城市化对京津冀地区近地面风速时空演变的影响研究

Previous studies have suggested a significant declining trend in near-surface wind speed in China during the last several decades. Most previous studies focused on identifying the roles of large-scale anthropogenic forcings (e.g., atmospheric greenhouse gases and aerosols) in the long-term change of near-surface wind speed, rarely conducted quantitative study for the impact of local factors (e.g., urbanization) on the spatial-temporal evolution of near-surface wind speed. However, along with the dramatic developments of China’s society and economy, urbanization has become a crucial factor changing regional climate. Estimating the impacts of urbanization on changing near-surface wind speed has important scientific and practical significances. This project will focus on Beijing-Tianjin-Hebei region, and use up-to-date station observations and objective method of station classification to quantify the effect of urbanization on the changes of near-surface wind speed over this region. Meanwhile, the project will conduct a set of regional climate simulations with different urbanization scenarios as observed in the past decades to further investigate the impact of urbanization on the spatial-temporal distribution of near-surface wind speed over this region and unravel relevant physical mechanism. The achievement of this project will help to reduce the uncertainty in the estimated change of near-surface wind speed, as well as promote the knowledge on the climatic impacts of urbanization.

已有研究表明，近几十年中国地区近地面风速呈现显著下降趋势，以往研究大都考虑温室气体、气溶胶等大尺度外强迫因子在近地面风速变化中的作用，很少定量研究局地因素（如城市化）对近地面风速时空演变的影响。然而，随着中国社会经济的迅猛发展，城市化已经成为影响区域气候不可忽视的因素。开展城市化对近地面风速时空演变影响的研究，具有重要的科学和现实意义。本项目将聚焦京津冀地区，基于最新的气候观测资料，通过客观动态的城乡站点对比分析，从定量研究的角度分析城市化对该地区近几十年近地面风速变化的影响；利用区域气候模式模拟不同城市化发展情景下近地面风速的时空格局，进一步研究城市化对该地区近地面风速变化的影响及其物理机理。本项目的开展将有利于减少近地面风速变化评估结果的不确定性，进一步提高城市化气候效应的科学认识。

京津冀城市群地区近地面风速在过去几十年呈现显著下降趋势，该变化对区域空气质量的改善和清洁能源的开发利用存在重要的影响。前人研究在探讨近地面风速变化的成因时，大多关注大尺度环流变化，而很少考虑诸如城市化等局地因素的影响。本项目基于最新的气候观测资料，通过动态的城乡站点对比，从定量研究的角度分析了城市化对该地区近地面风速变化的影响；利用区域气候模式模拟不同城市化发展情景下近地面风速的时空格局，进一步研究了城市化对该地区近地面风速变化的影响及其物理机理。基于观测资料分析发现，过去四十年京津冀地区区域平均近地面风速下降约1米/秒，其中城市和乡村站点的趋势差异占乡村站点平均近地面风速下降趋势的10%左右。然而，乡村站观测的风速变化趋势也受其周边植被变化的影响。基于WRF模式的公里级高分辨率模拟结果，发现城市化造成该区域过去四十年平均近地面风速下降0.37米/秒。其中，城市化造成的近地面风速下降最明显的季节是春季，最明显的日区间为上半夜。城市土地利用变化对近地面风速的减弱影响部分被人为热释放所抵消。此外，研究发现，城市化对近地面风速的影响与区域背景风向和风速大小存在显著的相关关系：当区域背景风向为东北或西北风时，城市化对近地面风速的影响最为显著。研究结果表明，局地城市化效应是过去几十年京津冀近地面风速下降的原因之一，但非主导原因。后续研究需要进一步关注京津冀地区植被生长及气象条件变化对近地面风速的影响。该项目研究完善了城市化区域气候效应的科学认识，对区域近地面风速变化的成因探讨具有重要的科学意义。