京津雄下垫面新格局对夏季极端热和舒适性影响特征与机理

The impact of new land-cover spatial patterns on extreme weather heat and human comfortability is becoming a new research frontier in urban ecology and adaption of climate change. We will synchronically implement field observation with satellite transits (e.g., Landsat 8, MODIS) and remotely sensed retrieval of micro-climate, eddy covariance, land surface temperature and other parameters along the urban-rural gradient in summer. The integration of these parameters into EcoCity V1.0 and Surfex-TEB models will be used to examine the mechanisms of the impacts of impervious surface area and green space components, their radiation and surface heat fluxes, and anthropenic heat sources on extreme weather heat events in summer, and to analyze the spatio-temporal heterogeneity of local air temperature and regional warming induced by urban expansion of different city sizes and configuration. The overarching objectives of this proposal are to identify the ecological risk grades from extreme heat events and regional warming through simulating the growth modes from different cities and their internal divergence of impervious surface components, and to predict spatial extent and magnitude of the impacts of new land-cover patterns on extreme weather heat and human comfortability aiming to UN Sustainable Development Goals 2030. This research will promote our understanding of the urban biophysical mechanisms of the extreme heat events and provide the scientific fundamentals in building livable urban environment and urban ecology security.

京津雄都市区未来下垫面新格局对区域增温/极端热和人居舒适性的影响，是城市生态学和气候适应性关注的国际前沿内容。在夏季沿城乡梯度开展微气象、涡度相关、地表温度等参数和Landsat 8/MODIS遥感地面同步观测实验和遥感反演，嵌入EcoCity V1.0模型和能量平衡模型（SURFEX-TEB），揭示夏季极端热事件形成的不透水地表/绿地结构组分、辐射通量传输和人为热贡献的影响机理；分析不同城市规模和形态对局地气温以及区域增温影响的时空异质性。模拟未来30年京津雄不同情景城市增长模式和内部不透水地表组分差异，对地表辐射和热通量影响程度，剖析其对极端热和区域增温产生的生态风险级别。预测服务于联合国2030可持续目标“首都圈”下垫面新格局对热舒适性和人居健康胁迫程度和空间范围。提升城市极端热过程的生物物理机制的认知，为首都圈宜居环境和城市生态安全建设提供科学参考。

全球气候变化和城市热岛复合导致超大城市群极端热事件频发，更多的人口暴露或死于热浪袭击，提升城市人居环境质量面临着前所未有的挑战。加强城市生态空间格局及其内部各要素关联性和机制的认识，实现城市生态空间量测和调控已成为可持续发展和地球观测等学科聚集的前沿和热点。本项目以京津雄城市群为研究区，选择不透水面和公园绿地等城市地表覆盖类型开展城市热环境的地面观测实验（见2020年Urban Climate发表），基于等级尺度城市下垫面遥感监测技术，生成了高精度的城市扩展与土地覆盖组分数据（见2021年Earth System Science Data发表）。基于此刻画了等级尺度城市下垫面时空格局变化特征，观测的城市高温热环境参数深入揭示了夏季高温气象状态下城市热环境及辐射能量收支状况（见2021年Science China Earth Sciences发表）。发展的混合结构层次式城市空间模拟器，解决了城市形态和城市空间密度变化的模拟问题，评估了京津雄未来下垫面新格局对夏季极端热和对热舒适性影响。本项目提升了大都市区夏季极端热发生的地球物理过程和辐射能量平衡理论的机理性认知，可为城市下垫面和城市热岛的调控以及气候适应性策略制定提供科学参考。.项目圆满完成研究目标任务和考核指标，第一标注在“Earth System Science Data”、“Urban Climate”、“Chinese Geographical Science”等期刊发表论文共计10篇，1篇论文被评为2022年度期刊优秀论文。研发的数据集在科学数据平台Zenodo开放获取（doi.org/10.5281/zenodo.4034161）。发表于“Earth and Space Science” 的论文结果作为重要结论被IPCC第六次评估报告（2021）引用。项目成果作为对标联合国可持续发展目标11全球十大典型应用案例获GEO和UN-Habitat采纳，在全球推广应用。研究成果支撑《中国城市土地利用/覆盖变化图集》、《全球生态环境遥感监测2019年度报告（中国城市扩展及生态建设）》和《全球生态环境遥感监测2020年度报告（全球城市扩展与土地覆盖变化）》的出版与发布。