城市化使得城市地面观测资料存在系统性偏差,这是区域甚至全球气候变化监测、检测和归因研究不确定性的主要来源。由于气候要素数据集在气候变化分析中的广泛使用,有必要评估和剔除其中城市化导致的偏差,以深化了解区域及全球的背景气候变化及其可能原因。在区域尺度上,中国地面气温观测中的城市化影响已得到充分的了解,但降水和湿度同样作为基本地面气候要素,其观测记录中是否也存在明显的局地人为影响偏差,目前还不清楚。深入探讨这个问题,对于进一步认识当前地面气候观测资料的问题,理解城市气候变化特征以及现有基于地面观测数据的降水和大气湿度长期变化研究的不确定性,均具有重要意义。多数评估区域尺度上气候要素序列中城市影响偏差的研究都基于城市和参考站点观测序列的差异对比,而以往研究在只考虑站点周围城市用地和人口等城市化指标时存在不足。本研究提出了一种台站的城市化强度分类方法,以此为基础形成了中国参考地面观测网,建立了对应的地表气温、降水和相对湿度等关键要素的参考观测数据集。定量评估了城市化对近几十年中国国家地面观测网中总降水、极端降水、小雨和大气湿度的影响和贡献,并基于案例城市的高密度小时降水观测数据,探究了城市化（城市热岛效应）对城市夏季降水日内变化的影响。主要研究结论如下:1.提出了一种全新的台站城市化影响强度的分类方法,可用于地面气候观测资料序列的城市化影响研究。基于卫星可见光遥感土地利用分类中城市及其他建设用地数据,综合采用观测站点周围从微尺度到中尺度城镇类型土地覆盖面积的相对比例作为城市化指标,并根据该指标将中国国家地面观测网中两千多个站点划分为六类,每一类受到不同强度的城市化影响。根据多个遴选原则,最终形成了中国参考地面观测网（空间分别率:1.0°*1.0°和2.0°*2.0°）地表气温、降水和湿度数据集。2.定量揭示了近六十年城市化对中国国家地面观测网中极端降水变化的影响。1960-2018年城市化对年和夏季极端降水天数、降水量的长期变化趋势均造成了显著的正偏差;城市化对全国所有国家站的极端降水指数标准化距平序列变化趋势的影响为0.010/10yr,相对贡献率达到30%左右;城市化对中国南部极端降水指数变化造成的正偏差较明显,且对其变化的贡献在22-45%范围内。3.定量揭示了近六十年城市化对中国国家地面观测网中小雨降水变化的影响。1960-2018年城市化对小雨天数、降水量的长期变化趋势造成了显著的负偏差,尤其是痕量降水;城市化对全国所有国家站的年累计痕量降水天数标准化距平序列趋势的影响为-0.079/10yr,相对贡献率为27.2%;痕量降水的变化在整个中国东南部都经历了显著的城市化影响,特别是在中国中部和东部,其城市化贡献可达29.8%和23.2%。4.定量揭示了近六十年城市化对中国国家地面观测网中总降水变化的影响。1960-2018年城市化对年降水天数、降水量和降水强度的长期变化趋势造成了显著的影响;城市化对夏季降水变化的影响尤为明显,其对夏季累计降水天数、累计降水量、以及平均降水强度标准化距平序列长期变化趋势的影响分别为-0.007/10yr、0.004/10yr以及0.017/10yr,相对贡献分别为7.7%、12.4%和16.0%;城市化明显贡献了中国北部和中部夏季降水强度变化,分别可达32.0%和21.9%5.以武汉市为例,研究揭示了城市热岛效应对夏季总降水日内变化的明显影响。武汉郊区和城区降水日变化的峰值分别发生在0900和0400（北京时）,该差异在夏季强城市热岛强度的背景下更为明显;武汉夜间城市热岛强度存在正异常时,使得因地形差异引起的江汉平原夜间水汽通量辐合场,其中心集中在城区;夜间城市热岛效应增强了大气不稳定性,其与中尺度环流引起的平原水汽通量辐合相配合,是武汉城区后半夜降水事件发生和维持的主要原因。6.定量揭示了近六十年城市化对中国国家地面观测网中相对湿度变化的影响。1960-2015年城市化对全国所有国家站的年平均相对湿度距平序列趋势造成了显著的负偏差,城市化影响为-0.074%/10yr,城市化贡献率高达93.1%;城市化也引起饱和水汽压差显著上升,以及年、冬季和春季实际水汽压的显著上升;相对湿度/饱和水汽压差变化中的城市化影响负/正偏差在中国东部更为明显,但实际水汽压变化中的城市化影响正偏差主要出现在中国西部。