基于卫星降水资料同化及WRF模式的极端降水对上海土地利用变化的响应研究

With the rapid growth of urbanization, urban landuse changes affect surface roughness and the extent of urban heat island effect to change inherent water cycle process, and even create the condition for the formation of extreme precipitation, which causes the urban flood and threatens the lives and property of people seriously; therefore, it is of significance in the study on extreme precipitation responding to landuse change. Different from traditional precipitation observation data analysis and numerical model, this project analyzes the uncertainties of this methods based on satellite-based precipitation estimates products assimilation and WRF model, and achieves the advantages of the two methods; this project regards Shanghai city as study area and takes the comparison of extreme precipitation frequencies in urban and rural areas with the simulated data to indicate the impact of different landuse types and variation on the extreme precipitation and provide a scientific basis for urban disaster assessment and warning. Our study opens the data quality assessment method and application scope for accurate simulation of the extreme precipitation and provides a relatively new idea for realizing the impact of urban surface changes from urbanization on the local climate, and a reasonable urban planning theory and practice.

随着城市化高速发展，土地利用变化影响到城市下垫面的粗糙度及城市热岛效应的程度，从而改变了城市固有的水循环过程，为降水甚至是极端降水的形成创造了条件，由极端降水引起的城市洪涝灾害严重威胁到人们的生命财产安全；因此，研究极端降水对城市土地利用变化的响应问题具有重要的意义。区别于传统的降水观测数据分析与数值模式模拟的研究方法，通过采用WRF模式与卫星降水资料同化分析理论，分析了两种方法存在的不确定性，达到观测数据分析与数值模式模拟两种方法兼顾的优势；选取上海作为研究区域，通过模拟得到的极端降水数据，比较市区与郊区极端降水发生的频率，揭示不同土地利用类型及时空变化对极端降水产生的影响规律，为政府进行城市灾害评估与预警提供科学依据。本研究为城市极端降水的精确模拟，开拓了数据质量评估手段和应用范围，对理解城市化中下垫面改变对局地气候的影响提供了一种较新的思路，同时为城市合理规划提供理论和实践上的支持。

随着快速城市化进程，由人为因素造成的城市热岛效应以及土地利用变化造成的城市下垫面粗糙度等因素，改变了城市固有的水循环过程，为降水甚至极端降水的形成创造了条件，由极端降水引发的城市洪涝灾害严重威胁到人们的生命财产安全。本项目主要采用观测数据与数值模式相结合的方法，立足于极端降水对城市土地利用变化的响应问题，选取上海作为研究区域，比较分析了市区与郊区极端降水发生的趋势与频率，揭示了不同土地利用类型及时空变化对极端降水产生的影响规律。通过本项目的研究，主要进展有：综合评估了多源卫星降水产品在上海地区的精度，提出了基于粗分辨率台站观测与概率密度分布函数进行多源数据融合的思路，提高了原有卫星降水产品的精度；比较分析了不同土地利用类型中长序列降水的变化情况，模拟了城镇地区在极端降雨的空间演变规律。先后发表相关论文5篇，出版专著1部，作相关学术报告3次，培养研究生3名。本研究为城市极端降水的精确模拟，开拓了数据质量评估手段和应用范围，对理解城市化中下垫面改变对局地气候的影响提供了一种较新的思路，同时为城市合理规划提供理论和实践上的支持。