城市化对天气事件的影响

Question

城市化对天气事件(如:降雨、温度、UHI)影响的研究目前处于什么阶段?世界各地已经进行了大量观测和模拟研究，发现(在我的理解中)城市化导致了城市化地区强降雨频率和强度的增加，温度升高，热岛，边界层变化等，主要是由于陆地表面的变化。那么，这一研究领域存在哪些挑战和可能性呢?

Answer 1

我在大学期间研究了城市周围湿度变化的观测。这是一个有趣的领域，尽管考虑到令人难以置信的空间和时间可变性，描绘和解释变化似乎相当具有挑战性。所以这绝对是其中一个挑战。另一个是目前的观测密度，因为微网设置很少，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)，但至少有一些聪明的人在这个领域工作。从我的经验来看，我曾涉猎过这个话题，但对过去十年的研究并不完全熟悉，理论微尺度建模似乎是最有成效的研究方向。计算能力和模型不断提升，还有更好的实验空间。但是，要证明这些理想化的模拟与现实相符，以及将变化与理论/原因明确联系起来，仍然是非常困难的。

事实上，如果能够以某种方式建立起具有强大说服力的尖锐联系，那么就可以将工作导向重塑城市规划，以应对这些变化。

Answer 2

这是一个非常有趣的话题，因为气候和地表模型变得越来越强大，有了更高分辨率的数据，就有可能将城市地砖包括在模型中。

城市区域与自然区域最大的差异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，夜间容易升温，使周围环境变暖，产生热岛效应。

城市中心的高层建筑也在近地表大气上形成了一个城市边界层，这改变了风速，从而影响了蒸散和热扩散。因此，它还会捕获空气污染物，造成光化学烟雾。

城市地区的交通和工厂产生高浓度的气溶胶，氮氧化物，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水，因为它们是雨滴形成的吸湿核。

市区通常建有高效的排水系统，以避免洪水泛滥。但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地表模型中。其中一个模型是联合英国土地环境模拟器(JULES)。它有一块专门用于城市地区的地砖[杨，2014，报告]．可用于测试城市峡谷效应、热岛效应以及建筑绿化屋顶、空中花园等的影响。

关于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，这一研究领域存在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测、建模，并在很大程度上得到验证，那么科学方面剩下的工作就是提高预报的分辨率。

然而，考虑到这些新的因果关系，在政策方面正在开展严肃的工作，尽管这种努力的认真程度在很大程度上取决于国家:中国对北京造成的UHI后果的反应，与美国对亚特兰大的反应有很大不同。

再举一个例子，考虑一下巴黎和纽约热浪的基本死亡率数据是如何制成表格的。对于类似的事件，巴黎记录的与高温有关的死亡人数是数量级原因很简单，根据纽约市的记录，无论天气如何，纽约市的老年人都死于“自然原因”。相比之下，在巴黎，如果死亡人数激增与天气事件同时发生，那么天气事件就要承担责任。