典型城镇化对区域地表能量平衡的影响及机理研究

The variety of underlying surface caused by urbanization could change the surface water and heat exchange process, and then have a significant impact for local and regional climate. Since the reform and opening-up, China had experienced rapid urbanization, the built-up land expanded at an accelerated rate; it was distributed particularly in the east and spread to central and western China. The process of urbanization of different development stage and climate conditions had different manifestation in trend, rate and extent and formed urban agglomerations which had different degree of development and land use pattern. To reveal the impact mechanism of urbanization for surface energy balance and regional climate change, the Beijing-Tianjin-Hebei, Yangtze River Delta and Pearl River Delta urban agglomerations are selected as the typical study regions in this research. Remote sensing inversion, model analysis, ground-based observations, and GIS spatial analysis will be used to estimate the surface radiation budget and energy balance between the different landscape pattern and climate conditions over the past 20 years. The spatial and temporal comparative study will be carried out, urban heat island and other effects will be investigated. The results not only reveal the spatial and temporal driving mechanism of urbanization for surface energy balance, and evaluate the contribution of anthropogenic activities for regional climate change, but also provide a scientific basis of urbanization development planning and regional ecosystem optimized layout.

城镇化引起的下垫面变化通过改变陆-气表面水热交换过程，进而对局地和区域气候产生显著影响。改革开放以来，我国经历了快速城镇化，呈现“扩展提速，东部为中心，向中西部蔓延”特征，不同时期和不同气候条件下的城镇化进程在趋势、速率、程度上表现各不相同，形成了不同发展程度和土地利用格局的城市群。为了揭示城镇化对地表能量平衡及区域气候的影响机理，本研究选择我国东部相似发展程度、不同气候带的京津冀、长三角和珠三角城市群作为典型研究区，综合利用遥感反演、模型分析、地面观测和GIS空间分析等方法，定量估算过去20年不同区域、不同景观格局以及不同气候条件下典型城市群的地表辐射收支与能量平衡，开展时空对比研究，探讨城镇化进程中城市热岛等气候效应。研究结果不仅能够揭示城镇化对地表能量平衡的时空驱动机理，评估人类活动对区域气候变化的影响，而且可为未来城镇化发展规划，城市群生态系统优化布局提供科学依据。

本项目以城镇化通过改变地表生物物理参数，进而对地表能量平衡产生影响为研究主线，选择我国典型城镇化区域，包括京津冀、长三角和珠三角三个城市群，在收集、整理与整合现有研究资源和成果的基础上，采用遥感反演、地表辐射收支与能量平衡定量计算，以及时空耦合分析方法，开展城镇化过程对地表能量平衡影响的机理分析，并且定量评估城镇化过程对区域的热贡献。.本项目主要研究内容包括土地利用数据的收集与城镇不透水面信息的提取研究，地表反照率、比辐射率和地表温度等影响辐射收支的关键参数获取与综合分析，不同气候区域、不同城市群的地表能量平衡定量估算，以及机理分析、原因分析。研究结果表明，城镇化过程中地表反照率降低引起的短波净辐射增加，会产生区域上的增温效应，而比辐射率降低引起的长波净辐射减少，在一些城镇化区域中由于减少程度低于潜热通量减少程度，也会产生区域上的增温效应。通过设置不同缓冲区，类比城镇化的不同阶段开展的分析表明，受太阳辐射影响，夏季白天的热岛效应要比夜间明显，不同级别的城市在不同季节和时间的热岛强度与表现也存在差异，要根据城市所处气候背景区域，以及城市发展阶段不同对各类城市的热岛开展进一步深入分析。本研究的科学意义在于完善和深化对气候变化成因的科学认识，为国家城镇化宏观调控、制定应对气候变化和生态保护相关策略提供科学依据。