验,考虑非均匀城市影响后,整体热岛强度和干岛强度减弱;白天垂直热岛环流结构明显,整体可以伸展至2 km高度,在东南风背景下,热岛上游高密度城市的热岛环流会抑制下游热岛环流发展,考虑城市非均匀性后,上游效应更显著;热岛强度受非均匀性影响在傍晚和夜间最高减弱可达0.2℃,且进入较强热岛的时间会推迟,维持时间也将缩短。因此,忽略城市下垫面的非均匀性,可能会高估区域热岛效应。     

土地利用资料的更新对四川盆地高温天气数值模拟的影响

土地利用情况影响区域天气和气候,采用与实况更为接近的下垫面资料能够为数值预报提供有力支撑。使用中尺度数值模式WRF对2019年8月四川盆地高温过程进行数值模拟试验,对比基于2019年更新的MODIS土地利用数据与WRF自带土地利用资料的差异,分析下垫面资料的更新对数值模拟效果的影响。结果表明：两组土地利用资料存在明显差异,更新后的MODIS资料刻画更为精细,模拟区域的土地利用类型更加丰富。2 m气温对土地利用资料十分敏感,更新土地利用资料后两次个例平均的2 m气温2℃以内的模拟准确率提高6.2%,日最高气温模拟准确率提高31.3%;而日最低气温模拟准确率下降2.1%。土地利用资料变化明显的四川盆地内部较更新前增温明显,局部增温超过4℃,最高气温模拟偏低的状况明显改善。选取四川盆地内部地表类型由农田转为城市和建筑的合川站作为典型站点进行分析,发现土地利用类型更新后发射率减小,植被气孔阻抗增大,粗糙度增大,陆面参数的变化导致地表对边界层大气向上的感热输送增加,地表蒸发及大气水分供应减少,气温升高,边界层高度升高。模拟初期土地利用资料的更新造成模拟差异的局地性较强,随着模拟时间增加,逐渐影响...     

长三角地区农业与自然植被镶嵌体的变化对近地面气象场的影响评估

利用一个中尺度数值模式WRF3.8/Noah/UCM,对长三角地区近30 a来灌溉水田显著减少,农业与自然植被镶嵌体(以下简称镶嵌体)显著增加这一现象引起的气候效应进行了5 a(2008—2012年)高分辨数值模拟。试验采用了ChinaLC土地覆盖资料,利用MODIS反照率和叶面积指数产品分别验证了ChinaLC在镶嵌体和水田之间的分类可靠性。根据研究区内台站观测资料评估了ChinaLC和WRF模式自带的USGS资料模拟结果,进一步证明土地覆盖资料ChinaLC的分类准确性,有助于提高模式的模拟性能。通过对长三角地区镶嵌体面积变化的对比试验进行分析,结果表明:区域内由灌溉水田转变为镶嵌体后,不仅会使非城市区气象条件改变,同时也会影响临近的城市区,由于非城市区增温幅度大于城市区,会导致城郊温差减弱;镶嵌体增加导致江苏西南部、浙江北部气温上升0.1～0.3℃,风速减弱0.1～0.3 m·s~(-1),比湿降低0.05～0.15 g·kg~(-1),边界层高度上升40 m。在镶嵌体显著增加的南京北部—滁州以及江苏西南部一带降水减少,南京北部—滁州地区月平均降水减少了0.6 mm·d~(-1),马鞍山—溧水降水减少了0.2 mm·d~(-1)。     

长三角城市群夏季高温对未来全球增暖的响应

选取中国东部长江三角洲城市群区域作为研究对象,采用中国区域最新的土地覆盖资料ChinaLC,利用中尺度气象模式WRF(Weather Research and Forecasting Model)对国际耦合模式比较计划第五阶段(CMIP5)中 CESM(Community Earth System Model)气候模式...     

基于不同土地利用产品的华东地区夏季陆气相互作用模拟研究

土地利用和土地覆盖变化(Land Use and Land Cover Chang,LUCC)通过影响局地陆面过程及陆气相互作用进而影响局地天气和气候。为探究LUCC产品对陆气相互作用的影响,本文采用了三套LUCC产品,包括USGS、Landsat和MODIS,模拟研究不同LUCC产品对华东地区土壤和近地面温度、湿度的影响。结果表明,不同LUCC产品的土地利用类型差异主要在城市、农田和以草地、森林为主的自然植被。与USGS产品相比,Landsat和MODIS产品的城市和森林面积分别增加了2%和15%以上,农田面积则减少了17%左右。模拟结果表明,Landsat和MODIS产品的城市面积增加导致该区域的土壤温度和湿度增加,感热通量分别增加了28.1 W·m^-2、68.3 W·m^-2,潜热通量分别减少了28.3 W·m^-2、81 W·m^-2,这使得2 m气温增加了1.5℃左右,相对湿度减小了约9%。USGS产品中的农田和草地在Landsat和MODIS中改变为森林也使得土壤温度、湿度和近地面能量通量、温...     

近20年中国土地利用变化影响区域气候的数值模拟

区域尺度土地利用/土地覆盖变化(LUCC)的气候效应以及土地覆盖数据的不确定性, 一直是LUCC研究不可忽视的关键问题。本研究基于最新的遥感资料, 采用新的区域气候模式RegCM4.0, 探讨了1990年至2010年中国LUCC对区域气候的影响。结果表明, 中国区域LUCC使得局地气温和日较差发生了显著改变, 而降水及低层环流场变化不显著;LUCC的影响存在季节性差异, 其中, 夏秋季响应程度较大且主要体现在边界层内。就LUCC对气候影响的机理各地区有所不同, 华北地区LUCC的气候效应主要受蒸散发作用主导, 而长江流域则由反照率与蒸散发共同作用。这些结果均说明, 较短时间尺度的LUCC气候效应主要体现在其局地范围, 且在不同的季节有所差异。     

基于RegCM3的2006年中国南方夏季持续高温干旱天气的模拟研究

利用区域气候模式RegCM3并行版本,对2006年7—8月发生在中国南方的持续高温干旱气候事件进行了数值模拟试验。通过对模拟结果的对比分析,发现RegCM3能够较好地模拟出2006年夏季盘踞在中国大陆的副热带高压,同时模拟的暖区位置、范围及强度与实况也较接近。相关性检验结果也表明,RegCM3对发生在中国南方的持续高温天气具有一定的模拟能力。     

黑河流域土地覆盖分类数据的建立及其影响的模拟

基于黑河流域1:100000土地覆盖分布图, 融合了1:1000000植被分类图, 按照美国地质调查局(USGS)提出的土地覆盖分类标准, 合成了与全球土地覆盖类型分类标准相同的空间分辨率为1 km黑河流域土地覆盖类型分布(简称综合分类).将综合分类数据与USGS全球土地覆盖类型数据在黑河流域范围内进行对比, 发现土地覆盖类型分布变化区域主要集中在流域中游的绿洲区, 许多绿洲在全球数据中体现为草地, 在综合分类中为灌溉农田, 同时综合分类数据中较全球数据增加了许多城镇用地.利用两套土地覆盖类型分布数据对2003年黑河流域中上游大气要素进行了模拟, 比较了不同土地覆盖类型分布对气温等大气要素的影响, 结果显示, 土地覆盖参数中地表反照率和比辐射率的空间分布与近地层大气要素和土壤温、湿场分布的空间相关性高;比辐射率和粗糙度变化对局地大气、土壤要素影响较大, 绿洲区土地覆盖类型大多由草地变为灌溉农田, 导致了气温升高, 其中不排除城市化的影响, 无论从特征参数变化与大气要素模拟值变化场的空间相关性还是特征参数变化引起的气温变化的关系看, 气温变化与比辐射率变化关系较密切.在黑河流域中上游可以通过增大灌溉农田比辐射率来提高气温模拟的准确性, 这一结论还需要更多的观测与模拟的验证.     

不同土地利用数据对WRF模拟新疆高温天气的影响

本研究在WRF(v3.8.1)中使用MODIS 21类和USGS24类土地利用类型数据,模拟了新疆2017年7月9日的极端高温天气,并在对模拟温度进行了高度订正的基础上,对比了两种土地利用数据对2m温度预报的影响。结果表明：(1)MODIS和USGS在新疆地区的土地利用差异主要在阿尔泰山、天山以及南疆西部的昆仑山北部海拔3000米以上的高山带,相应地,使用USGS模拟的这些高山带2m气温明显高于使用MODIS的模拟值,最高偏高12℃左右,是全疆范围内两者偏差的极大值。(2)就新疆区域而言,使用USGS模拟的2m气温整体优于使用MODIS的模拟值,且USGS模拟的2m温度整体低于MODIS模拟的2m温度。两者的均多在2℃以内。(3)在伊犁河谷,MODIS土地利用类型主要为“旱地/草地”,USGS为“草地”和“农田/林地马赛克”。代表站点2m温度模拟多以高温偏低、低温偏高为主。(4)与MODIS相比,USGS中哈密地区 “农田/林地马赛克”所占比重明显增大。哈密地区多数代表站点高、低温均以偏低为主。(5)站点温度的高度订正多以调低为主,调高幅度最大值为1.9℃,出现在伊犁河谷的尼勒克站,调整幅度明显大于MODIS和USGS模拟2m温度的差值,由此可见温度高度订正的必要性。     

基于MODIS数据的盐城市热岛效应特征分析

根据盐城市2017年MOD11A2地表温度数据,结合FROM-GLC10地表覆盖类型数据以及MOD15A2叶面积指数LA I数据对其热岛效应的特性进行具体分析.结果表明:(1)白天城市用地的平均地表温度高于其他地表覆盖类型,并且无季节性差异,其中夏季为33.2℃,而河流区域平均地表温度最低,其中冬季为9.1℃.(2)不...     

区域尺度土地利用/土地覆盖变化对气温日较差的影响

利用NCAR CAM4.0模式,针对潜在植被和当代植被两种典型土地覆盖类型,通过平衡态试验探讨土地利用/土地覆盖变化（land use/land cover change, LUCC）对气候的影响。结果表明,LUCC对气温日较差有明显影响。日较差的响应与LUCC变化的区域有紧密的联系。在中纬度,LUCC引起日较差减小,这主要由日最高气温的降低造成。在低纬度东亚地区,日较差的减小主要由日最高气温的降低造成;而在印度半岛,日较差的减小主要由日最低气温的升高决定。这种区域性的差异,主要是由于植被蒸腾和冠层蒸发的作用,LUCC能够显著调节气温日较差的变化。     

地形及城市下垫面对北京夏季高温影响的数值研究

应用中尺度MM5v3模式,对2002年7月14日的高温过程进行模拟分析,探讨了北京周边地形及城市下垫面对气温变化的影响。结果表明,地形对气温的影响主要是通过焚风效应来实现的,它加剧了背风坡一侧高温的强度。敏感性试验还表明,城市下垫面通过所获得感热和释放潜热的不同进而影响近地面层温度,采用真实地表能较好改进模式对逐时气温演变、日最高气温及其出现时间的模拟精度。     

基于MODIS地表覆盖(LC)的森林火灾识别方法

通过分析MODIS多光谱地表覆盖产品,证明MODIS本身具有精确识别包括5种森林在内的IGBP 17种地表类型的能力,完全可以满足识别森林火灾的实际需要.在此基础上提出基于MODIS地表覆盖的森林火点识别方法,探讨使用MODIS地表覆盖数据识别森林火灾的数据处理操作过程.应用该森林火点识别方法,MODIS实时广播接收站可以建立一套由MODIS火点侦测模块和MODIS森林火点识别模块构成的完全基于自身数据的森林火灾监测系统.5种森林地表整体平均识别误差为3.5%,可以满足卫星遥感森林火灾监测系统要求.