城市化对日间温度影响的范围: 太阳能减弱和加强条件下的不同作用外文翻译资料

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城市化对日间温度影响的范围:

太阳能减弱和加强条件下的不同作用

摘要

在本研究中根据中国559个站点的1960-2009年气象数据，评估了城市温度日较差（DTR）的影响。在太阳能减弱和太阳能增强下，发现了城市化具有显著的差别。在太阳能减弱期间，城市和农村地面由于辐射减少，显示出最高温度下降的趋势，这表明调光效应不仅存在于城市地区，而且在农村地区也很明显。然而，在城市地区的最低温度在调光期间比农村地区增加更多，导致城市地区的温度日较差大大减少。当辐射从减弱转向增强时，温度日较差的变化变得不同。农村地区的最高气温增加更快，这表明农村地区的增亮可能比城市地区强得多。城市和农村地区最低气温的变化趋势类似都出现在太阳能增长期。由于城市化效应，城市温度日较差继续呈现下降趋势，而农村温度日较差呈现上升趋势。城市和农村地区温度日较差显着的差异显示出太阳能增长时显着的城市化效应。

1. 引言

温度日较差（DTR）是一个重要的气候因素。 自20世纪50年代以来，全球温度日较差的下降趋势已在各种研究中得到充分记录（Easterling等人1997; Vose等人2005）。人们广泛认识到云的变化（Dai等1999; Stone and Weaver 2003），气溶胶（Huang等2006; Stenchikov和Robock 1995），城市化（Kalnay和Cai 2003）和太阳辐射 （Wild等人2007; Makowski等人2009）可以在很大程度上影响温度日较差。如Vose等人 （2005），自20世纪80年代以来，由于最大温度和最小温度的可比性增加，全球温度日较差降低减缓。Wild 等、 （2007）将温度日较差的这种变化归因于20世纪80年代全球变暗到增亮的逆转趋势。然而，这种现象自20世纪80年代中期以来一直持续，在此期间即使温度日较差的微小下降也没有有效地响应明亮的太阳辐射。

我们假设城市化效应在减少温度日较差中发挥了重要作用，特别是在太阳能增长期间。 城市化改变了土地利用覆盖并排放了人为气溶胶，这在很大程度上影响了当地的气候。 城市热岛在城市地区的平均气温较高，温度日较差通常预计随着城市化的减少而减少。 通过比较城市和农村观测（Gallo等1999; 仁等2008），观测减再分析（Kalnay和蔡2003; 周等2004）和GCM模拟（Trusilova等，2004） 2008）。大多数这些研究涵盖调光和增亮期。一些研究表明，温度日较差是高度心病相关与表面太阳辐射的变化。20世纪80年代之前，然而，这种趋势在20世纪80年代发生了逆转，显示在中国和欧洲，这与年代际太阳辐射变化的巧合上世纪90年代后增加的趋势（刘等人2004; MAKOWSKI等，2008）。 看来太阳辐射在减弱期间对温度日较差具有负面影响，并且在增亮期间具有积极效果。然而，在研究城市化对温度日较差的影响时，几乎不考虑太阳辐射在不同太阳辐射情景下的影响。 城市化效应必须在减弱和增亮时间内单独量化。

在这项研究中，太阳辐射和城市化对温度日较差的影响进行了检查。 温度日较差的城市化效应在太阳能调光和增亮时间特别发现。在这项研究中，太阳辐射和城市化对温度日较差的影响进行了检查。温度日较差的城市化效应在太阳能调光和增亮时间特别发现。 还分析了日均值，最大和最小温度以用于比较和补充信息。 结果表明，城市化对温度日较差的影响在太阳能调光和增亮时间上是不同的。 明亮的太阳辐射加强了城市化效应。

1. 数据和方法

从中国气象数据共享服务系统（http://cdc.cma.gov.cn）获取每日平均，最高和最小温度和表面太阳辐射（SSR）。 将温度日较差计算为最高气温减最低气温。 所有数据来自756个气象观测站，其中122个站进行表面太阳辐射测量。 对于日常温度，选择了具有1960年前的记录的559个站，使得每个站具有超过50年的数据周期。 对于表面太阳辐射，大多数站在20世纪60年代以后开始观察。 选择了52个具有1961年以前的记录的电台。所有的站都分布在中国大部分地区。 年平均气温，最高气温，最低气温，温度日较差和表面太阳辐射通过确定其全年的平均值来计算。 删除了缺失数据超过一个月的年份。 我们对559个站的温度数据和52个站的表面太阳辐射数据进行平均，以获得所有中国的平均值。 还计算了52个站的平均温度，并将其与559个站的平均值进行比较，如果52个站可代表整个国家。 这两个数据集之间的平均气温，最高气温，最低气温和温度日较差的相关系数分别为0.97,0.99,0.99和0.97。 因此，52个站的平均SSR和温度是中国的代表。

第五次全国人口普查数据来自中国国家统计局。 一个车站所在地区的城市人口总数被用来将车站划分为城市和农村车站。 内蒙古，新疆，西藏，甘肃，青海等位于中国北部和西北地区，面积广，人口密度稀疏的站点被淘汰，以减由于区域差异引起的误差。在这些步骤之后，仍然有402个站，涉及1960 - 2009年期间。 每个站类别及其数量的定义列于表1中。这些站的分布如图1所示。

因此，通过比较城市（大城市和小城市）和农村站观测的回归趋势来研究城市化效应。基于太阳辐射变化的分析（图2）和一些以前的关于中国表面太阳辐射的研究（Liu et al。2004; Ye et al。2010; Xia 2010），将时间序列分为两个时期。 一个是从1960年到1989年，另一个是从1990年到2009年，分别代表调光和增亮时间。 在不同的太阳辐射条件下进一步研究了温度日较差的城市化效应。

1. 结果与讨论

a、太阳辐射变化及其对温度日较差的影响

基于52个长期表面太阳辐射观测的气象站，我们调查了太阳辐射变化及其对温度趋势的影响。 结果表明，60年代到80年代的太阳辐射有明显的下降趋势。 20世纪90年代以后，SSR开始呈现增长趋势（图2）。 从1961年到1989年，太阳能调光率为20.70 MJ每平方米十年，增亮率为0.24 MJ每平方米十年。

在1961- 89期间，由于太阳辐射较少，最高气温变得更冷（20.068℃十年）。 但平均气温（0.058℃十年）和最低气温（0.248℃十年）显示增加趋势，可能是因为温室效应的影响。 在此期间（20.318℃十年）温度日较差显着负。 在1990 - 2009年期间，当太阳辐射从调光转向变亮时，平均气温，最高气温和最低气温都显着增加，在0.378℃以上的速率。 温度日较差显示更温和的下降趋势（20.038℃十年）。 太阳能增亮增强了温度升温并减轻了温度日较差在这段时间内减少（图3）。

据报道，温度日较差与表面太阳辐射变化高度相关（刘。2004; Makowski et al。2008）。 在这里我们审查了太阳辐射和昼夜温度范围之间的关系（图4）。 整个期间温度日较差之间的相关系数为0.78（在0.01水平上显着），表明温度日较差与表面太阳辐射变化一致。 模拟结果可以在中国不同地区显露（见补充材料，表S1;图S1）。 然而，在1961-89期间，相关系数高得多（0.88，在0.01水平显着），这表明太阳能调光在降低温度日较差方面发挥了重要作用。 1990 - 2009年期间，太阳辐射增加，而温度日较差减少。 这种差异表明，其他因素，如城市化，可能对这一时期的温度日较差产生重大影响。

b、 1960年至2009年的城市化效应

为了比较，首先分析了1960年至2009年期间的城市化效应。 城市和农村站点的平均温度趋势列于表2中。显然，城市中的平均气温增长略快于农村地区（从0.288增加到0.248℃十年）。 相反，城市的温度日较差下降远远快于农村地区（从20.188到20.068℃十年）。 这显然表明了城市化效应。 城市的最高气温增长慢于农村地区（从0.198到0.228℃十年），而城市地区的最低气温增长更快（从0.388到0.288℃十年）。 这种现象可能是由于白天的冷却效应和夜间的长波辐射，由城市人类气溶胶引起。 此外，城市不透水土地的夜间热释放也使得最低气温的增长速度快于农村地区。

C、太阳能调光和增白的减化效果

分期的平均温度趋势列于表3中。1960-89和1990-2009年分别代表调光和增亮时间。在太阳能调光期间，城市和农村地区的最高气温显示出下降趋势，这是由于太阳辐射下降到地球的结果。由于温室效应，平均气温略有增加，而最低气温增加更明显。与1960-2009年的时间序列一样，城市地区在这段时间内平均气温（从0.078到0.018℃十年）的快速增长和温度日较差的减少（从20.308到20.168℃十年）显示出明显的城市化效应。从1990年到2009年，这是太阳能增白时间，由于辐射加热的增加，最高气温，平均气温和T最低气温都显着增加。然而，与前一个时期不同，最低气温在城市和农村地区的平行趋势发生了变化。此外，在这一时期农村地区出现了平均气温和最高气温趋势的更大的增加。然后，农村地区的温度日较差增加（0.178℃十年），而城市地区的减少趋势（20.028℃十年）继续。

因此，在太阳能调光和太阳能增白下可以发现城市化效应的不同作用。对于平均气温，城市化在调光时间期间产生积极效果，并且在增亮时间期间产生负面效果。然而，在这两个时期的影响是微妙的。对于温度日较差，两个时期之间的差异似乎更加明显。在太阳能调光期间，由于太阳辐射的减少，所有地区的温度日较差都应该下降。由于城市化效应，城市站点呈现出更快的下降趋势。与农村温度日较差变化相比，城市化对温度日较差的影响主要体现在这一时期最高气温的下降趋势和城市最低气温的增长趋势的放大。此外，在太阳能增亮时间期间，由于太阳辐射的增加，所有土地中的温度日较差都上升，并且农村温度日较差为代表。然而，城市温度日较差继续呈现下降趋势，这可以完全归因于城市化效应。城市化主要导致城市最高气温的增加趋势减少（图5）。 温度日较差的显着差异可以在这段时间内在城市和农村地区找到，揭示了显着的城市化效应。

报告指出，人为气溶胶负责太阳能调光和增亮（Streets等人2006; Ohmura 2009; Wild 2009）。调光可能是由于气溶胶的辐射散射和吸收效应，这也使白天温度更冷。对于最高气温，它的可比性下降趋势表明在农村和城市地区类似的太阳能调光。如Alpert等人（2005），太阳能调光受人口 - 城市化的高度影响。进一步的研究表明，观察到太阳能调光局限于人口密度高于每平方公里10人的高人口稠密地区（Alpert和Kishcha 2008）。 Wild（2009）总结了全局变暗和增亮是一个更大规模的现象。这一结果表明，太阳能调光不仅在城市地区，而且在农村地区。根据本研究90年代后的最高温度变化，在20世纪90年代以后，中国确实发生了增白。但是，其他事实，如土地利用变化，也可以提高日间温度升温（Zhou et al。2004）。是否在城市或农村地区发生光亮仍需进一步研究。中国城市化对调光和增亮的影响很少，因为缺乏表面太阳辐射数据站。这项研究可以提供中国城市和农村地区不同调光和增亮趋势的间接证据。

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