基于遥感和WRF模式的沿海开发对区域气候影响的模拟与分析

Coastal regions are strongly disturbed by varieties of human activities in which the land and sea development coexist, and have already been ecological environment fragile zone that sensitive to the global climate change. There was lack of assessment and forecast research on the effect of coastal development on regional climate. This project intends to select the Bohai Rim as study area and study the temporal and spatial characteristics and trends for coastal ecological environment change by examining the impact of human activities such as urbanization and coastal reclamation on regional land use/land cover and wetland patterns, as well as on surface bio-physic parameters like vegetation coverage, surface albedo and temperature. Moreover, this project will utilize the new generation of high-resolution mesoscale weather research and forecast (WRF) model, to simulate and quantitatively analyze the impacts of varieties of coastal land dynamics on regional climatic factors like temperate, precipitation, land-sea breeze, etc， and compare the intensity of these impacts. Additionally, to predict the effect of coastal development on regional climate factors for the future scenarios，and to reveal the reasons and mechanism for the influences of terrestrial and marine activities on coastal climate change. The carry out of this project will support important scientific theories and rational suggestions for coastal land use planning, socio-ecological sustainable development, and marine disasters warning.

滨海地区受人类活动影响强烈，陆域和海域开发并存，是全球变化的生态环境脆弱带，目前缺乏各种开发活动对滨海气候影响的评估与预测研究。项目选择渤海湾沿岸为研究区，基于遥感、气象和实地调查等资料分析城市化、人工填海等人类活动对滨海土地利用/土地覆盖和湿地分布，以及植被覆盖度、地表反照率和地表温度等生物物理参量的影响，研究人类活动影响滨海生态环境的时空规律及变化趋势，基于中小尺度天气研究预报模式WRF(the Weather Research and Forecast Model)，定量分析各种下垫面变化对滨海地区温度、降水、海陆风等气候因子产生的影响，比较各种开发活动对气候因子影响的强烈程度。针对未来沿海开发情景的区域气候因子影响进行数值预测，揭示陆域和海域开发活动影响滨海地区气候的原因与机理。本项目的实施可为滨海地区土地利用规划与社会-经济-生态的可持续发展、海洋灾害预警等提供重要科学理论依据。

滨海地区受人类活动影响强烈，陆域和海域开发并存，目前缺乏沿海开发对滨海气候影响的评估。项目选择渤海湾沿岸为研究区，重点开展了京津冀地区土地利用和生态环境要素时空特征分析、沿海开发对区域气候影响的WRF模式模拟与分析、人类活动影响区域气候适宜性评价等三方面的研究内容。京津冀地区各个时期土地利用变化以城乡工矿居民用地增加和耕地减少为主。气象统计表明1990—2010年京津冀地区温度整体上升，降水量不显著减少。基于MYD11A2数据的地表温度变化研究表明，京津冀地区2003—2015年平均地表温度以不显著增温为主，夏季地表温度上升较快，不同土地利用变化类型影响地表温度的差异显著，但空间影响范围限于局部。同期植被指数和叶面积指数变化均以不显著升高为主，有将近6成的植被生长状况趋好，城镇用地周边植被生长明显变差。基于区域土地利用和耦合单层城市冠层模块的WRF\UCM气候模式模拟结果表明，在不考虑人为热排放的情况下，不同土地利用变化方式影响区域气候差异明显。城镇用地扩展引起夏季和冬季白天温度升高，沿城镇用地扩展范围一个增温带，夏季夜间增温效应不明显，冬季夜间城镇用地扩展的降温效应强烈，影响范围较大。城镇用地扩展能增大地表粗糙度，引起局地近地面风速减弱；由于冷空气下沉，冬季建成区周边的相对湿度明显增强。港口建设在夏季白天有较强的增温效应，当冬季海面结冰时，对于海面温度具有较强的辐射增强作用，当周围为海水时，表现为降温作用；同时，港口建设能引起近地面风速减弱，对局部相对湿度均有较强减弱效应。当由养殖坑塘或盐场建设引起海岸线变化时，不会引起局地气象要素的变化。陆地湿地面积增加，白天有较强降温效应，夜间有较强的增温效应；近海地区，湿地面积增加引起局地冬季风速增强，夏季相对湿度也增强明显。区域气候舒适度由当地的地形和气候背景决定，土地变化不足以对区域气候舒适度产生影响。研究结论对优化区域土地利用结构和合理布局沿海工程，改善局地气候具有重要参考意义。