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检测全球和区域尺度的气候变化及其可能的因为是过去几十年来研究的热点问题之一,全球增温作为气候变化的一个重要表现,长期以来都受到科学界的广泛关注。气候变化的研究在很大程度上依赖于气象观测数据,但由于观测仪器更替,观测站点搬迁,观测时间改变等种种因素,气象观测资料存在着不同程度上的不均一性。同时,气象观测资料还在不同程度上受到人类活动的影响。这些资料能否反映宏观背景下气候的变化,一直被广泛讨论。城市化作为人类活动改造自然环境的主要方式之一,使下垫面发生改变,进而改变了水文、生态等过程及局地气候,形成城市热岛效应等,使气温观测记录受到影响。在中国,其增温速率较全球偏高,城市化的影响可能是一个重要因为,量化并剔除城市化效应对中国气温观测记录的影响具有重要意义。
论文在描述中国城市化过程并以案例说明了中国城市化对气温影响的状况得此基础上,利用DMSP-OLS夜间灯光遥感数据和气象观测数据,建立了一套定量估算城市化对气温影响的模型。利用该模型估算了1992~2002年中国区域气温受城市化影响的情况并分析了其时空规律,最后试探性分析了城市化增温效应对植被物候的影响。论文主要结论有以下几点:
(1)建国以来,中国的城市化程度不断增长,近二十多年十一个快速城市化阶段。以北京地区为例,实地调查表明,城市化发展使北京地区许多气象观测站点经历了被动进城的过程,气温观测记录受到城市化影响,1978~2005年北京地区国家基本站和基准站的城市化增温贡献率高达近60%。
(2)建立的单点气温概念模型和站点对气温差异模型能够排除未知因素,定量估算城市化对气温的影响。基于DMSP-OLS夜间灯光数据构建的城市化指数能较好地反映区域城市化程度。城市化指数与城市化增温的函数关系能较好地反映以往观测所得的城市热岛规律。对气温模型的验证也表明该模型具有较好的适用性。
(3)1992~2002年中国651个站点年平均气温、年平均最高气温和年平均最低气温的城市化增温的平均变化速率分别为0.12℃/10年、0.05℃/10年和0.17℃/10年。对中国站点尺度及空间尺度的城市化增温效应的分析表明,两种尺度呈现出一致的规律。中国胡焕庸线以东大部分地区的气温均受到不同程度的城市化影响。从城市化增温的绝对值来看,华北平原、长江三角洲和珠江三角洲区域因为经济发达、城市化发展程度相对较高,是城市化增温的高值区域,其次是省会城市的周边区域。从城市化增温的变化趋势来看,1992~2002年这段时间内,中国大部分区域呈上升趋势,上升幅度较大的区域为中国西部城市化发展水平相对较低的地方。因为是由于这些区域的许多地方以往不受城市化影响,后期受到城市化影响,使城市化增温迅速上升。
(4)利用模型估算的城市化增温与利用遥感数据提取的植被物候期的相关分析表明,春季平均气温的城市化增温越高,植被返青期越早,秋季城市化增温越高,植被休眠期越晚。