匡文慧等在GIScience & Remote Sensing公布城乡一体化对

北京幸运28开奖官网 1

该研究成果发表在《GIScience & Remote Sensing》期刊。

北京幸运28开奖官网 2

北京幸运28开奖官网 3

从1984年、1994年、2004年到2014年北京超大城市地表辐射遥感监测表明,地表净辐射总体上呈现下降的趋势,从1984年489.10 W· m?2 下降到2014年的401.06 W· m?2 ;从城市建成区到远郊区地表净辐射通量呈现显著的上升趋势。

城市化效应的一个常用分析方法是“观测减再分析”。该方法的基本思路是:经过气候模式计算的再分析资料代表大尺度气候变化,不包括局地土地利用变化的影响;因而用实地气温观测减去再分析的气温序列即可推算城市化的贡献。然而,由于再分析资料中气温序列的多年代际变率相对于实测MDV存在系统性偏差,该方法在应用中通常会高估城市化效应(Wang et al 2013b),因为相反的结果往往被忽视了。

(国际地球系统科学研究所 科学技术处)

该方法作为核心成果荣获环境保护科技二等奖、国家测绘科技技术进步二等奖。该成果得到北京市自然科学基金重点项目和国家自然科学基金面上项目的支持。

图3 基于EEMD方法得到的CRUTEM4数据集和20世纪再分析资料中北半球陆表年平均气温序列,及其长期趋势和多年代际变率。可见不同年代际时期计算的OMR趋势可以是相反的。引自Wang et al 。

所涉及的4篇论文详细信息:

基于Landsat TM和 Landsat 8 OLI/TIRS 遥感影像定量反演地表下行短波、上行短波和下行长波、上行长波及净辐射,将高精度的城市建筑、道路、广场等不透水地表和绿地、水域等组分信息嵌入定量模型,并通过不同下垫面类型辐射通量信息的参数本地化,可以显著模型在局地定量反演的精度,校正后的净辐射通量的差值控制在0~± 40 W· m?2,均方差误差小于32.71 W· m?2。

图1 北京地区1992、2000和2008年夜晚灯光值空间分布;北京地区20个气象站的地理位置以及该地区1978-2008年平均气温的空间分布。绿色星号、方块、实心点和三角形分别代表城市、近郊、乡村和山地站点。引自Wang et al 。

城市热环境/热岛作为全球环境问题日益凸显的典型现象之一,对城市居民健康与能源消耗等均产生了深远影响。科学地认知城市地表热环境空间格局与时间演变规律是解决城市热环境问题的基石。卫星热红外遥感技术弥补了传统站点观测的不足,在年际、季节与日夜等时间尺度为城市地表热环境/热岛的空间大尺度精细化监测提供了重要技术支撑。然而,受到卫星遥感观测时空分辨率的制约,在另一个重要时间尺度—日内逐时尺度上,城市地表热岛的演变特征仍不明朗。尽管已有少数研究尝试利用遥感影像时空融合方法初步探索了极少数特大城市地表热岛的日内逐时变化特征,但由于受到地表热辐射方向性观测等多种因素的影响,这类方法难以推广至大尺度范围内的众多城市或城市群。因此,目前在大空间尺度内不同气候区内城市地表热岛日内逐时变化典型模态尚不清楚。

城市下垫面精细化的表征与遥感探测是新时代美丽中国建设城市人居环境质量改善和生态系统服务功能提升关注的重要前沿内容,针对中国超大城市复杂地表特征,城市化对辐射能量收支和生物地球物理过程影响的遥感模型的参数化、校正和验证面临一系列的挑战。

图2 采用三个温度指标(年平均气温,年寒冷天数和年炎热天数)进行聚类分析结果的三维散点图,可清晰地区分出不同类型的气候站点。引自Wang et al 。

图2. 所鉴别的城市地表热岛日内逐时变化的五种典型模态及对应的城乡温度日变化,其中a至e分别对应于“标准勺状”、“弱勺状”、“准勺状”、“反勺状”和“平直状”模态。

通过收集北京市7个辐射和热通量观测站点数据,城市建筑和绿地辐射四分量和涡度相关、地表温度等参数遥感地面同步观测试验和高精度城市下垫面不透水地表和绿地等组分信息基础上,对北京城市地表短波辐射和反照率、长波辐射和净辐射进行校正和验证。取得如下结论:

参考文献:

图1. 九个四参数地表温度日内循环模型逐时精度比较结果,其中总体精度最佳的模型为GOT09-dT-τ。

论文链接

北京幸运28开奖官网 4

针对这一问题,地理信息科学学科的研究人员在前人研究基础上,综合比较了九个适用于极轨卫星热红外遥感观测的四参数地表温度日内循环模型,并提出了最优的参数化策略,从而为中高空间分辨率尺度地表温度日内变化的精细建模奠定了基础(Hong et al., 2018, 亦见图1)。在最优四参数地表温度日内循环模型的支持下,进一步以我国300余个主要大城市为研究对象,率先在大尺度上对城市地表热环境日内逐时变化的典型模态进行了鉴别与分类。研究发现,与城市冠层热岛显著不同的是,城市地表热岛的逐时变化模态更为多样,其形态主要有五种:即“标准勺状”、“弱勺状”、“准勺状”、“反勺状”和“平直状”模态(Lai et al., 2018a, 亦见图2)。通过分析这五种典型模态在不同气候区中的变化规律,揭示了城乡植被覆盖差异等因素对地表热岛日变化模态的内在影响机制,深化了对城市地表热岛多时间尺度演变规律的认识。

Wenhui Kuang, Ailin Liu, Yinyin Dou, et al. Examining the impacts of urbanization on surface radiation using Landsat imagery, GIScience & Remote Sensing, 2018. DOI: 10.1080/15481603.2018.1508931.

城市化是人类活动影响地球系统最典型的例子之一,其影响因素主要包括城市土地利用、人为热释放以及人为气溶胶排放等。城市化影响局地气温观测序列,其效果易与温室气体增加引起的近地面增温相混淆,因而成为气候变化检测和归因领域关注的问题之一。

Lai, J., Zhan, W., Huang, F., Voogt, J., Bechtel, B., Allen, M., Peng, S., Hong, F., Liu, Y., Du, P., 2018a. Identification of typical diurnal patterns for clear-sky climatology of surface urban heat islands. Remote Sensing of Environment, 217, 203-220. doi:

模型参数化过程中,大气透过率和地表反照率参数的改进是关键步骤,由于超大城市地区高密度的气溶胶和水汽含量会降低大气透过率而且轻质和高反射的建筑材质增加地表反照率,会导致城市净辐射减小,一定程度会对局地气候产生冷效应。

图4 基于WRF-UCM区域气候模式在3.3km空间分辨率下模拟得到的我国三大城市群(a:珠三角;b:长三角;c:京津冀)城市增温空间分布。引自Wang et al 。

Jiang, L., Zhan, W., Voogt, J., Zhao, L., Gao, L., Huang, F., Cai, Z., Ju, W., 2018. Remote estimation of complete urban surface temperature using only directional radiometric temperatures. Building and Environment, 135, 224-236. doi:

北京幸运28开奖官网 5

Lai, J., Zhan, W., Huang, F., Quan, J., Hu, L., Gao, L., Ju, W., 2018b. Does quality control matter? Surface urban heat island intensity variations estimated by satellite-derived land surface temperature products. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 139, 212-227. doi:

北京幸运28开奖官网 6

近日,南京大学地理信息学科在城市热环境遥感领域取得重要进展。研究成果以Identification of typical diurnal patterns for clear-sky climatology of surface urban heat islands为题发表在资源环境遥感领域权威期刊Remote Sensing of Environment。论文第一作者为2017级研究生赖佳梦,地理信息科学学科的占文凤教授和杜培军教授为论文的通讯作者。

  1. Wang, J., Z. W. Yan, Z. Li, W. D. Liu, and Y. C. Wang, 2013a: Impact of urbanization on changes in temperature extremes in Beijing during 1978-2008, Science Bulletin, 58, 4679-4686.

  2. Wang, J., Z. W. Yan, P. D. Jones, and J. J. Xia, 2013b: On “Observation minus Reanalysis” method: A view from multidecadal variability, Journal of Geophysical Research-Atmosphere, 118, 1-9.

  3. Zhao, P., P. D. Jones, L. Cao, Z. W. Yan, S. Y. Zha, Y. N. Zhu, Y. Yu, and G. L. Tang, 2014: Trend of surface air temperature in eastern China and associated large-scale climate variability over the last 100 years, Journal of Climate, 27, 4693-4703.

  4. Wang, J., J. M. Feng, Z. W. Yan, Y. H. Hu, and G. S. Jia, 2012: Nested high-resolution modeling of the impact of urbanization on regional climate in three vast urban agglomerations in China, Journal of Geophysical Research-Atmosphere, 2012, 117, D21103.

  5. Wang, J., and Z. W. Yan, 2016: Urbanization-related warming in local temperature records: a review, Atmospheric and Oceanic Science Letters, 9, 129-138.

此外,占文凤教授课题组近期还在“城市完全表面温度的遥感估算”(Jiang et al., 2018)与“城市地表热岛强度遥感估算的不确定性研究”(Lai et al., 2018b)等方面取得重要进展。这一系列工作得到国家重点研发计划项目基于多源卫星遥感的高分辨率全球碳同化系统研究(编号:2016YFA0600201)、国家重点研发计划项目全球变化驱动下陆表自然和人文要素相互作用及区域表现(编号:2017YFA0603604)、国家自然科学基金(编号:41671420)与江苏省自然科学基金(编号:BK20180009)等的支持。

曾有研究认为,近几十年中国气温观测中城市化增温达0.1°C/10年,甚至更高。然而,近年基于均一化观测而得到的结果要小得多。其中的不确定性主要源于数据质量和评估方法。随着城市化进程,为满足气象观测标准,很多气象站向郊区或乡村迁移,导致这些站点的气温序列存在变冷的趋势偏差,进而导致城市增温率被高估。中国科学院大气物理研究所基于近年发展的均一化气温序列集,通过统计分析客观划分城乡站点,发现城市化增温占北京观象台所测增温趋势的贡献在20%以内(Wang et al 2013a)。该结果和近年另一项独立研究的结果可相互印证(Zhao et al 2014)。

Hong, F., Zhan, W., Göttsche, F.-M., Liu, Z., Zhou, J., Huang, F., Lai, J., Li, M., 2018. Comprehensive assessment of four-parameter diurnal land surface temperature cycle models under clear-sky. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 142, 190-204. doi:

文章链接:1 2 3 4

结合精细化的动态陆面演变和实地气候观测分析,发展高分辨率区域气候模拟,将有助于进一步理解和量化城市化的气候效应(Wang et al 2012)。图4显示了3.3km分辨率的我国三大城市群热岛分布。虽然现有气候模式还存在不足,但随着各种物理过程参数化的日益完善和高性能计算能力的提升,其模拟结果也必将越来越可靠。

本文由北京28官网发布于科学知识,转载请注明出处:匡文慧等在GIScience & Remote Sensing公布城乡一体化对