城市化对天气事件的影响

Question

城市化对天气事件(例如:降雨、温度、热岛热岛)影响的研究目前处于什么阶段?世界各地已经进行了大量的观测和模拟研究，发现(在我的理解中)城市化导致城市化地区强降雨的频率和强度增加，温度升高，热岛，边界层变化等，主要是由于陆地表面变化。那么，在这个特定的研究领域有哪些挑战和可能性呢?

Answer 1

我的本科毕业论文是关于观测城市周围湿度变化的。这是一个有趣的领域，尽管在令人难以置信的空间和时间变化的情况下，描绘和解释变化似乎相当具有挑战性。所以这绝对是挑战之一。另一个是目前的观测密度，因为很少有微卫星设置和卫星分辨率可能无助于诊断小时间/距离尺度上的变化。

但是，虽然它肯定不像气候模型本身那样受到关注(或资金)，但至少有一些敏锐的人在这个领域工作。从我的经验来看，特别是在过去的十年里，我对这个话题有所涉猎，但对研究并不熟悉，似乎理论微观尺度建模可能是最有成果的研究方向。计算能力和模型不断提升，实验的空间也大得多。但是，仍然很难证明这些理想化的模拟与现实相匹配，并且影响将变化明确地与理论/原因联系起来。

事实上，如果能以某种方式建立起令人信服的鲜明联系，那么工作就可以直接转向重塑城市规划，以应对这些变化。

Answer 2

这是一个非常有趣的话题，因为气候和陆地表面模型变得越来越强大，有了更高分辨率的数据，有可能在模型中包括城市地砖。

城市区域与自然区域差异最大的是地表反照率和热容。深色表面的建筑物和道路反照率较低，吸收更多的阳光和热量。建筑材料特别是混凝土的比热容比天然植被低，在夜间容易升温，使周围环境变暖，形成热岛效应。

城市中心的高层建筑也在近地面大气上形成了城市边界层，这改变了风速，从而影响了蒸散发和热扩散。因此，它也捕获空气污染物，造成光化学烟雾。

城市交通和工厂产生高浓度的气溶胶、NOx、CH4，并通过二次污染产生臭氧。对流层的臭氧气体对生物是极其危险的，它可以引发哮喘，减少植物的光合作用。灰尘和PM2.5颗粒也可能导致更高的降雨量，因为它们是雨滴形成的吸湿核。

市区通常建有有效的排水系统，以避免洪水泛滥。然而，这减少了降雨事件的蒸发和蒸腾作用，导致相对湿度降低。

城市区域的这些特性被纳入到陆面模型中。其中一个模型是联合英国陆地环境模拟器(JULES)。它有一块专门用于城市地区的土地[Young, 2014，演讲]．它可以用来测试城市峡谷效应、热岛效应以及建筑绿色屋顶和空中花园等的影响。

关于该模型的更多细节可以在这里找到:http://jules.jchmr.org/content/about#overview

Answer 3

那么，在这个特定的研究领域有哪些挑战和可能性呢?

既然城市对区域天气的影响可以被观察、建模，并在很大程度上得到验证，那么在科学方面剩下的就是提高预报分辨率了。

然而，考虑到这些新的因果关系，政策方面正在进行认真的工作，尽管这项工作的认真程度在很大程度上取决于国家:中国对北京建立其全民健康保险的后果的反应与美国对亚特兰大的反应大不相同。

再举一个例子，考虑一下热浪的基本死亡率数据是如何为巴黎和纽约制作表格的。在类似的事件中，巴黎记录了与高温有关的死亡人数数量级比纽约高，原因很简单，根据纽约市的记录，在纽约，老人死于“自然原因”，与天气无关。相比之下，在巴黎，如果死亡人数激增与天气事件同时发生，天气事件就会被追究责任。