2024
09/08
[城市灌溉减少了中国北京的湿热压力]
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PART.01
研究背景
全球气候变化和快速城市化导致世界各地的城市出现严重的城市热岛效应并加剧热应激，对人类健康构成威胁。北京作为中国的首都和国家中心城市，经历了快速的城市化进程。北京市城市地区是典型的“热岛”，热岛强度明显高于中国沿海城市，导致夏季炎热期延长，严重影响农业和工业生产，以及城市居民的生活和健康。因此，近年来城市热浪引起了相当大的关注。
为了解决日益增长的城市热岛效应，已经提出了缓解这些效应的策略，例如城市绿化、绿色和凉爽的屋顶/墙壁、太阳能光伏板、城市灌溉等。大量研究表明，相对湿度是热浪背后的关键驱动因素，与人体热交换、人体热舒适度以及与高温相关的死亡率和发病率直接相关。相对湿度会放大热浪的幅度和峰值温度。此外，热生物学证据在评估热浪对人类健康的影响时需要相对湿度和风速。因此，我们将相对湿度和风速引入城市热浪分析中。此外，灌溉的方法、时间和量在很大程度上受人类活动控制，因此对当地气温、地表温度、相对湿度和蒸散量的影响各不相同。
目前北京市城市高温相关研究主要集中在北京夏季高温的时空演变及其机制上、城市土地利用变化、人为热以及城市热岛对降水和污染物的影响，而很少有研究关注灌溉对北京城市热量的影响。因此，本研究以北京为案例研究区，使用 WRF-SLUCM 探索 （1） 如何提高 MHS 的模拟精度，（2） 城市灌溉对城乡 MHS 的影响，以及 （3） 不同灌溉时段灌溉对 MHS 的影响。该研究可为更好地缓解城市 MHS、城市人类健康和城市可持续发展提供参考。
PART.02
数据与方法
1.数据来源
原位观测、CRA 和 CLDAS 土壤水分数据集均来自 http://data.cma.cn。FNL 数据集是从 http://rda.ucar.edu/datasets/ds083.2/ 获得的。WRF 模拟的土壤纹理数据来源于 http://globalchange.bnu.edu.cn/research/soilw。WRF 模拟的土地覆被数据来源于 https://www.esa-landcover-cci.org/。
2.研究方法
（1）主要流程：首先，验证 WRF 关闭灌溉对北京温度、相对湿度和风速的模拟效果。其次，打开和关闭 WRF-SLUCM 的城市灌溉，以分别分析其对城市和农村地区地表变量和 MHS 的影响。为进一步研究不同时间城市灌溉对 MHS 的影响，设计了 8 组对比实验，将灌溉时间分别设置为 00：00、02：00、04：00、11：00、13：00、15：00、20：00 和 22：00 UTC，分析不同时间灌溉对 MHS 的影响。
（2）MHS 指数：为了减少 MHS 在本研究中引入的不确定性，这里使用了三个广泛使用的指数。①AT 表示一个人在户外阴凉处行走的热感觉，其计算考虑了空气温度和风速，AT 可以计算为：
②HI 已广泛用于评估室内和室外热条件以及人体舒适度，可以计算为：
③SI 是表观温度的一般公式，是影响人类舒适度和行为的整体气候变量的综合量度，可以计算为：
PART.03
重要图表
PART.04
研究结论
尽管城市灌溉可以调节当地的水热条件并减轻城市热岛效应，但对其对湿热应激 （MHS） 的影响知之甚少。本研究采用天气研究和预报单层城市冠层模型 （WRF-SLUCM），评估了城市灌溉对中国北京 MHS 的影响，得出了如下结论：
（1）北京市城市灌溉降低了城乡地区的气温、土壤热通量、地表温度和行星边界层高度，降低了城市及周边地区的风速，增加了城市地区的土壤水分和城乡地区的相对湿度。其中对于气温而言，城市灌溉对城市地区的降温效果明显小于郊区，其中城区降温最大可达3℃，郊区降温最大可达0.5℃，尤其是刚进行灌溉后的时次。
（2）北京城市灌溉普遍降低了城市和郊区的湿热，并且城市地区的降温效果优于农村地区。从日循环来看，城市灌溉降低了下午和傍晚的湿热，最高可降低了 1.2°C，但增加了早晨的湿热，最高可增加0.4°C。
（3）在 02:00 和 20:00 UTC 灌溉会增加城市和郊区的湿热，可使城市地区的湿热 降低 2.65°C，郊区降低 0.71°C。而在其他时间灌溉则会降低城区和郊区的湿热，同时城区的降温效果要好于郊区，夜间灌溉对湿热的降温效果最好。这一结果可为北京市开展城市灌溉提供了参考，以更好地减轻湿热对人们健康的影响。
PART.05
小编说
该文章题目为“Urban irrigation reduces moist heat stress in Beijing, China”，于2024年发表在npj Climate and Atmospheric Science期刊，IF=10.2。
引用：Sun, S., Zhang, Q., Shi, C. et al. Urban irrigation reduces moist heat stress in Beijing, China. npj Clim Atmos Sci 7, 36 (2024).
文献声明
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本期编辑：肖文文
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