未来气候变化情景下城市土地利用变化对京津冀地区暖季降水的影响研究

On regional or local scale, urbanization has become an important factor that changing regional climate and environment. The impact of urban expansion on regional precipitation is a key subject of urbanization climate research. However, few studies investigate the combination effects of projected climate change and urban expansion on regional or local precipitation changes. This work focuses on the precipitation during warm season over Beijing-Tianjin-Hebei region and explores the impacts of urban expansion on it under projected climate scenario. Applying the Pseudo Global Warming (PGW) dynamical downscaling method, using the Weather Research and Forecasting/Noah/urban canopy model (WRF-UCM), and future land use datasets, through long-term nested high-resolution numerical simulations, the impact of urban expansion on regional precipitation during warm season and the associated physical mechanism are studied. It supposes to have a comprehensive understanding of urbanization effects on regional precipitation over Beijing-Tianjin-Hebei region.

在局地和区域尺度上，城市化已成为影响气候和环境不可忽视的重要因素。城市土地利用变化对区域降水的影响一直是城市化气候效应研究领域的热点问题之一，但是，较少考虑未来气候变化背景的影响。本项目拟研究未来气候变化背景下城市土地利用变化对京津冀地区暖季降水的影响。使用“虚拟全球变暖”（PGW）动力降尺度方法，利用耦合城市冠层模块的数值模式（WRF-UCM），应用未来土地利用情景数据集，针对京津冀地区进行高分辨率区域气候模拟，探究京津冀地区暖季降水对不同气候态和城市土地利用变化的差异性响应，并深入探讨相关物理机制，以期更全面地认识城市化对区域降水的影响过程和机理。

本项目聚焦京津冀城市群地区，基于耦合城市冠层模型的区域气候模式（WRF-UCM），使用PGW动力降尺度方法，研究气候变暖背景下城市扩张对京津冀地区夏季降水和极端降水事件的影响. 首先基于多套高分辨率城市扩张数据集，定量评估了京津冀地区未来城市扩张增长率，发现未来城市扩张增长率不确定区间很大，达到[11%, 136%]. 然后，基于WRF-UCM开展气候变暖情景下城市扩张对京津冀地区夏季极端降水事件的模拟研究，研究得到在未来气候变暖或将进一步扩大城市扩大对京津冀地区夏季极端降水事件的影响，会导致城市下风向降水强度继续增强，并通过深入分析地表能量平衡相关物理量进一步深化城市化影响局地降水的相关物理机制。最后，基于未来气候背景下考虑城市扩张的长期模拟结果，得到未来气候变暖情景下，京津冀地区城市热岛强度或将减少，这可能是由于在湿度抑制的情况下，未来非城市地区的增温幅度高于城市地区导致的。本项目的开展将有利于开展未来区域-城市尺度气候预估工作，并提高城市化气候效应的科学认识。