气象卫星与城市气象环境模拟研究

利用徐敏等人建立的具有广泛用途的区域边界层模式 (NJU RBLM) ,对北京城市区域的气象环境特征做了比较细致的模拟研究 ;然后 ,再利用NOAA AVHRR气象卫星遥感资料 ,采用修正的Ulivieri分裂窗方法反演得到北京城市区域地表温度场 ,将其结果与同样区域范围的数值模拟结果进行对比分析 ,以此进一步检验数值模式的模拟效果和卫星观测资料处理方案的可行性。分析表明 :采用NJU RBLM模拟得到的地面热力场分布及其变化总体趋势与晴空条件下的卫星反演结果基本一致 ,卫星反演的地表热力场分布和强度要较模式模拟的结果更为细致 ;两者都能较好地反映夜间的城市热岛效应和春夏秋季白天的弱冷岛现象 ,夜间的城市高温区以及由山区向城市平原地区风速渐小的辐合过渡带高温区都比较明显 ,午后城市地区温度略低于周边东南地区。     

上海市高温日的日最高气温空间分布特征及改善措施

利用2013年7月12日、8月13日、8月29日3个高温日的Landsat OLI遥感数据和气象数据,采用空间回归法评估了上海市高温日的日最高气温空间分布特征,从气温分区、景观格局和空间自相关3个方面综合分析了3个温区(低温区、中温区和高温区)的热环境分布特征;在此基础上,结合上海市土地利用数据,着重研究了高温区(日最高气温≥38℃)的分布特征和土地利用类型的组合特征。结果表明:通过地表温度、归一化水汽指数和太阳辐射,采用最小二乘回归法建立的预测模型可较好的预测上海市高温日的日最高气温(RMSE=1.75℃,R~2=0.92),可获得完整的、连续的城市热环境空间分布。城市热环境具有非均衡性、多样性和破碎性,且相似的温区斑块具有空间聚集性,上海市低温区(日最高气温35℃)主要分布在水域和上海南部地区,高温区(日最高气温≥38℃)主要分布在城市或郊区居民区。城市用地将增强城市热环境,水域和植被有助于改善城市热环境,今后可通过合理的城市规划、控制城市发展规模及增加绿化面积等措施减缓极端高温天气产生的影响。     

成都地区夏季城市热岛变化及其与城市发展的关系

利用2000-2010年MODIS地表温度产品影像,结合DMSP/OLS夜间灯光数据,分析了成都地区夏季城市温度场及其城市热岛变化的分布特征及其演变规律。结果表明：随着城市化加快,成都地区夏季热环境发生了较大变化,整个区域以中温区向次高温区转换为主。成都地区热岛效应昼夜变化较大：白天热岛面积不断增大,与周围卫星城热岛连成一体,2000年和2010年城市热岛对区域的增温贡献分别为0.13℃和0.29℃,变化量达0.16℃,夜间并不存在大面积强热岛区。旧城区内城市热岛面积有所增加,但不显著,城市扩展区内热岛的规模显著增大,2010年较2000年新增强热岛区域面积166.43 km²,变化幅度达54%。高城市化水平的成都市地区的日较差相对于周边低城市化水平地区明显减少。同时,城市热岛还与人口的平方根具有很好的正相关关系,成都地区非农业人口规模每增长100万人,热岛效应强度增加0.4℃。     

基于遥感的南宁城市热岛效应时空演变分析

利用MODIS、TIRS等遥感数据对南宁市2013年四季及昼夜的地表温度、热场强度和热岛强度分别进行计算,研究南宁城市热岛的水平空间分布、四季演变及昼夜变化特征。结果表明:南宁市的热岛中心主要集中在西乡塘区及江南区,有大面积植被覆盖的兴宁区、良庆区及青秀区热岛相对较弱;白天高温区域分散于城市的南北两侧,夜晚集中于市中心,白天热岛强度明显大于晚上;夏季热岛强度最强,冬季热岛强度最弱。     

2005年7月珠三角地表温度场的遥感监测分析

城市热环境及其热效应是当前城市气候与环境中最为重要的研究内容之一。分析地表温度（LST）是研究热环境的一个有效手段。选取2005年7月中旬高温期间MODIS数据，利用推广分裂窗算法反演LST，采用最大值合成方法制作珠江三角洲地区热场分布序列图。结果发现：珠三角地区增温初期的高温区主要分布在珠三角外围的城市，呈由外向内的增温过程；珠三角地区沿河道区域的增温幅度最高最快，增温盛期的地表最高温度主要分布在河网密集地区；城市化和工业化程度高的市区热岛效应明显。研究结果符合目前珠三角经济区的发展状况，对城市区域布局和规划有积极意义。     

基于MODIS LST的0cm地温空间扩展研究

将MODIS反演的地表温度与气象站观测的0 cm地表温度对比分析,发现尽管两者间存在一定的系统偏差,但二者的空间相关性很好。以气象站实测0 cm地表温度资料为基准,集成MODIS陆面温度,建立了月平均0 cm地温空间扩展计算模型。结果表明:模型模拟结果的宏观分布连续性好,区域分布特征细致,加密站验证总体误差较小,除个别月份以外,大部分月份月平均0 cm地温误差小于1℃。这充分体现了卫星遥感资料宏观连续和气象站实测数据直接可靠的双重优势,该研究结果对高原、高山、荒漠等观测台站稀缺地区的相关研究具有重要意义。     

基于TM影响的不同季节北京城市热环境研究

利用2005～2006年4景北京Landsat TM影像,通过热红外波段反演地表温度,揭示不同季节城市热环境分布特征及其空间差异。分别利用遥感反演的地面温度和地面气象站观测的气温数据,计算地表热岛强度和空气热岛强度,并分析其季节变化,结果表明：城区相对近郊区,热岛效应在夏季显著;城区相对于乡村,四季都存在较强的热岛效应。     

基于MODIS数据的拉萨市地表温度变化研究

采用2000～2011年6月MODIS地表温度产品和拉萨市4个气象站6月平均地表温度对拉萨市地表温度的时空变化进行了分析.结果表明：拉萨市在近12年内地表温度呈明显上升趋势,2009年地表温度达到最高为28.49℃,最小值出现在2003年为14.12℃.在空间分布上高温区主要集中在城市中心和城市周边区域,并随着时间推移不断向外扩张,在2007年6月拉萨市地表温度高温区分布范围最大,其中纳木错东部和林周县的高温区增加最显著;在利用实测的地表温度与MO-DIS反演的地表温度做相关分析发现,两者的相关系数为0.64通过了0.001的显著性检验,两种地表温度的时间变化趋势也较为一致,因此MODIS地表温度反演产品适用于大范围地表温度和城市热环境监测是可行的.     

干旱及半干旱地区地表能量通量的卫星遥感参数化

对干旱及半干旱地区非均匀地表区域地表能量通量的研究是一个十分重要但又是一个难点问题。作者提出了一个基于卫星遥感和地面观测的参数化方案,并把其用于中国西北地区“我国重大气候和天气灾害形成和预测理论的研究”(国家重点基础研究发展规划项目G1998040900,1999-2003)的“敦煌试验”区和“黑河试验”(HEIFE,1989-1994)区,并利用4个景(“敦煌试验区”:2000年6月3日-初夏、2000年8月22日-夏末和2001年1月29日-冬天:“黑河试验”区:1991年7月9日-夏季)的陆地资源卫星Landsat5 TM和Landsat-7 TM资料进行了分析研究,得到了有关干旱及半干旱地区非均匀地表区域地表特征参数、植被参数和地表能量通量的分布图像。最后还讨论了参数化方案的适用范围和需改进之处。     

中小城市地表温度空间分异及其与下垫面关系的遥感影像研究

以Landsat TM 影像为主要数据源,采用单窗算法反演河南省南阳市市区的地表温度。在GIS支持下,研究全区地表温度的空间分异特征,并探讨了地表温度与下垫面特征的关系。结果显示：研究区内高温斑块主要集中在仓储区和商业与公共服务区,该类区域过高的LST对城市环境有明显的负面影响;拦蓄河流所营造的水体是面积较大的低温斑块,对改善城市热环境和中小型城市拦蓄河流措施有一定意义;研究区内LST的空间自相关性在不同方向上有明显差别,东-西方向和东北-西南方向上空间自相关的范围较大,这种格局与区内水体走向有关;地表温度与道路密度指数呈明显正相关。提出中小城市可在仓储用地和交通发达地段周边规划绿地和水体,以抑制热岛呈大面积连片分布。     

长三角地区城市用地扩展及城乡热环境的特征分析

利用1993年和2004年长三角地区的卫星遥感资料,分析了该地区的3个主要区域南京、上海、苏锡常及其周边的土地利用类型变化,定量地评价城市用地扩展程度.结合2004年地表温度(LST)卫星资料,揭示了城乡LST空间分布特征及其差异.结果表明:上海、苏锡常和南京11a期间城市建设用地动态度K分别为204.0%、354.3%和99.2%,苏锡常城市扩展程度最快;不同土地覆盖类型的LST不同,城市用地LST最高,其次作物地,林地最低;城乡之间平均地表温差具有季节变化,冬季最大,而秋季最小.     

中国东部不同区域城市群下垫面变化气候效应的模拟研究

本文利用法国动力气象实验室发展的大气环流模式(LMDZ)对珠江三角洲(简称珠三角)、长江三角洲(简称长三角)和北京市、天津市、河北省区域(简称京津冀)城市群下垫面变化的东亚气候进行模拟试验, 以探讨不同区域城市群下垫面变化带来的夏季气候效应及其可能机制, 结果表明:珠三角、长三角和京津冀城市群下垫面类型改变后, 地表潜热蒸发显著减少, 为了平衡地面能量收支, 地面温度升高, 进而感热通量、地表有效长波辐射增强, 地表通过升温对能量进行再分配和再平衡, 且下垫面改变引起的温度、地表能量变化基本集中于城市群下垫面变化区域, 温度响应具有显著的局地性;对比不同区域城市化温度响应的强弱, 发现各区域地表气温变化和能量变化存在较好的对应关系, 长三角、珠三角城市群的总能量变化远高于京津冀城市群, 其局地增温也是京津冀城市群的一倍以上;局地温度增加, 虽有利于低层形成热低压, 出现明显上升运动, 但蒸发减弱使局地水汽明显减少, 最终导致降水减少, 表明水汽条件改变是降水减少的主要因素。同时由于中国东部高层呈现南正北负的异常变化, 西太平洋副高加强西伸, 使降水减少区域并没有集中在局地, 特别是东部城市带试验中, 出现了东部地区大范围的降水偏少。     

长江三角洲城市群热环境研究

选取2001年10月8—15日和2005年10月8—15日MODIS地表温度产品数据,对长江三角洲城市群热环境进行了研究,并结合GIS技术依据景观生态学理论对该地区热环境的时空格局进行了量化对比分析。结果表明,由于长江三角洲地区城市化规模巨大,5 a内一直存在一个由上海、苏州、无锡、常州形成的＂热岛群＂。由于长三角地区各城市合理规划布局、规范用地,注意环境保护,在城市化发展的同时,该地区一定范围内的热岛效应得到了有效的控制。     

基于不同重现期的1960—2019年长三角地区区域降水风险评估北大核心

本文基于长三角地区1960—2019年逐日降水观测数据以及2015年1 km格网的GDP和人口数据,借助区域降水事件提取方法共识别出2109次区域降水事件,并利用不同分布函数确定不同重现期下降水强度和降水日数的阈值,进一步采用国际减灾战略(ISDR)的灾害风险评估模型,从危险性与脆弱性综合评价长三角地区区域降水风险及其空间分布特征。结果表明:(1)对于降水强度,GEV函数拟合效果最优;对于降水日数,EXP函数和POISS函数拟合效果最好;(2)长三角不同重现期下区域降水的危险性均从中部地区向南北两侧递减;(3)长三角脆弱性由东部沿海向内陆逐渐降低;(4)不同重现期下长三角区域降水风险均是由东部沿海向内陆降低,其中各大中心城市始终是高风险区。     

基于MODIS的安徽省代表城市热岛效应时空特征

利用2001—2010年覆盖安徽省的MODIS数据,选取在气候、地理、城市化等方面具有代表性的合肥、芜湖、阜阳作为研究对象,并结合GIS技术,分析地表温度的日变化及季节变化特征,得到安徽省代表城市热岛效应的时空分布。结果表明:安徽省省会合肥的热岛效应最为显著,安徽省南部代表城市芜湖的热岛效应强于北部代表城市阜阳, 同时具有显著的日变化和季节变化特征。近10年来,安徽代表城市热岛面积和热岛强度均呈增加趋势,但合肥热岛强度大于3 ℃的极端热岛效应有一定缓解。白天大片水体对缓解城市的热岛效应作用明显,而夜晚则不明显,甚至成为地表温度的高值中心。夏季地表温度与归一化植被指数的负相关最显著,即提高城市植被覆盖度对降低地表温度和缓解城市热岛效应有重要影响。     

WRF/NCAR模拟的夏季长三角城市群区域多城市热岛和地表能量平衡

利用一个包含城市冠层效应的区域模式(WRF/NCAR),对长三角特大城市群的夏季气候效应进行了5 a(2003—2007年)高分辨数值模拟,通过长三角地区有无城市的对比试验分析,重点分析了城市群所造成的多城市热岛和地表能量平衡及其日变化特征。结果表明:城市化会导致显著的地表升温,但昼夜不同的升温幅度造成城市地表温度日较差的降低,以及部分郊区日较差增加;城市化也减小城市近地面风速,但沿海城市升温造成的热力差异,增大白天的海风并降低夜间的陆风。同时大范围城市群的热岛能够显著降低低层气压,导致部分海面风速持续的增加;城市下垫面具有很小的潜热通量,但感热通量和热存储量较大,白天的热岛逐渐增加,并在日落前达到最大,夜间热岛基本维持,但在日出前后迅速减弱;较大的入射短波辐射、较小的向下长波辐射和较低的10 m风速能够减弱白天的热岛,而增强夜间的热岛,并且使热岛峰值从17时延后至20时出现;反之亦然。     

利用ASTER数据分析南京城市地表温度分布

城市环境日益受到人们重视, 南京是长江下游人口密集的城市, 研究南京市地表温度分布对了解南京城市气候, 改善生活环境, 为城市发展规划提供有效的气象服务具有一定科学意义。该文利用2002年8月21日10:30 (北京时) ASTER热红外数据, 在ENVI软件的支持下, 通过劈窗算法反演南京城市地表温度, 进一步生成城市地表温度分布等温线图。用同时相ETM+数据进行验证, 二者十分吻合, 说明ASTER反演结果可靠。结果表明:南京市存在明显的热岛效应, 城市地表温度分布差异大; 不同下垫面的地表温度差异明显, 城区地表温度总体高于郊区, 植被覆盖密集区地表温度低于植被稀疏地, 具有较大水域面积和较密植被的城中各大公园形成多个冷岛, 长江水体温度最低; 随着城市的扩大, 新城区热岛效应更加明显。水体和密集植被能显著改善城市环境。     

Changes in urban-related precipitation in the summer over three city clusters in China

The impacts of urban surface expansion on the summer precipitations over three city clusters [Beijing-Tianjin-Hebei (BTH), the Yangtze River Delta (YRD), and the Pearl River Delta (PRD)] in eastern China under different monsoonal circulation backgrounds were explored using the nested fifth-generation Penn State/NCAR Mesoscale Model version 3.7 (MM5 V3.7), including the urban-related thermal and dynamical parameters. Ten-year integrations were performed using satellite image data from 2000 and 2010 to represent the urban surface distributions and expansions in China. Changes in the precipitation revealed obvious subregional characteristics, which could be explained by the influences of the vertical wind velocity and moisture flux. With urban-related warming, vertical wind motion generally intensified over urban surface-expanded areas. Meanwhile, the increase in impervious surface areas induced rapid rainwater runoff into drains, and the Bowen ratio increased over urban areas, which further contributed to changes in the local moisture fluxes in these regions. The intensities of the changes in precipitation were inconsistent over the three city clusters, although the changes in vertical motion and local evaporation were similar, which indicates that the changes in precipitation cannot be solely explained by the changes in the local evaporation-related moisture flux. The changes in precipitation were also influenced by the changes in the East Asian summer monsoon (EASM) circulation and the corresponding moisture flux, which are expressed in marked subregional characteristics. Therefore, the influence of urban-related precipitation over the three city clusters in China, for which changes in moisture flux from both the impacted local evaporation and EASM circulation should be considered, varied based on the precipitation changes of only a single city.     

长三角地区11月大雾频次变化的天气气候背景

采用1977—2006年长三角地区5个国家气候一级站的1日4次地面气象观测资料以及NCEP/NCAR相关资料,初步分析了该地区11月区域雾频次变化的天气气候背景。结果表明,长三角11月区域雾少发（多发）时,500hPa高空为较强的西北风（平直的西风）,850hPa上为强西北风（弱西北、东北风）,低层925hPa上偏北风分量较大且相对湿度较小（偏北风减小并出现偏东风分量且相对湿度较大）,海平面气压场上长三角受强冷高压控制（位于弱高压底前部均压区内）。