城市气象研究进展

中国数十年来在城市气象研究这一新兴学科领域开展了大量研究并获得了多方面的丰硕成果。文中从城市气象观测网与观测试验、城市气象多尺度模式、城市气象与大气环境相互影响、城市化对天气气候的影响等4个方面论述了城市气象的主要研究进展:中国各大城市已建立或正在完善具有多平台、多变量、多尺度、多重链接、多功能等特点的城市气象综合观测网;北京、南京、上海等地开展了大型城市气象观测科学试验,被世界气象组织列入研究示范项目;成功开展了风洞实验、缩尺度外场实验研究;建立了多尺度城市气象和空气质量预报数值模式,并应用于业务;在城市热岛效应、城市对降水影响、城市气象与城市规划、城市化对区域气候及空气质量的影响、城市气象与大气环境相互作用等研究领域取得长足进展。最后指出,未来需要重点从新观测技术及观测资料同化应用、城市系统模式研究、城市化对天气气候的影响机理、城市化对大气环境和人体健康的影响、城市水文气象气候与环境综合服务等方面开展科学研究与应用,为中国城市化、生态文明建设、防灾减灾和应对气候变化等国家需求提供科技支撑。      

城市气象灾害及其影响相关问题研究进展

在全球气候变化和城市化进程加快的背景下,城市气象灾害及其影响越来越突出,呈现和传统气象灾害不一样的特征和演变规律。国内外都非常重视城市气象灾害的研究,强调气候变化的驱动和多学科综合研究是一种趋势。中国城市气象灾害有暴雨、低温冰冻、高温热浪等多种类型,对城市的社会、经济等方面产生了重要影响,因此很多学者十分关注城市气象灾害及其城市经济和社会影响研究。随着新型城市气象灾害潜在风险增加,城市气象灾害引致城市环境的脆弱性和人文社会学科引入城市气象灾害研究,将是城市气象灾害研究中的新兴领域,中国未来城市气象灾害研究也需要引起更多关注。     

以高山站为背景研究城市化对气温变化趋势的影响

本文基于1957~2005年的逐日气象资料,对比分析了中国东部7组高山气象站和山下附近的城市气象站年 与四季气温变化趋势.在此基础上,利用高山站作为气候变化背景场来分析城市化对平均气温、最高气温、最低气温变化趋势影响的性质和程度,及其对气温变化非对称性的影响.结果表明:平均气温和最低气温变化趋势城市站多比高山站大,而最高气温变化趋势高山站多比城市站大;城市站最低气温变化趋势均大于最高气温变化趋势,具有明显的非对称性现象,而高山站这种表现十分微弱.城市站气温变化受到明显的城市化影响,对于平均气温和最低气温以正影响为主,而对于最高气温为负影响为主,说明城市化对气温变化的影响也存在非对称性.城市化影响的非对称性是气温变化非对称性形成的主要因素.     

城市化环境大气污染模型动力学问题

城市化环境大气污染动力学问题是城市环境大气污染形成机理及其治理原理研究中核心理论问题,该文从城市化环境大气污染各类复杂的交叉影响因素角度,初步描述了城市环境大气多尺度相互作用;城市建筑群及其周边地形影响;下垫面及陆面过程对城市环境大气动力结构形成的影响效应;城市环境水-土-气污染形成的多圈层相互作用等问题.并且综合分析探讨了城市环境大气污染的动力学特征及其影响作用.通过理论问题的讨论,给出了本项目开展的BECAPEX现场观测试验的设计实施和城市污染"大锅盖"特征结构研究的科学问题.     

浅谈城市气象灾害

1引言城市是一个国家和地区的政治、经济、文化的中心,是人类的主要集聚形式及主要集聚地之一,也是一个人口高度集中、经济高强度开发的人工生态系统。随着我国城市扩大化迅速发展,城市人口增长较快,尤其是20世纪以来,经济繁荣,城市发展,在给人们带来希望的同时,也面临着许多危机。住房紧张、就业困难、交通拥挤、卫生状况恶劣等等,许多城市处于超负荷运转的状态,人们原有的生活环境受到破坏,污染加剧、环境恶化、生态失衡,出现了一系列“城市病”,其中城市气象及其次生灾害成为严重制约城市持续发展的环境因素。因此只有对城市化带来的环境问题开展跨学科的前沿综合研究,提高对环境问题的预见性,建设安全防灾减灾体系,才能实现城市的可持续发展。2城市化与气象灾害近50年来,世界城市化呈现快速发展的态势,城市人口增长速度与工业发达水平成正相关关系,即工业化程度越高,城市人口增长速度越快,城市化进程也就越快。随着城市化进程的加快,城市气象灾害危害越来越大。现代城市人口密集,经济集中,商业繁荣,是一个国家、一个省、一个地区的政治、经济、文化中心,在我国国民经济和社会发展中,城市具有十分重要的地位和作用。然而,正是由于城市聚集着大量的人口、资金和财富...     

影响北京城市增温的主要社会经济因子分析

应用计量经济学方法研究了城市增温的主要社会经济影响因子。结果表明: 20世纪70年代以来,北京城市化进程加快使得城市增温现象和城市热岛效应明显。其中,城市化进程中的人口增长、社会经济发展、基础设施建设及能源消耗等都是影响城市增温的主要因素。此外,分析还证明了采暖度日指数和制冷度日指数能够很好地应用于气候变化与社会经济研究领域。     

城市化进程对重庆都市圈降水空间分布的影响

利用重庆17站逐日气象观测资料、重庆统计数据,采用降水量空间标准化方法,研究了城市化进程不同阶段对重庆都市圈降水空间分布的影响.结果表明;重庆城市化进程能够以1997年为界限被划分为城市化缓慢发展阶段和快速发展阶段,都市圈年降水量变化的空间差异与城市化进程的速度有关.比较两个阶段的差值,发现随着城市化进程的加快,核心都市圈年降水量、降水强度、中雨和暴雨日数都有所增加,呈明显的“城市雨岛”特征.从季节差异来看,夏季降水以主城区及其北侧郊区降水增加,冬季降水以主城区及其南侧郊区增加为主,可能是因为城乡温度梯度与环境风场相互作用,导致不同季节降水分布的区域差异,使得主城区及其下风方向降水增加,且以下风区增加最为显著.     

城市化进程对气象探测环境代表性的影响：以寿县国家气候观象台为例

为了探讨城市化进程对寿县国家气候观象台探测环境及气象要素的影响程度,本文利用高分辨陆地卫星影像结合GIS技术揭示了近25年(1987—2012)寿县县城的城市化进程及其对气象观测场周边土地利用/覆盖变化以及热环境的影响过程;以搬迁后新址为参考站,进一步分析了城市扩张对气温和风的影响。结果表明:1城市化进程中的土地利用改变是破坏寿县观象台探测环境代表性主要原因;2城建用地是影响和构成寿县旧址周围缓冲区较高地表温度的热环境分布主体,而植被和水体是较低地表温度的热环境分布主体;3城市化扩张造成旧址年平均气温偏高和年平均风速偏小,由于城市化的影响,寿县新旧站址风向的相符率仅为15%左右,且城市扩张对气象要素的影响呈现明显的日变化和季节变化特征。控制台站周边城建用地的规模和布局是改善台站热环境以及提高台站观测区域代表性的重要举措。     

基于用户需求的城市气象研究:进展与展望

城市化是人类社会现代化发展过程中的必然趋势。城市化带来的土地利用/土地覆盖的变化、人为热排放、城市气溶胶和人为温室气体排放增加,影响着天气、气候和环境;另一方面,天气、气候和环境亦影响城市的安全运行和居民的生产生活。简要回顾了城市气象观测和数值模拟研究两方面的主要进展,分析了城市气象复杂多样的用户需求(例如防灾减灾、宜居城市建设等),剖析了目前城市气象监测与预报能力的不足。在此基础上,以不断提高气象科技为经济社会发展和人民安全福祉的服务能力作为未来城市气象发展的主线,给出了城市气象未来发展方向的展望,主要包括城市气象观测、城市气象基础数据集、城市陆面与边界层过程、城市精细预报、气候与气候变化、城市空气质量与污染扩散、人体健康七个领域的基础研究和应用研究发展趋势。最后,分析了目前城市气象发展面临的新挑战,倡导建立城市气象观测与数值模拟以及城市气象研究与用户需求之间的良性互动。     

北京冬季城市边界层结构形成机制的初步数值研究

利用耦合了城市冠层参数化方案的MM5模式对2001年冬季北京地区一次典型的城市边界层过程进行成功模拟的基础上,对北京城市化作用、周边地形以及城市化进程发展对城市边界层结构的影响等问题进行了一系列的数值模拟试验。城市化作用的因子分离试验发现,城市化的总体作用即城市下垫面结构对大气热力及动力的综合影响导致了北京冬季城市边界层结构主要特征的形成。此外,揭示了城市结构的不同影响因子———动力因子、热力因子和热动力因子间的相互作用在北京冬季城市边界层结构形成和演变过程中的不同作用。在夜间,城市结构的动力因子对于城市边界层主要特征如市区悬浮逆温、近地层中小的风速及较强的湍流动能等的形成起着主导作用;在白天,城市结构的热力因子则成为影响市区混合层强度以及湍流运动特征等边界层结构的主导因素;热、动力因子间的相互作用对城市边界层结构的形成和演变也有着重要作用,但其影响特征比较复杂。北京周边地形作用的敏感性试验的结果表明,北京周边的特殊地形条件对城市边界层热力结构特征如悬浮逆温层及城市热岛等的结构及分布特征的形成也有着明显的影响,使其具有特殊的局地化特征,同时,它也是北京地区近地层主要气流特征的强迫源。不同城市化程度的敏感性试验结果揭示,随着北京城市建筑高度和密度的增加,市区风速将减小、湍流动能将加强,夜间城市悬浮逆温层底的高度会有所提高,城市热岛的强度也将加强,并可能在白天出现比较明显的城市热岛效应。     

成都城市化发展对局地气候的影响

为研究成都地区城市化对局地气候的影响,利用新一代中尺度数值模式WRF,将不同时期下垫面土地利用类型作为控制试验和敏感试验的模拟条件,探讨了下垫面改变对成都市夏季和冬季城市化效应的影响。结果表明:城市下垫面对夏季中心城区的地表气温升高有显著影响,敏感性试验表明,下垫面的改变引起成都地区夏季28℃以上的高温区域扩大并向东北和西南扩张,且城区的外扩导致周边区域地表气温升高。冬季成都地区常为多云天气,能到达地面的太阳辐射较夏季大大减小,城市化导致的升温作用没有夏季显著。城市化作用使城市上风区降水量以减少为主,下风区降水量以增多为主,城市化使得发生强降水的概率增加,并且强降水在空间分布上更集中在城市下风区。      

城市化对"城市浑浊岛效应"影响分析

采用乌鲁木齐市和其郊区日照时间的差值作为衡量城市"浑浊岛效应"的标准,以乌鲁木齐市城市化九项指标的综合值作为衡量城市化的标准,数据的跨度从1976—2004年;对这两列数值进行相关分析。文章的结论包括:城市化与"城市浑浊岛"效应有很强的相关性;城市化对城市浑浊岛的影响分3个阶段;乌鲁木齐市的浑浊岛效应符合环境库兹涅茨规律。     

基于国土空间开发格局的城市化地区和其他功能区碳排放现状——黑黔粤案例研究

以主体功能定位为依据的国土空间开发格局为切入点,选择其中的城市化地区（重点/优化开发地区）进行社会经济和温室气体排放特征现状分析。研究认为,不同城市化地区所承载的城市（镇）化任务是十分不同的：优化开发区应以稳定和疏解人口为主,争取尽早达到排放峰值并下降;重点开发区应是承接非城市化地区人口（特别是重点生态功能区）的主要地区。但是这些地区普遍存在发展后劲不足或发展粗放的问题,进一步吸纳经济和人口的能力可能受限。在低碳发展的大背景下,寻找新的增长点和产业低碳化转型是重点开发区承担新型城市（镇）化任务的前提条件。     

减缓“城市热岛效应”让城市生活更美好

城市是人类文明的象征和社会发展的产物,虽占据整个地球表面积很小,但高度集聚了大量的人口和社会经济活动,是人类物质财富和精神财富生产、积聚、传播和扩散的中心。城市气候环境既受到所属区域气候背景的影响,又反映了在城市化过程中由于人口高度密集和特殊的下垫面所形成的一种与城市周围乡村不同的局地气候状况,这些状况存在着一些共同的城市气候特征：城市热岛、城市干岛、城市湿岛、城市混浊岛、城市雨岛等,其中以城市热岛特征最为突出。     

气候变化背景下的城市低碳发展水平测度

全球气候变化对全球自然系统和社会经济产生了显著的影响,近百年来的气候变暖已经成为既定的科学事实。目前,世界各国对于发展低碳经济、建设低碳城市及承担碳减排任务以应对气候变化的共识不断得到加强,在此背景下,低碳社会、低碳生活等理念为人们所广泛关注和推崇。本文综述了气候变化的科学事实、碳排放与城市化之间的内在联系;阐述了低碳经济、低碳城市、"脱钩"理论、环境库兹涅茨理论、生态足迹和碳足迹理论的理论内涵;评述了目前低碳城市发展水平的测度指标体系、计算方法和评价标准,重点分析了人均碳排放、碳生产率、碳排放强度和碳能源排放系数等城市低碳发展水平指标,以及DPSIR模型、生态足迹模型、主成分分析和层次分析综合模型等低碳发展水平评价模型。最后,提出了目前该研究领域存在的科学问题,展望了未来的研究重点和发展方向。     

不同城市化程度的城市气温变化研究——以福州和漳州为例

城市化发展对城市气候及环境的影响已成为气候变暖研究中最受关注的问题之一。基于1961—2013年福建省福州和漳州的城郊逐月气温观测数据和同时期的NCEP/NCAR R1再分析气温资料,通过线性回归、OMR方法等对两地平均气温、最高气温以及最低气温进行分析。着重探索不同城市化程度对气温变化的影响差异。结果表明,不同城市化程度的地区城郊气温差ΔT的大幅度变化存在时间差;随着城市化程度的加深,城市气温受下垫面的影响越大;不同城市化程度的地区平均气温、最低气温、最高气温以及四季气温受到城市化影响所导致结果各异。      

乌鲁木齐城市气象研究进展

随着我国经济的发展,不断加速的城市化进程带来了很多环境、水文和气象等问题。因此,发展环境友好型、资源节约型城市建设过程中必须注重城市气象问题的研究。本文对乌鲁木齐城市气象研究情况进行了综合分析归纳,探讨了当前存在的问题及今后的研究方向。     

城市热岛效应研究概况

随着我国城市化进程的不断加快,城市中的环境污染问题也日益严重,表现为城市比周围非城市化地区的地表和大气温度要高的热岛效应作为这些环境问题中的典型代表有着重要的研究意义。近几十年来国内外的有关专家从微观及宏观层面上对城市热岛效应的产生原因、造成影响、变化规律、缓解措施等方面进行了一系列的研究与探索。由于城市测点有限,过去的研究尚不能全面反映出研究区热岛效应。遥感科学和技术的发展,为城市热岛效应的研究提供了有利条件。本文介绍了热红外遥感技术在热岛研究中的应用及城市规划对城市热岛效应的影响,并展望了该领域的发展前景。     

城市热岛效应研究概况

随着我国城市化进程的不断加快,城市中的环境污染问题也日益严重,表现为城市比周围非城市化地区的地表和大气温度要高的热岛效应作为这些环境问题中的典型代表有着重要的研究意义。近几十年来国内外的有关专家从微观及宏观层面上对城市热岛效应的产生原因、造成影响、变化规律、缓解措施等方面进行了一系列的研究与探索。由于城市测点有限,过去的研究尚不能全面反映出研究区热岛效应。遥感科学和技术的发展,为城市热岛效应的研究提供了有利条件。本文介绍了热红外遥感技术在热岛研究中的应用及城市规划对城市热岛效应的影响,并展望了该领域的发展前景。     

43a来我国城市气候和太阳辐射的变化特征

利用1961-2003年气候观测资料和辐射资料,综合分析了我国10个城市43a的云量、日照百分率、相对湿度、气温、降水以及到达地面的太阳辐射等要素的变化趋势。结果表明：（1）43a来10个城市中,多数城市的总云量减少而低云量增加;（2）各城市的日照百分率呈减少趋势;除乌鲁木齐外,其他城市相对湿度呈减小趋势;各地气温都有所升高;降水量变化的地区性差别较大而总体上变化幅度不明显;（3）除昆明外,各地太阳总辐射呈下降趋势,且总辐射减少主要是由直接辐射减少引起的。由此揭示,43a来我国城市正经历着以变暖变干为主的气候变化过程,人类活动特别是工业化和城市化进程,对气候系统产生了重要影响。