城市化发展下土地利用变化和空气污染对珠江三角洲暴雨演化的影响研究

Storm occurs more frequently in the Pearl River Delta area recently. As a result, waterlogging becomes a big issue for cities in this area, and greatly influences the residential life. The overreaching scientific question the project will address is weather the urbanization-induced land cover change and air pollution is the key driver for the frequently occurring storm in the Pearl River Delta area. The project will take the city of Guangzhou and the Pearl River Delta, the two kinds of areas with different sizes, as the study domains to study the role of spatial scale in investigating the effect of land cover change and air pollution on storm evolution. Based on the multi-sources observational data and statistical methods, the project will examine the relationship between land cover change (air pollution) and storm characteristics both in time and in space. The urban canopy model will be improved by incorporating the regional urban canopy characteristics into model parameters, and the method coupling urban canopy models with weather forecasting models will be developed. Moreover, the project will study the different roles of land cover change and air pollution in storm evolution by using coupled weather-land surface-urban canopy modeling system, and quantitatively assess the contributions of and cover change and air pollution to storm compared with large-scale circulations. The results from this project will help us in better understanding the anthropogenic effect on weather and climate, and provide the scientific foundations to address storm prevention and the city waterlogging problem.

珠江三角洲地区近年来暴雨频频发生，因此而产生的内涝问题严重地影响了城市生产生活。因此，本项目紧紧围绕"城市化发展下土地利用变化和空气污染是不是珠江三角洲暴雨频发的重要驱动因子"这一关键科学问题，以珠江三角洲及其区域内广州市两种不同空间尺度区域为研究对象，利用多源观测数据和统计分析，在暴雨分类的基础上研究土地利用变化和空气污染与暴雨演化之间的时空相关系。构建基于本地化参数的城市冠层模型，并发展城市冠层模型与陆地模型、天气模型的耦合方式。在此基础上，深入研究土地利用变化和空气污染对下垫面热力学特性、微物理过程等局地要素以及对海风辐合、热岛辐合等中尺度要素的作用机理，定量评价土地利用变化和空气污染相对于大尺度环境在暴雨形成中的贡献，以及二者的相对贡献。项目成果不仅能够促进人类活动影响天气气候这一前沿领域的发展，而且能够为我国解决城市内涝问题提供科学依据。

珠江三角洲地区近年来暴雨频频发生，因此而产生的内涝问题严重地影响了城市生产生活。因此，本项目利用统计分析和模式模拟的手段试图回答“城市化是不是珠江三角洲暴雨频发的重要驱动因子”这一科学问题。研究内容主要包括：卫星降水产品在捕捉极端降水特征的能力评估，极端降水的时空特征及其影响因素，地表增温与极端降水之间的关系，城市化与极端降水之间的关系，城市化与地表温度之间的关系。研究发现卫星降水产品在捕捉极端降水水量方面表现较好，但对于基于强度和持续时间的极端降水指标表现不佳；极端降水事件在大范围区域总量、频次、强度空间分布差异较大，区域内水汽辐合的改变可能是影响极端降水变化的重要气候因子；极端降水与温度关系的峰值结构在全球不同气候区是普遍存在的，即极端降水随温度升高而增强但超越一定阈值后会减弱，这种峰值结构在未来气候条件下会发生偏移；城市化与汛期极端降水量有明显的正相关关系，而与枯水期极端降水量有明显的负相关关系，城市化有促进汛期极端降水的作用，而且这种作用随着极端降水时间尺度的减小而增大；中国地区月降水的降水集中度在很多地方有加剧的趋势，而且降水集中程度与城市发展程度息息相关，城市化较高的地区往往降水比较集中；城市化对东部地区最小温度增加的贡献献率达到33.6%；这一贡献在京津唐、长三角和珠三角地区更大。研究成果可帮助我们更好地理解城市化对极端气候的影响及其机制，为采取应对城市化气候效应的措施提供依据。