中国区域城市化气候效应模拟研究

中国近几十年城市化迅猛发展，这些不同规模等级广泛分布的城市群会在城市区域甚至更大范围的空间尺度上对区域气候产生影响。因此，对城市化引起的气候环境效应进行模拟研究，不仅具有理论意义，而且对城市气象灾害防御、区域气候预测、城市环境保护和城市规划等具有应用价值。我们利用耦合了城市冠层模块UCM的区域气候模式WRFv3，开展了中国区域城市化气候效应的一系列模拟研究，分析了城市下垫面改变与人类使用能源所产生的人为热释放在城市热岛增温中的相对贡献，以及城市化对地表能量平衡的影响等。在模拟研究中，模式所用的空间分辨率为30公里，由于这样的分辨率对中国大部分中小城市难以区分，因此，模拟试验采用了半虚拟化设计，即将城市类型所占比例较小的网格根据一定的阈值条件作为城市网格对待，这样在一定程度上可能夸大某些区域的城市化效应，但我们能够以此分析研究下垫面改变与人为热释放的相对增温以及大规模城市化对东亚季风的可能影响。

1. 人为热释放（AHR）的参数化

WRF/UCM中只能对三种城市类型（工业/商业区、高密度居住区和低密度居住区）中的每一种赋予单一的AHR值。基于中国城市能源消费数据，并通过改进模式，我们将具有季节变化的网格化AHR参数化方案引入到了模式之中（图1）。

图1 人为热释放的空间分布（左）和不同纬度的季节变化（右）