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。     

欧洲地区不同温室气体背景下土地利用/覆盖变化的气候效应

通过温室气体排放和土地利用/覆盖变化,人类活动对气候变化产生显著影响。为了探究在不同温室气体浓度（Greenhouse gas concentration,GHG）背景下,相同的土地利用/覆盖变化（Land Use and Land Cover Change,LULCC）对于欧洲区域气候的影响差异,采用CESM（Community Earth System Model）耦合模式进行了模拟研究。研究发现,在1850年温室气体浓度背景下,土地利用/覆盖变化导致欧洲中东部地区降水显著增加,而在2000年温室气体浓度背景下,土地利用/覆盖变化导致欧洲中东部地区降水减少。温室气体增加后,LULCC导致该地区对流层低层大气环流由辐合变为辐散,气温以及大气水汽含量降低,这些变化能较大程度的改变LULCC对区域降水的净影响力。     

邢台市气温日较差的变化

利用1954—2011年邢台市逐日平均气温、最高气温和最低气温资料,对邢台市气温日较差的变化特征及其影响因子进行了分析。结果表明：（1）近58a来,邢台市年平均气温日较差为10．9℃,呈明显下降趋势,变化速率为-0．683℃／lOa;四季平均气温日较差中,春季最大,夏季最小,且均呈下降趋势,其中冬季下降幅度最大,夏季最小;1—12月气温日较差中,5月最大,8月最小,均呈显著下降趋势,1月气温日较差下降幅度最大。（2）年气温日较差在近58a存在15a的低频振荡周期和4～7a的高频振荡周期,并在1972、1981、1995年发生突变,在突变点前后,年平均气温日较差均表现为增加珲仃减少趋势,且年气温日较差在突变年呈阶梯下降趋势。（3）最低、最高气温非对称的变化是气温日较差下降的直接原因。另外,年气温日较差与日照时数和平均风速呈显著正相关,与总云量、水汽压呈显著负相关,与降水量几乎不相关。邢台市气温日较差显著减小,对各类作物的产量、品质有不利影响,但冬季气温日较差的下降减少了果树冻害发生。     

日较差分级的北京地面逐时气温预报

统计了不同日较差等级与其相应等级内的逐时气温的气候平均值及逐时气温变量气候平均值,在此基础上客观自动地计算出北京区域的分片逐时气温预报值,由此次生出与气温变化有关的专业气象预报产品,应用于专业气象业务。     

土地利用和土地覆盖变化对气候系统影响的研究进展

土地利用和土地覆盖变化（LUCC或LULCC）不仅对人类赖以生存的地球环境有重要影响,同时与人类福祉密切联系。人类活动对气候的强迫不仅包括温室气体排放导致的气候变暖,还通过直接改变地表物理性状以及间接改变其他生物地球物理过程和生物地球化学过程等对气候系统产生深刻影响。作者在此认识的基础上回顾了LUCC对气候系统影响的研究历史,结合新近的研究结果归纳了诸如森林砍伐、城市化、修坝等LUCC活动在区域和全球尺度的气候效应。LUCC具有高度的空间异质性,因此气候系统对它的反馈也具有明显的空间差异。由于全球平均后变化幅度相对区域上的小,LUCC对区域气候影响显著,而对全球气候影响不明显。它对区域气候的影响取决于反照率、蒸散发效率和地表粗糙率等变化的综合效应：在热带地区LUCC主要引起温度升高,在高纬度地区使温度下降。在全球尺度上LUCC导致气候的变暖主要通过减少蒸散发和潜热通量引起陆表水循环的改变,其次通过改变地表反照率导致辐射强迫改变。最后指出目前LUCC在气候变化学科中的研究所存在的问题。在此基础上提出了未来的研究首先需要评估的3个气候指标,并提倡多学科间的相互合作。     

近50年中国气温日较差的变化趋势分析

利用近50年的气温观测资料,对中国地区的气温日较差的空间分布和时间序列变化特征进行了分析。同时分析了与日最高气温、最低气温以及平均气温时空分布之间的关系。结果发现,近50年来气温日较差呈下降趋势,其平均减小幅度为高纬度地区大于低纬度地区;不同地区及同一地区的DTR季节变化特征也不相同,我国北方多为冬季DTR下降最大,其次是春季和秋季,夏季最小。在黄淮和长江流域,以夏季和春季DTR下降最为显著。华南地区仍以冬季下降最大。气温日较差整体呈现下降趋势,中高纬度下降比低纬度明显。在相同纬度带上,由于地理状况的不同,变化趋势有所不同。同时,气温日较差的变化有明显的区域和季节性差异,特别在西部的青藏高原和新疆地区的DTR变化与东部地区的差异明显。     

基于卫星遥感的区域土地利用/覆盖变化研究

利用新疆于田地区1976年Landsat MSS、1989年Landsat TM、1999和2001年Landsat ETM影像以及2001年实地考察的数据，对该地区25年来的土地利用／覆盖变化进行了研究。结果表明1976～2001年，于田绿洲的土地利用／覆盖变化发生了较为明显的变化，主要表现在绿洲内部各种土地利用／覆盖类型发生着相互转化，农田的数量不断增加，高、中、低密度草地逐渐向中、低密度草地和荒地过渡，绿洲与外部物质、能量的交换逐步趋向稳定，绿洲的面积逐渐扩大。稳定性也逐渐提高，且逐渐向新的平衡演变。     

CMIP6模式对中国气温日较差的模拟能力评估北大核心CSCD

利用CRU_TS v4.04观测数据作为验证,对28个CMIP6(Coupled Model Intercomparison Project 6)模式模拟中国区域内气温日较差(Diurnal Temperature Range,DTR)年际变化、气候平均态变化以及不同区域和不同季节尺度变化的能力进行评估。结果表明:在百年尺度上,CMIP6模式能够反映出年际变化中DTR下降的演变趋势,模式与观测之间的相关系数在0.1~0.7,均方根误差在0.6~1.5,Taylor评分(Taylor Score,TS)在0.2~0.7,MRI-ESM2-0模式与观测之间的相关系数(0.65)最大,均方根误差(0.8)最小,TS(0.67)最高,模拟能力最好;在30年气候平均态尺度上,CMIP6模式符合观测呈现的DTR北方地区高、南方地区低,西部地区高、东部地区低,内陆地区高、沿海地区低,高原地区高、平原盆地地区低的空间分布特征,基本可以再现中国大范围区域内DTR下降的空间分布特征,对不同区域和不同季节DTR变化也有较好的模拟,以EC-Earth3模式的模拟能力最好。然而,单模式存在不同程度的高估或低估DTR变化的现象,多模式中位数集合能够模拟出DTR在年际变化和气候平均态变化中的一些特征,对于春季和冬季的模拟,多模式集合优于单模式模拟。     

1873—2009年上海气温日较差变化及其影响因素

利用1873—2009年中国上海市11个气象站地面气象观测资料和1951—2009年北极涛动指数、1873—2000年西伯利亚高压强度等资料,分析了上海地区气温日较差的时间变化特征,以及大气环流异常变化、其他气象要素变化和城市化发展对气温日较差的影响。结果表明：过去137 a,上海气温日较差呈显著减小趋势,减小幅度为0.15℃/10 a。上海四季气温日较差均呈现出显著下降趋势,其中秋季气温日较差下降幅度最大,冬季气温日较差下降幅度最小。近60 a来,北极涛动指数表现出从负位相向正位相转变的趋势;而近130 a来,西伯利亚高压强度表现出由正距平向负距平转变的趋势,导致中国上海最低气温上升幅度大于最高气温的上升幅度,进而导致气温日较差的减小。在四季及全年,上海气温日较差的减小与日照时数的减少呈显著正相关,而与降水量的增加呈负相关。城市化对气温日较差的减小有明显影响。     

Impact of Direct Radiative Forcing of Anthropogenic Aerosols on Diurnal Temperature Range in January in Eastern China

This study investigates the changes in January diurnal temperature range(DTR) in China during 1961-2000.The observed DTR changes during 1981-2000 relative to 1961-80 are first analyzed based on the daily temperature data at 546 weather stations.These observed DTR changes are classified into six cases depending on the changes in daily maximum and minimum temperatures,and then the occurrence frequency and magnitude of DTR change in each case are presented.Three transient simulations are then performed to understand the impact of greenhouse gases(GHGs) and aerosol direct forcing on DTR change:one without anthropogenic radiative forcing,one with anthropogenic GHGs,and another one with the combined forcing of GHGs and five species of anthropogenic aerosols.The predicted daily DTR changes during the years 1981-2000 are also classified into six cases and are compared with the observations.Results show that the previously proposed reason for DTR reduction,a stronger nocturnal warming than a daytime warming,explains only 19.8%of the observed DTR reduction days.DTR reductions are found to generally occur in northeastern China,coinciding with significant regional warming.The simulation with GHG forcing alone reproduces this type of DTR reduction with an occurrence frequency of 32.9%,which is larger than the observed value.Aerosol direct forcing reduces DTR mainly by daytime cooling.Consideration of aerosol cooling improves the simulation of occurrence frequencies of different types of DTR changes as compared to the simulation with GHGs alone,but it cannot improve the prediction of the magnitude of DTR changes.     

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。     

伊洛河流域土地利用/覆被变化格局分析

科学认识流域土地利用变化及其特征可以为流域水文变化、水环境变化、气候变化等研究提供基础。以1970—2010年伊洛河流域5期遥感影像数据为基础,利用GIS信息技术与空间分析技术,得到不同时期伊洛河流域土地利用/覆被特征,选取土地利用变化率指数、土地利用综合指数和土地利用动态度模型3个指标,分析了近40a来研究区的土地利用/覆被变化特征。结果表明,伊洛河流域土地利用以耕地为主,其次为林地。研究区土地利用处于发展期且土地利用变化处于快速变化水平,随着城镇化面积的逐年增加,流域耕地面积从1990年以后逐年减少,城镇工矿居民用地不断增加,其他如林地、草地和未利用面积变化基本保持不变。从不同的发展阶段来看,1970—1990年间,土地利用/覆被变化不太显著;1990—2000年流域土地利用变化以城镇工矿居民用地增加为主要特征;2000—2005年流域土地利用变化以耕地减少为主要特征;2005—2010年土地利用变化程度较2000—2005年有减缓趋势,但仍然呈现耕地减少、城镇工矿居民用地增加的特征。从不同的高程带来看,洼地和丘陵地带土地变化较剧烈,变化的主要特征为耕地减少、城镇工矿居民用地增加,而中山和高山地带,因为人类活动影响较小,土地利用情况变化很小。     

城市台站周边热岛效应和土地利用与覆盖变化关系

以合肥市气象站为中心,利用1990～2006年的Landsat TM影像,获取不同半径圆形缓冲区范围内下垫面土地分类信息以及对应年份的气温年均值、极值、日定时数据资料,分析了下垫面各土地类型及其变化和站点周边热岛效应的关系.分析得出:城市热岛与建设用地有着最强正相关,与林草地和耕地有着显著负相关,与夜晚水体有着较强正相关.下垫面类型对城市热岛的影响随着每天的不同时刻而变化.4种下垫面类型对城市热岛的影响范围上,建设用地一般在6km以内、林草地4km以内、耕地在4km时最显著,水体则随着距离的增加,其影响范围缓慢上升到8 km.同时,通过分析土地利用年变化和城市热岛效应变化的关系,进一步验证了城市发展对城市热岛效应起着至关重要的作用.最高温和14时(北京时间)热岛强度年变化与土地利用年变化有着较强的相关性.另外,迁站后热岛效应明显减弱.最后,重点探讨了下垫面类型和热岛效应关系的可能原因.     

土地利用与土地覆盖变化的遥感监测及环境影响研究综述

土地利用与土地覆盖变化（LUCC）对全球生态、环境产生了巨大影响,是全球变化的原因之一,也是全球变化研究的重要组成部分。从遥感数据源、遥感分类方法、遥感动态变化监测方法3方面出发,介绍了遥感监测技术在LUCC研究中的应用现状;回顾了LUCC对气候、水文影响的研究进展,并对数值模拟方法在LUCC影响研究中的应用进行了重点评述;探讨了目前LUCC研究工作中在动力机制、对环境的影响、遥感技术及资料应用、多源数据的综合应用及利用区域气候模式进行数值模拟试验等方面存在的问题及未来发展趋势。     

北京地区土地利用/覆被及其变化对气温升温的影响分析

利用北京地区13个气象台站1979～2005年的气温资料、NCEP再分析资料以及1990～2005年的三期1：10万土地利用/覆被数据,在分析气象站点3 km半径缓冲区内土地利用/覆被及变化特征的基础上,通过比较气温变化在不同下垫面状况下的差异,分析了北京地区3种主要土地利用/覆被类型对气温变化趋势的影响,得出以下结论：1）建设用地对气温升高的影响最显著（0.822°C/10 a）,林地、草地、耕地混合类型次之（0.296°C/10 a）,林地最小（0.197°C/10 a）;2）利用“观测减去再分析（OMR）”方法后,建设用地的OMR年均温升温趋势依然最大（0.527°C/10 a）,林地、草地、耕地混合类型次之（-0.012°C/10 a）,林地最小（-0.118°C/10 a）,表明建设用地对气温升高具有增强作用,而林地对气温升高具有抑制作用;3）当土地利用/覆被类型向城市建设用地类型转化时,转化的面积越大,气温变化量越大。     

On the Contrasting Decadal Changes of Diurnal Surface Temperature Range between the Tibetan Plateau and Southeastern China during the 1980s–2000s

The diurnal surface temperature range(DTR) has become significantly smaller over the Tibetan Plateau(TP) but larger in southeastern China, despite the daily mean surface temperature having increased steadily in both areas during recent decades.Based on ERA-Interim reanalysis data covering 1979–2012, this study shows that the weakened DTR over TP is caused by stronger warming of daily minimum surface temperature(Tmin) and a weak cooling of the daily maximum surface temperature(Tmax); meanwhile, the enhanced DTR over southeastern China is mainly associated with a relatively stronger/weaker warming of Tmax/Tmin. A further quantitative analysis of DTR changes through a process-based decomposition method—the Coupled Surface–Atmosphere Climate Feedback Response Analysis Method(CFRAM)—indicates that changes in radiative processes are mainly responsible for the decreased DTR over the TP. In particular, the increased low-level cloud cover tends to induce the radiative cooling/warming during daytime/nighttime, and the increased water vapor helps to decrease the DTR through the stronger radiative warming during nighttime than daytime. Contributions from the changes in all radiative processes(over-2?C) are compensated for by those from the stronger decreased surface sensible heat flux during daytime than during nighttime(approximately 2.5?C), but are co-contributed by the changes in atmospheric dynamics(approximately-0.4?C) and the stronger increased latent heat flux during daytime(approximately-0.8?C). In contrast, the increased DTR over southeastern China is mainly contributed by the changes in cloud, water vapor and atmospheric dynamics. The changes in surface heat fluxes have resulted in a decrease in DTR over southeastern China.