不同气候带城市化效应的差异和城市扩展对区域气候的影响

【摘要】本文利用观测数据并结合数值模式的模拟结果,对中国东部不同气候带的城市化效应的差异以及长三角城市范围扩展对区域气候影响的问题进行了深入的研究,具体内容包括以下三个部分：(1)利用MODIS土地利用／覆盖类型数据将京津冀、长三角和珠三角地区的台站定量划分成城市和农村两种类型。三个地区的地表气温、地表风速和日照时间等气象要素均有显著的差异。利用UMR(urbanminusrural,城市减去农村)方法对京津冀、长三角和珠三角近30年(1980-2009年)的城市热岛效应、城市化增温率以及城市化对地表增暖的贡献等方面进行分析后发现,珠三角的城市热岛效应最强,长三角最弱；而长三角的城市化增温率是最大的,京津冀最小。由于背景气温变化趋势的不同,珠三角城市化对地表增暖的贡献最大,而京津冀最小。从四季对比来看,春季长三角的城市化增温率最大,珠三角最小；夏季仍然是长三角的城市化增温率最大,而京津冀最小；在秋季和冬季,则是珠三角的城市化增温率最大,京津冀最小。另一方面,春季长三角的城市化对地表增暖的贡献最大,珠三角最小；在夏季和秋季,珠三角的城市化对地表增暖的贡献远大于京津冀和长三角；冬季仍然是珠三角的城市化对地表增暖的贡献最大,而京津冀最小。进一步分析发现,不同地区城市化对地表增暖的影响主要是通过对夜间气温的影响来表现的,而白天的城市化增温率及对地表增暖的贡献可能受到其他因素的影响而表现出不同的特征。此外,数值模式的结果从另一个角度证明了不同地区的城市化效应存在差异性。(2)通过对城市范围扩展前后的两组WRF模拟结果分析后发现,长三角城市范围扩展导致长三角的东部地表能量收入的增加和地表气温的升高幅度最大,而长三角的西部和西南部的地表能量收支和地表气温的变化很小。城市范围扩展还导致长三角的北部、东部和中部出现高温天气的频数增加最多。城市范围扩展对地表气温和气温垂直廓线的影响具有明显的日变化特征。此外,城市范围扩展所引起的地表增温导致120.5°E以西的区域产生西风异常,削弱了当地的盛行东风,而120.5°E以东地区则产生东风异常,进一步加强了当地的盛行东风,并且在太湖东畔形成辐合带。由于城市范围扩展改变了原来的自然植被导致近地层大气的湿度减小,进而导致降水的变化,其中长三角中部的夏季降水减少的幅度最大,其次长三角东部、南部和东南部夏季降水减少的幅度也较大,而长三角的西南部夏季降水减少的幅度则较小。(3)近年长三角城市扩展现象显著,而中国东部梅雨期降水也出现了年代际北移现象,因此有必要研究二者之间是否存在关联。通过MODIS土地分类数据和夜间灯光图像获得长三角2001年和2010年的城市范围,分别作为WRF模式的土地类型对东亚10个夏季(2001-2010年)的气候进行模拟。结果显示,城市扩展使淮河(长江)流域的梅雨期降水增加(减少)的幅度为0.2-1.2mmd-1,并且所导致的降水变化的时空分布特征与观测梅雨期降水EOF分解的第三模态一致。进一步分析表明,城市扩展导致中国东部地表能量平衡变化以及对流层(平流层)的升温(降温),进而引起淮河(长江)流域对流层大气的向上(向下)运动异常和水汽辐合(辐散),最终导致淮河(长江)流域梅雨期降水增加(减少)。
【作者】马新野；
【导师】张耀存；
【作者基本信息】南京大学，气象学，2014，博士
【关键词】城市化；气候效应；空间差异；城市范围扩展；梅雨；

【参考文献】
[1]李怡霖.民族地区义务教育师资队伍建设政策的有效性研究[D].西南大学,教育经济与管理,2014,硕士.
[2]赵建勇,卢慧芬,潘再平.“电气装备控制”创新性实验平台构建[J].实验技术与管理,2014,05:80-83.
[3]宋锦海,宣筱青,朱开阳,叶振风,李雪明,罗剑波.基于IEC61850的安全稳定控制装置方案设计[J].电力系统自动化,2010,12:72-75+80.
[4]邸浩.应用功的互等法研究矩形截面夹层梁的稳定性问题[D].燕山大学,结构工程,2014,硕士.
[5]高为炳.关于非线性大系统的集结方程与稳定性[J].自动化学报,1984,02:113-120.
[6]董秀芬.中央企业社会责任研究[D].山西财经大学,马克思主义基本原理,2013,硕士.
[7]吕丰正.碱金属或碱土金属铋基光催化剂结构与物性的第一性原理研究[D].桂林电子科技大学,微电子学与固体电子学,2014,硕士.
[8]郑磊.哈密地区货运枢纽布局与规划研究[D].长安大学,交通运输工程（专业学位）,2013,硕士.
[9]张永利.液压集成块智能优化设计系统——模型数据库与系统集成[D].大连理工大学,机械电子工程,2004,硕士.
[10]张辅云.Turbo编码技术及其在移动通信中的应用研究[D].西安电子科技大学,通信与信息系统,2004,硕士.
[11]韩国栓.概念代数及其在本体合并中的应用[D].大连海事大学,计算机科学与技术,2013,硕士.
[12]高硕.重型载货车驾驶室悬置系统动力学仿真分析[D].长安大学,车辆工程,2014,硕士.
[13]华恬静.低碳经济下M轮胎公司逆向物流处理中心运作模式研究[D].东华大学,物流工程（专业学位）,2014,硕士.
[14]张磊.随机波动率模型参数估计：贝叶斯和极大似然方法[D].清华大学,应用统计（专业学位）,2013,硕士.
[15]任明明.基于频域分解的短期负荷预测研究[D].新疆大学,电力系统及其自动化,2013,硕士.
[16]宋宝玲,廖森,袁爱群.纳米磷酸锌颜料的合成及其数据挖掘技术[J].涂料工业,2005,02:34-36+63.
[17]张威.双丝窄间隙GMAW熔滴过渡及立焊工艺研究[D].哈尔滨工业大学,材料加工工程,2013,硕士.
[18]范丽龙,杨杨,朱伯荣,曾洪波,倪彤元,马成畅.泡沫混凝土凝结时间的实验研究[J].新型建筑材料,2012,07:46-48.
[19]赵景明.中小企业决策的信息保障研究[D].中国科学院研究生院（文献情报中心）,2002.
[20]林湔.图像分割质量的协同评价框架设计与实现[D].西南交通大学,计算机应用技术,2014,硕士.
[21]兰淙淙.河南省对非洲农业机械出口研究[D].河南科技大学,区域经济学,2014,硕士.
[22]王代光.普通高中语文新课程选修课程模块实践研究[D].西南大学,课程与教学论,2014,硕士.
[23]纪海涛.基于网络的二级泵房水泵优化选型软件的研究[D].安徽建筑工业学院,市政工程,2012,硕士.
[24]李晋.谢国桢史学研究[D].扬州大学,史学理论及史学史,2011,硕士.
[25]陈泽华.陕西农村广播的民俗文化传播研究[D].西北大学,新闻学,2013,硕士.
[26]张艳丽.我国网上银行顾客感知服务质量提升研究[D].兰州商学院,企业管理,2013,硕士.
[27]叶立周.权利的逻辑构成[D].吉林大学,法学理论,2004,硕士.
[28]任艷慧.福泽谕吉儒学思想论[D].山西师范大学,外国语言学及应用语言学,2014,硕士.
[29]尹卫刚,姜薇,刘桓,徐秀.基于数据仓库的煤矿物资管理系统的设计与实现[J].计算机工程与设计,2005,01:200-201+215.
[30]孙志明.基于实验经济学的电力市场竞价模式及报价策略研究[D].浙江大学,电力系统及其自动化,2004,硕士.
[31]叶圣展.科技文献句法结构翻译策略[D].黑龙江大学,翻译,2013,硕士.
[32]曾祥辉.面向对象的电力系统图形软件的研究与开发[D].华北电力大学（河北）,电力系统及其自动化,2004,硕士.
[33]杨少兵,吴命利.基于实测数据的高速动车组谐波分布特性与概率模型研究[J].铁道学报,2010,03:33-38.
[34]赵文杰.某客车车架的动态特性分析及匹配研究[D].合肥工业大学,车辆工程,2013,硕士.
[35]付兰芳,孙鹤旭,王华君,刘斌,潘雷.基于永磁双转子电机调速的新型风力发电系统设计[J].电力系统自动化,2014,15:25-29.
[36]王雪芬,贺敏.浙江省野生水生植物资源及其园林应用初探[J].广东园林,2014,02:59-64.
[37]盛皓.医疗损害赔偿法律问题初探[D].苏州大学,法律,2003,硕士.
[38]本报记者张晓峰任小雨.大力发展新兴产业三主线掘金受益龙头股[N].证券日报,2013-12-19D02.
[39]王超.受限路网中移动对象双层索引结构研究[D].西南交通大学,计算机应用技术,2013,硕士.
[40]王瑶.我国煤炭产业市场结构优化研究[D].北京交通大学,2006.
[41]范立衡.基于键值存储引擎的元数据管理集群副本一致性的研究[D].杭州电子科技大学,计算机应用技术,2014,硕士.
[42]徐亚运.健身气功五禽戏竞赛功法鹿奔动作的运动生物力学分析[D].北京体育大学,民族传统体育,2013,硕士.
[43]王博.光栅式自由立体显示系统多视点图像生成与图像分离度检测技术研究[D].吉林大学,信号与信息处理,2014,硕士.
[44]赵焕新,于洪涛,全燮.石墨烯包覆的氧化亚铜高活性光电催化薄膜电极的制备及表征[A].中国化学会.中国化学会第27届学术年会第02分会场摘要集[C].中国化学会:,2010:1.
[45]肖裕平.燃料电池低铂催化剂研究[D].重庆大学,2013.
[46]张天煜,冯华君,徐之海,李奇,陈跃庭.基于强边缘宽度直方图的图像清晰度指标[J].浙江大学学报(工学版),2014,02:312-320.
[47]李少亮.风险投资对中国经济增长的影响研究[D].山东财经大学,金融学,2013,硕士.
[48]马宏伟,张光卫,李鹏.协同过滤推荐算法综述[J].小型微型计算机系统,2009,07:1282-1288.
[49]王丹.最低工资的收入分配效应[D].吉林大学,数量经济学,2013,硕士.
[50]王正.渤海近岸浑浊水体GOCI影像神经网络大气校正研究[D].华中师范大学,地图学与地理信息系统,2013,硕士.