城市空间形态对城市热岛效应的多尺度影响研究进展

随着全球城市化的快速发展和气候变暖及极端高温事件的加剧,城市热岛效应已成为了21世纪影响人类生存发展的重要环境问题。因此,阐明城市热岛强度时空变化特征,揭示多空间尺度下的形成机制是人文地理学和气候学研究的热点和前沿交叉科学问题。从街道峡谷微观尺度、城市街区局部尺度和城市宏观尺度全面总结和系统梳理了城市空间形态对城市热岛效应的多尺度影响和耦合机制,提出了未来通过定量表征城市热岛强度、城市空间形态的空间格局、时间演化特征及规律,构建空间关系分析模型,进而揭示城市空间形态在不同时空尺度对城市热岛强度的作用机制,为城市规划、宜居城市建设以及气候变化的响应与适应研究提供理论指导。     

气候变化下极端水文事件的研究进展

气候异常变化导致洪涝灾害、干旱等极端水文事件的发生及其增加的水灾害风险正成为人类生存所面临的重大挑战。近年来,开展气候变化背景下流域极端水文事件的变化趋势、发生机理及其对气候变化的响应与预测研究正逐渐受到国内外众多学者的关注。本文从极端水文事件的定义、研究方法、水文极值分布函数、观测事实及模拟研究等方面分析评述了极端水文事件问题的研究现状和研究成果。在此基础上,讨论了研究现状存在的问题并对该领域未来研究方向进行了展望。     

景洪市城市热岛效应对城市高温的影响及其防御对策

利用景洪市城郊长期对预测气象资源（１９６４￣１９９４）,分析了景洪城市热岛效应及其对城市高温的影响,并提出了防御对策。结果表明,进入８０年代以来,景洪市热岛效应日趋明显,且呈明显的季节性,即干季强于雨季,干季的夜间强于白天,雨季的白天强于夜间;热岛效应不仅增大了市区高温强度,同时增多了高温日数;减缓热岛效应的根本措施是大力发展绿化建设。     

气候变暖的适应行为与黑龙江省夏季低温冷害的变化

与气候变暖相联系的极端天气、气候事件及其影响的研究正日益受到重视,极端事件与气候变化直接相关,而极端事件的影响还与人类的适应行为密切相关。本文以农业对温度变化最敏感的黑龙江省为例,分析了变暖对夏季低温冷害事件的影响。结果显示,变暖后夏季出现低温冷害临界气温的概率减小;但由于人们追求更高经济效益的适应行为,在变暖的情况下种植更适应较暖气候条件的农作物,低温冷害的发生的频率和强度并不一定随变暖而减少,但作物单产期望值还是会增加。     

地理学视角下城市高温热浪脆弱性评估研究进展

全球气候变化及快速城市化增加了极端天气事件的发生频率,高温热浪作为其中的典型效应,增加了与热相关的健康风险,越来越受到气象学、医学与地理学学者的关注。论文系统梳理了高温热浪的定义,从地理学视角,以空间评估作为切入点,总结分析了高温热浪脆弱性评估中的空间指标、空间制图方法与空间对策等方面的研究进展,指明该领域已从单一视角逐步深入到气象学、医学、地理学等复合学科的交叉研究,地理学作为桥梁将气象学与医学有机结合,为脆弱性评估提供空间指标参数、为制图提供思路与方法,并提供空间对策连接规划和风险预警等实践工作。未来的研究展望包括：空间指标综合各学科研究需要、集成各学科优势进行构建,空间制图在社区小尺度到区域大尺度的耦合机理分析基础上探讨跨区域研究表达方式,空间对策针对不同风险人群采取差异化研究,为城市适应气候变化提供科学依据。     

中国县域高温人口暴露风险及其影响因素研究

随着全球气候变暖,人类活动加剧,高温热浪事件发生频率和强度增加,致使全球极端高温灾害发生,人类健康和城市系统受到严重威胁。以中国县域为研究单元,基于1960—2018年累计的高温日数、热浪频次、热浪持续时间和热浪强度表征高温热浪,并耦合人类社会因素对高温人口暴露风险及其影响因素进行分析。结果发现：(1)极端高温灾害认知经历了“天灾—人祸—共生”的转变过程,通过适应行为降低社会脆弱性提升恢复力,对缓解高温人口暴露风险尤为重要。(2)高温人口暴露风险存在较强的空间异质性,高风险区主要集聚在重庆、湖南、江西、浙江等南方地区;中等风险区出现在北京、河北等部分地区。(3)承灾体脆弱性是高温人口暴露风险增加的主要影响因子,其次为居住条件、非农人口比例、地形地貌等。     

气候变化对水循环与水资源的影响研究综述

以全球变暖为主的气候变化已成为当前世界最重要的环境问题之一。气候变化对水循环与水资源影响的研究越来越引起国内外学者的的高度关注和重视。简要回顾了国内外气候变化对水文水资源影响研究的发展历程,着重论述了目前气候变化对水文水资源影响的重点研究领域:水循环要素变化的检测与归因分析、气候变化与人类活动对水循环与水资源影响的定量评估、未来气候变化情景下水循环与水资源的演变趋势预估、气候变化对极端水文事件的影响研究和应对气候变化的水资源适应性管理策略;并介绍了气候变化对水文水资源影响研究中的气候变化情景、水文模拟及陆-气模型耦合等重要技术手段。最后,针对目前研究中存在的问题及薄弱环节,提出未来研究的发展趋势和亟需解决的关键问题。     

应对气候变化的城市规划实施效应评估研究

伴随气候变化与快速城市化,超大城市与城市群高温、暴雨、雾霾极端灾害事件频繁,生态环境问题愈加突出。应对气候变化的城市规划是缓解与适应极端事件的重要手段,它通过优化土地利用、空间结构、道路交通和生态绿化,减缓气候变化与极端事件影响。论文总结了城市规划实施对气候与环境的影响机制,及其实施效应的评估方法,由此将应对气候变化的城市规划问题归结为极端事件指标、经济可行性、区域适用性等多被控变量、多目标、多约束最优化问题的求解。为此亟需基于气候环境与社会经济的协同作用,开展超大城市和城市群的气候变化影响和适应研究,改进应对气候变化城市规划实施效应的评估手段,构建包含城市规划实施效应的区域气候模式系统和多尺度综合评估体系,以实现气候环境最优及社会经济代价最小的绿色智慧韧性发展策略。     

气候变化对三峡水库运行风险的影响

未来气候变化对三峡工程建成后运行的影响研究对于三峡水库的合理调度以及华东、华中航运系统和电网调度等都具有重要的参考价值.以CGCM模拟试验结果为未来气候情景,通过蒙特卡罗试验,随机模拟了三峡地区在未来气候情景下月降水量分布的变化,探讨了三峡工程建成后运行期的气候风险并进行了定量评估.结果表明,在未来气候情景下,三峡水库运行期间,初夏和仲夏受洪涝影响的风险增大,隆冬和冬末由常年气候干旱造成的运行风险虽有减小,但由气候变率变化导致的极端干旱事件将使三峡水库的运行风险增加.     

城市化对北京市极端气候的影响研究

利用北京地区20个气象站点35年（1980—2014年）的逐日降水、气温资料和社会经济、人口、土地覆被以及夜间灯光遥感的栅格数据,通过聚类分析和层次分析相结合的方法将站点分类,对北京市城市化进程中的极端气候变化趋势和城市化影响的响应进行了分析。结果表明：北京市整体的极端冷事件呈减少趋势,极端暖事件呈增加趋势,极端降水事件没有明显变化趋势;城市化对极端温度事件有着显著的影响,相对于乡村站点来说,城市化使得极端冷事件减少的更快,极端暖事件增加的更快,造成城市的气温日较差明显变小;城市化对极端降水的影响虽不显著,但在乡村站点年降水量总量和降水日数减小的趋势下,城市化造成城市降水总量和降水日数均多于乡村,减缓了连续无降水日数的增长趋势,同时城市的极端降水有向更加极端的情景发展。     

上海城市热岛与热浪协同作用及其影响因子

在全球变暖的背景下,热浪变得更加频繁。城市地区由于城市热岛效应在热浪事件中承受更大的风险。然而城市热岛与热浪之间的相互作用还少有研究。利用2016-2017年两个夏季（6-8月）上海城、郊气象站逐时气温、风速、相对湿度资料、城区徐家汇和郊区奉贤涡动相关通量观测资料对比分析了热浪和非热浪期间城市热岛强度的差异,并利用一个平流扩散解析模型揭示了城市热岛与热浪相互作用的物理机制。结果表明,热浪期间的城市热岛强度相比非热浪期间明显增强,且白天增强大于夜间,显示出城市热岛与热浪之间的协同效应。热浪期间城、郊相对湿度比值相对非热浪期间明显减小,表明热浪期间城区地表相对郊区变得更干,从而抑制了蒸发作用,加剧了城市热岛强度;平均风速也明显减小,平流降温效应减弱,对城市热岛强度起正反馈效应。热浪期间城区净辐射通量的增加大于郊区,使城区获得更大地表辐射输入;由于城区更少的植被覆盖和更多的不透水下垫面,热浪期间城区潜热通量略有降低,而郊区明显增加;城区感热通量增幅则大于郊区,这种感热和潜热通量分配的改变也加剧了城市热岛强度。本研究对城市如何应对加剧的热风险具有重要的科学指示意义。     

The socio-spatial dynamics of extreme urban heat events: The case of heat-related deaths in Philadelphia

Heat is the number one weather-related cause of mortality in the United States; typically punctuated by extreme heat waves. This study examines the relationship between the spatial distribution of vulnerable populations, satellite-detected urban heat island (UHI) and heat-related mortality distributions during a 1993 extreme heat event in Philadelphia, PA. Geostatistical methods are used to compare spatial distributions of vulnerability and to determine concentration of mortality within surface UHI intensity levels. The results suggest the spatial distribution of urban poor is congruent with heat-related death. Additionally, deaths are concentrated in higher order surface UHI intensity levels. The findings suggest that surface UHI measures and population in poverty are important variables in spatially measuring risk from extreme heat events. Coupling surface UHI measures with socioeconomic indicators of vulnerability may enable creation of risk models with improved spatial specificity to assist public health professionals. This approach is demonstrated by developing a linear regression model of potential risk in Philadelphia for the 1993 extreme heat event.     

北京地区城市热岛强度长期变化特征及气候学影响机制

选择北京地区为研究区,基于1967~2016年城市站（北京站）和城郊农村站（密云站）的长期气象观测数据,研究平均气温、最高气温、最低气温对应的城市热岛强度长期变化特征及其气候学影响机制。研究发现,过去50 a平均气温和最低气温对应的城市热岛强度显著增加,增温率分别为0.29℃/10a和0.45℃/10a,而最高气温对应的城市热岛强度则没有明显变化趋势;统计分析显示过去50 a北京地区相对湿度、风速和日照时数显著降低以及气温显著上升有利于城市热岛的形成,强化城市热岛强度;未来全球变暖和快速城市化背景下北京地区城市热岛效应将进一步加剧,形成更频繁和持续时间更长的夏季城市高温热浪,严重危及城市居民生产生活和生命健康。     

A historical review and assessment of urban heat island research in Singapore

This historical review of 20 studies since the 1960s examines the influence of urban development on the thermal environment in Singapore, a fast growing tropical island city‐state. Past observations are critically assessed with regard to experimental controls and station metadata. Given the availability of historical climate and developmental data spanning almost 50 years, changes in urban heat island (UHI) intensity and spatial coverage can be traced temporally. Rapid urban expansion in Singapore is clearly reflected in spatially and temporally changing air and surface temperature patterns. The nocturnal canopy‐layer UHI intensity – measured as the difference between the commercial urban core and undeveloped areas close to primary or secondary rainforests for example – doubled in magnitude between 1965 and 2004. At the same time, the spatial extent of the nocturnal UHI has also expanded with the development of new housing and industrial districts. The influence of the growing city is also reflected in surface temperature. Two satellite images dated 13 years apart demonstrate the encroachment of areas with high surface temperatures into previously cooler areas during daytime corresponding with new public housing estates and low‐rise residential areas or facilities being built. The results from our study contribute to the growing body of tropical heat island research. They provide baseline data for future research and urban development in the Singapore context and, more generally, offer important cues for urban planners to make tropical cities more sustainable.     

地温示踪地表暖化过程中的气候变化和城市热岛效应

对日本熊本平原城区和郊区28口观测井温度进行测量,利用一维非稳定水－热流运移方程解析解反演地表温度变化率,同时与研究区域7个气象站气温数据进行对比验证。结果表明：1987－2012年研究区域城区地表温度增加1.51°C,近地表气温增加1.13°C;郊区地表温度增加0.81°C,近地表气温增加0.59°C。研究区域气候变化和城市热岛效应对地表暖化过程的贡献率基本一致,通过对城区和郊区地温进行测量分析,能有效量化区分两者对地表暖化过程的影响。     

半干旱区典型工业城市热岛时空分布及演变特征——以包头市为例

基于2000 年、2008 年和2015 年landsat5 TM影像和Landsat8 OLI影像,以单窗算法反演地表温度,研究包头市区近15 a 的城市热岛时空分布及演变特征,并对下垫面土地利用/覆盖类型、 NDVI 与城市热岛的关系进行了定量分析。研究结论表明：包头城市热岛15 a 来呈逐步扩展趋势,且主要集中于裸地区、工矿区、商业和人口密集区三类区域,空间演变趋势与城市扩张格局呈现出高度的一致性;城市热岛效应强度增强,但2008-2015 年以来,市中心区高温区面积比重大大降低;下垫面土地利用/覆盖类型是影响城市热岛空间分布的重要因子,地表温度呈现出裸地>工矿用地>建设用地>城市绿地>农用地>水体的规律;地表温度与 NDVI 呈现显著的负相关关系,即植被指数越高,城市的地表温度越低。     

背景气候和城市化对中国东南部增温的联合效应(英文)

Based on China homogenized land surface air temperature and the National Centers for Environmental Prediction/Department of Energy (NCEP/DOE) Atmospheric Model Intercomparison Project (AMIP)-Ⅱ Reanalysis data (R-2), the main contributors to surface air temperature increase in Southeast China were investigated by comparing trends of urban and rural temperature series, as well as observed and R-2 data, covering two periods of 1954-2005 and 1979-2005. Results from urban-rural comparison indicate that urban heat island (UHI) effects on regional annual and autumn minimum temperature increases account for 10.5% and 12.0% since 1954, but with smaller warming attribution of 6.2% and 10.6% since 1979. The results by comparing observations with R-2 surface temperature data suggest that land use change accounts for 32.9% and 28.8% in regional annual and autumn minimum temperature increases since 1979. Accordingly, the influence of land use change on regional temperature increase in Southeast China is much more noticeable during the last 30 years. However, it indicates that UHI effect, overwhelmed by the warming change of background climate, does not play a significant role in regional warming over Southeast China during the last 50 years.     

中国城市群热岛效应时空演变及其影响因素分析

基于长期不透水面和MODIS地表温度数据,分析2000—2015年中国城市群扩张及热岛效应时空演变,进而综合采用冗余分析(RDA)、线性回归分析和变异分配分析(VPA)等方法,揭示城市群城市热岛效应的驱动机制。结果表明：城市群内建成区面积快速扩张,不透水面比例从2000年2.08%增长到2015年5.33%,且主要集中于珠江三角洲等沿海城市群;2000—2015年,夏季热岛分布较广,且白天强度高于夜晚。东部以及大部分北部城市群如哈长城市群等,降温强度较大,但其夜晚热岛效应在不同程度增强。冬季夜晚比白天热岛分布广、强度高,北方、西北、东部等地区夜晚热岛效应也在增强;自然环境因素显著影响城市群热岛强度,降水对夏季夜晚热岛强度起显著负贡献(22%),纬度越高,冬季夜晚热岛强度也越高。人为因素显著影响夜晚热岛分布和城市群内热岛强度的平衡,城市植被覆盖显著减少夜晚城市群内热岛分布,灯光强度对夏季夜晚热岛强度起显著负贡献(24%),对热岛比例起显著正贡献(27%),人口密度对夏季夜晚热岛强度起显著负贡献(31%);自然环境因素对热岛强度的贡献占主导,而人为干扰因素对热岛比例的贡献占主导。