基于用戶需求的城市氣象研究：進展與展望

苗世光王迎春

（1 中國氣象局北京城市氣象研究所，北京 100089；2 北京市氣象局，北京 100089）

基于用戶需求的城市氣象研究：進展與展望

苗世光1王迎春2

（1 中國氣象局北京城市氣象研究所，北京 100089；2 北京市氣象局，北京 100089）

城市化是人類社會現代化發展過程中的必然趨勢。城市化帶來的土地利用/土地覆蓋的變化、人為熱排放、城市氣溶膠和人為溫室氣體排放增加，影響著天氣、氣候和環境；另一方面，天氣、氣候和環境亦影響城市的安全運行和居民的生產生活。簡要回顧了城市氣象觀測和數值模擬研究兩方面的主要進展，分析了城市氣象復雜多樣的用戶需求（例如防災減災、宜居城市建設等），剖析了目前城市氣象監測與預報能力的不足。在此基礎上，以不斷提高氣象科技為經濟社會發展和人民安全福祉的服務能力作為未來城市氣象發展的主線，給出了城市氣象未來發展方向的展望，主要包括城市氣象觀測、城市氣象基礎數據集、城市陸面與邊界層過程、城市精細預報、氣候與氣候變化、城市空氣質量與污染擴散、人體健康七個領域的基礎研究和應用研究發展趨勢。最后，分析了目前城市氣象發展面臨的新挑戰，倡導建立城市氣象觀測與數值模擬以及城市氣象研究與用戶需求之間的良性互動。

城市氣象，用戶需求，進展，展望

1 引言

城市化是人類社會現代化發展過程中的必然趨勢。從全球范圍看，一個國家城市化程度是其經濟發達程度，特別是工業化水平高低的一個重要標志，發達國家的城市化程度已經普遍超過75%。截至2012年底，我國城市化率已達到52.6%，城鎮人口突破七億[1]。我國城市面積的快速拓展，特別是城市群發展之迅速，在世界城市發展史上是罕見的，其中尤以京津冀、長江三角洲、珠江三角洲三大城市群的迅猛發展為代表。

城市化帶來的土地利用/土地覆蓋的變化、人為熱排放、城市氣溶膠和人為溫室氣體排放增加，影響天氣、氣候和環境[2-3]；另一方面，由于城市系統的脆弱性，天氣、氣候和環境狀況亦高度影響城市的安全運行和居民的生產生活[4]。城市的可持續發展、防災減災、宜居城市建設和應對氣候變化對城市氣象服務的需求也越來越高，城市化進程中出現的“超大城市”、“城市群”造成的天氣、氣候和大氣環境效應研究，是當前國際社會和科學界所共同關注的重大社會科學和自然科學的前沿課題之一[5-7]。

本文將基于對城市氣象用戶需求的梳理，剖析目

前城市氣象監測與預報能力的不足。簡要回顧城市氣象研究的主要進展，以不斷提高氣象科技為經濟社會發展和人民安全福祉的服務能力作為未來城市氣象發展的主線，給出城市氣象未來發展方向展望。

圖1 城市多尺度非均勻下墊面帶來巨大挑戰[8]

2 城市氣象研究進展概述

城市中不透水的下墊面、建筑物、綠地等的多尺度非均勻分布（圖1），改變了城市地表及其下風向區域的動力、熱力、輻射和水文過程，導致了復雜的地氣相互作用（圖2）。與自然下墊面相比，城市地表增加了對太陽短波輻射的吸收，地表潛熱通量減小，再加上人為熱排放的影響，使得城市地區溫度明顯高于鄉村，因此向上長波輻射增大，同時地表感熱通量和熱存儲增大。城市建筑環境作為一個熱源、粗糙元、較差的儲水能力和污染源，是天氣―氣候系統

的一個重要強迫項[3]。表1給出了城市化對天氣―氣候的主要影響途徑。下面將簡要回顧近年來城市氣象研究取得的主要進展。

圖2 城市地表能量平衡與鄉村地區的差別[9]

2.1 城市氣象觀測研究

2.1.1 城市氣象觀測試驗和城市氣象觀測網

近年來，針對城市氣象和城市環境問題，美國、歐洲等地相繼組織了一些綜合觀測試驗和研究計劃。Grimmond[10]和王迎春等[6]分別回顧了城市氣象觀測研究的進展。這些觀測試驗涉及：城市地表參數的獲取（反照率、粗糙度、濕參數）、地表能量平衡、城市邊界層結構、城市熱島效應、城市環流與中尺度局地環流相互作用、城市對降水的影響、城市空氣污染等內容。這些試驗研究提升了城市作用對天氣、氣候影響機理以及對城市空氣質量問題的認識水平。WMO 在全球開展了一系列城市氣象和環境研究（GURME）項目，主要針對空氣質量及其相關的氣象觀測，項目包括：北京大氣環境污染控制機制研究項目、莫斯科超大城市可持續發展氣象服務、用被動采樣儀進行空氣質量觀測（美國NOAA）、拉丁美洲城市空氣質量預報的改進以及上海城市氣象和環境研究示范。

國內較全面的試驗是2001—2003年在北京開展的大氣邊界層動力、熱力、化學綜合觀測試驗（BECAPEX），該試驗獲取了北京城市大氣動力和大氣化學三維結構特征[11-12]。國家自然科學基金“九五”重大項目“長江三角洲地區低層大氣物理化學過程及其與生態系統的相互作用”在長江三角洲地區開展了水、熱與物質通量輸送和轉化的綜合觀測試驗[13]。另外，北京城市邊界層觀測試驗（BUBLEX，2004年）[14]，南京市城市邊界層觀測（2005、2006年）[15]，國家科技部“973”項目“我國東部大規模城市化的氣候效應及對策”在我國東部長三角特大城市群區，針對地表物理特性、陸面過程、城市冠層和大氣邊界層、大氣污染物及其輻射特性等，設計和開展多過程的協同強化觀測試驗，國家科技支撐計劃“京津冀城市群高影響天氣預報中的關鍵技術研究”圍繞京津冀城市（群）局地環流與其對城市高影響天氣過程影響開展綜合觀測科學試驗，重點對城市（群）山谷風環流、熱島環流和海陸風環流和邊界層結構進行觀測。這些試驗均是在特定環境條件下開展的短期觀測試驗，主要針對城市邊界層結構、城市空氣質量、城市化的天氣/氣候效應等開展研究，同時亦用于數值模式的發展與檢驗，并取得不同程度的進展。

Wood等[16]介紹了長期運行的研究級城市氣象觀測網——芬蘭赫爾辛基城市邊界層觀測網的儀器配置、初步結果及其局限性。Muller等[17]總結了近年來與城市氣象研究相關的中尺度、城市尺度和小尺度觀測網，從數據收集、管理、顯示、使用等方面分析了現狀和存在的問題，指出今后應關注觀測網特征存檔、觀測方法和指南的標準化，并提出了一個城市氣象網元數據協議[18]，包括網絡及子網、觀測站、觀測儀器、網絡運行四個方面的內容。

2.1.2 新探測技術及應用

近年來，新探測技術的發展及應用為城市邊界層觀測提供了新途徑。風廓線雷達和聲雷達可觀測水平風、混合層高度、垂直速度的垂直廓線，多普勒激光雷達可實現邊界層三維風場觀測，差分吸收激光雷達可實現邊界層水汽廓線觀測，地基微波輻射計可觀測水汽、溫度和云水的垂直廓線。另外，光導纖維溫度測量等新技術和無人駕駛飛機（UAV）、要素自動采集器（HOBO）等新儀器平臺的發展為更高水平及垂直空間分辨率三維大氣觀測提供了可能[6]。

李炬等[19]在北京CBD地區約1.5km2范圍內建立了由32個溫濕度固定監測站（HOBO）組成的熱環境觀測網，分析了不同季節、不同天氣條件下CBD地區局地熱環境精細空間分布特征及變化規律，并開展了溫濕度流動觀測，研究了流動觀測技術在城市熱環境監測中的適應性和可靠性（圖3）。

基于空基遙感資料，可反演城市土地利用、城市熱島、氣溶膠、降水和水文氣象參數[20]，為城市氣象研究提供新的思路。

表1 城市化對天氣-氣候的主要影響途徑（修改自文獻[3]）

圖3 北京市朝陽區CBD溫度流動觀測（2011-08-22 21∶05—22∶22，北京時）[19]

2.2 城市氣象數值模擬研究

2.2.1 城市陸面與邊界層過程數值模擬研究

近年來, 水平非均勻下墊面條件下大氣邊界層的研究在國際上日益受到重視，因為它直接關系到對實際地表湍流通量和中尺度通量機理的認識、以及如何準確地估算實際地表地氣之間物質和能量的交換及其參數化，從而對陸面過程的研究以及區域和全球尺度模式的發展具有重要影響。由于非均勻地表動力、熱力和水份分布的非均勻性，使得其上的湍流運動比均勻下墊面情形要更加復雜，無論觀測試驗還是數值模擬都很困難。盡管國際上已經開展了不少非均勻邊界層觀測試驗、理論和數值模擬研究，提出了一些新的概念和方法，例如混合高度（blending height）概念，依此可修正非均勻地面的通量估計中平流作用的影響[21]，又如“馬賽克”方法，可用于改善次網格通量的估計。但是從目前來看，就相對均勻邊界層問題的研究而言，非均勻邊界層問題的研究比人們預想的還要復雜得多。無論是理論建模，還是數值模擬和觀測試驗都遇到較大的困難。當前科學界對非均勻問題的研究和了解仍處于粗淺的階段，非均勻下墊面條件下關于大氣邊界層結構和湍流特性及與之密切相關的邊界層物理和能量與物質輸送交換特性及其變化規律的研究尚有待深入開展[22-24]。

城市是最復雜的非均勻下墊面類型之一。目前對城市近地層結構和湍流特性，形成了“城市冠層+粗糙子層+慣性子層+混合層”的結構認識[25]。大量的觀測研究結果表明，城市冠層（Urban Canopy Layer）內建筑物三維表面的能量平衡過程及由此誘發的對近地層大氣的通量交換過程與平坦下墊面顯著不同[26]，如果能詳細地描述出城市區域尺度數值模擬中城市冠層對上部大氣的能量、動量和物質交換的影響，大氣數值模式的預報及診斷效果就能得到很好的改進。對于城市效應及人為活動影響大氣運動的可分辨程度及處理方法不同，小區尺度和微尺度的數值模擬中，水平分辨率多為數米至十幾米，建筑物是尺度可分辨的。而在城市區域尺度的數值模擬中，建筑物是尺度不可分辨的，須采用次網格的參數化方案考慮建筑物對大氣運動的影響，才能合理地模擬城市邊界層及氣象環境、大氣環境等的變化。隨著城市規模的擴張，城市下墊面建筑物覆蓋率顯著增加，進行城市環境、城市邊界層結構等的數值模擬研究工作必須合理地考慮城市建筑物三維結構對大氣運動的影響。由于城市建筑物對空氣的黏滯性和摩擦作用，城市邊界層內有其獨特的風切變特征。強的風切變特征再加上地表顯著的儲熱特征，使城市邊界層內的湍能得以充分發展成各種尺度的湍流渦旋。這種湍流交換或湍流混合構成了通過邊界層向上或向下的質量、能量和熱量的交換機制，從而使一定范圍的城市地表對自由大氣具有明顯的強迫作用。Roth[25]的研究指出，城市復雜非均勻下墊面影響邊界層結構主要是通過以下兩個方面，其一為由于建筑物的存在對氣流產生拖曳影響，并使更多平均動能向湍能發展；其二為建筑物對太陽短波輻射的陰影遮蔽影響，對地氣長波輻射的截限影響，及由于建筑物地表使地氣潛熱交換減小。粗糙子層的湍流

特性具有不同于自然下墊面的特征，城市地氣（動量和熱量）交換過程由于下墊面的復雜結構而遠沒有被認識清楚。

傳統的陸面模式對于城市效應的處理僅通過改變下墊面動力、熱力特征參數來體現[27]，而未能詳細考慮特殊的城市下墊面幾何特征對低層大氣動力、熱力結構和地表能量平衡的影響，導致城市陸面能量與水分平衡的模擬能力不足，成為影響城市氣象數值模擬研究能力的關鍵因素。為了精細描述城市化的天氣氣候效應，2000年以來相繼發展了多種復雜程度的城市冠層模式[28-29]，主要包括：整體城市陸面模式[27,30]、單層城市冠層模式[31-32]和多層城市冠層模式[33-35]。Grimmond等組織的“國際城市地表能量平衡模式比較計劃”研究表明[36-37]：沒有任何一個模式對城市地表能量平衡的所有分量都有好的模擬效果，模式中合理考慮蒸發過程至關重要。

2.2.2 數值模式的城市化

國內外已有許多學者將城市冠層模式引入到中尺度氣象模式[29]、氣候模式[38]以及大氣擴散和空氣質量模式[39]中，開展了城市熱島、邊界層結構、及其對降水、污染擴散影響等方面的研究工作。英國氣象局[40]和法國氣象局[31]已經或者正在其業務模式中測試城市冠層模式的性能。北京市氣象局亦正在開展北京快速更新循環數值預報業務系統BJ-RUCv2.0耦合城市冠層模式的效果測試，初步結果表明（圖4）：耦合后可在一定程度上改善了近地層氣象要素的預報效果，有效提高模式對城市邊界層特征的模擬能力。

由于城市和非城市區域對氣候變化的響應不同，并且城市范圍不斷擴大，因此，為了更好地研究城市化對全球氣候的影響，需要在空間分辨率不斷提高的全球氣候模式（GCM）中加入對城市陸面過程的描述。目前國際上已經開展了相關研究，但還處于起步階段。Oleson等[41-42]在GCM中加入城市參數化方案，并指出簡單的陸面模式無法反映城市地表能量平衡，進一步導致無法反映城市化的氣候效應，因此建立了一個城市冠層模式，并對城市化的氣候效應做了初步評估。Jin等[43]亦指出，為了對城市天氣和氣候進行建模，必須在全球和區域氣候模式中加入城市地表，并提出可以利用MODIS等衛星資料建立城市方案。McCarthy等[44]在全球氣候模式HadAM3中加入了MOSES（Met Office Surface Exchange Scheme）城市陸面方案[40]，并對由CO2引起全球變化影響和城市化影響的貢獻比例進行了估計，研究表明：城市化引起的土地利用改變和人為熱對氣溫升幅的貢獻在某些地區與CO2貢獻相當，但該結論還有較大不確定性。

2.2.3 空氣質量與應急模擬

圖4 BJ-RUCv2.0中采用新土地利用分類資料和城市冠層模式效果的對比測試（基于2010年04月30天預報結果的統計分析）

目前的空氣質量預報業務系統大多采用化學傳輸模式與氣象模式離線耦合方式[45-46]。即，用氣象模

式每30min或1h的輸出場驅動化學傳輸模式，沒有從化學傳輸模式到氣象模式的反饋過程。這種化學與氣象的單向耦合忽略了氣溶膠對輻射收支、云微物理和降水等方面的反饋，亦不能體現氣象場的連續時間變化。WRF/Chem模式[47]為雙向耦合研究提供了有效模擬手段。Herwehe等[48]對單雙向耦合的對比研究表明：氣象模式在陸面、邊界層、云物理等方面的變化均對空氣質量預報有重要影響。

在城市突發安全事件中（有毒物質泄漏、火災等），城市環境應急管理需求快速、可靠的氣象場和有害物質影響范圍信息。計算流體力學（CFD）模式因為計算耗時較多而限制了其在快速響應方面的應用?！俺蟪鞘腥簭碗s下墊面邊界層過程及精細氣象預報關鍵技術研究”項目組研發了能夠在較短時間內（～2min）模擬千米尺度、考慮建筑物動力影響的快速風場診斷模式和包含不同氣體處理、可燃性和劑量模擬的高效城市應急擴散模式，基于精細數值預報系統和城市地理信息系統建立了城市環境氣象應急響應系統①“超大城市群復雜下墊面邊界層過程及精細氣象預報關鍵技術研究”項目組，基于精細數值預報系統的城市環境氣象應急響應系統測試報告，2013年4月25日。該系統已在北京市氣候中心業務試運行。

2.2.4 耦合模擬系統

近年來，利用三維建筑數據庫、機載激光雷達、數字高程、衛星等資料建立了高分辨城市形態數據集（例如美國的NUDAPT平臺[49]），并已應用到城市邊界層及降水模擬中，取得了較好的效果[50-53]。

Salamanca等[51]將建筑物能量模式耦合到WRF模式中，研究了精細城市形態資料和不同復雜程度的城市冠層模式對近地層氣象要素模擬效果的影響，以及空調系統對氣溫和制冷能源消耗的影響。Miao等[52]基于WRF/Noah/SLUCM耦合模擬系統，采用高分辨率城市形態資料，通過對北京城區一次局地暴雨過程的數值模擬及敏感性試驗，研究了北京城市化對雷暴生成、發展和移動的影響，以及對降水面積、位置和強度的影響。研究表明：城市冠層精細模擬對城市地區降水模擬的改進較為明顯；與對照試驗相比，無城市時，降水明顯減少；城市使雷暴單體合并，城市化初期（20世紀80年代）使雷暴合并后減弱、降水減少，城市化后期（21世紀）使對流增強，進一步城市化易使降水出現分叉結構；城市熱力影響比動力影響更重要；熱力影響中，感熱和潛熱同等重要。

城市街區尺度氣象模式[54-55]或計算流體力學模式，通過與中尺度氣象模式相耦合，可以更好地模擬建筑物可分辨尺度的氣象環境場特征，為城市氣象精細模擬、氣象服務、應急管理等提供了一個有效的解決途徑[56-57]。

3 城市氣象用戶需求分析——防災減災和宜居城市建設

城市化給人們生產生活帶來便利的同時，也帶來了巨大的環境壓力和較大的災害風險。城市面臨著高溫熱浪、樓宇風、城市洪澇、空氣污染、水污染、公共健康及社會安全（恐怖活動、污染泄露）等各方面的威脅，沿海城市還面臨著海平面上升、風暴潮影響等諸多問題。城市人口、基礎設施和生產要素密集，使得城市災害承載力不斷下降，脆弱性不斷增加。極端天氣事件（如“城市洪澇”）和環境災害事件（如“城市霧霾”）頻發，對城市運行的危機管理和風險管理不斷提出挑戰。城市管理者為降低城市脆弱性、提高城市應對風險的能力，不斷提出新的城市氣象服務需求。更好地認識、科學地適應和應對氣象及環境問題已成為城市可持續發展面臨的迫切任務。

表2列出了目前亟待解決的主要城市氣象用戶需求，可歸納為以下幾個方面。

（1）按照用戶需求定制的觀測和模式系統：目前，非常缺乏針對城市氣象用戶需求而開展的觀測和數值模擬工作，這將極大地限制城市氣象的應用和效益的發揮。

（2）數據共享：很多城市氣象用戶有自己的觀測系統，形成了獨立的資料庫。然而，各用戶之間有共性的數據需求。如果管理部門把各用戶的資料規范化、收集、共享，則可以最大限度地發揮各觀測系統的作用，避免重復建設和資料使用的不規范。

（3）短期預報更長的預報時效、精度和可信度問題：精準的預報可以有效減少氣象災害造成的損失。因此，延長短期預報的時效、提高精度和可信度，對于減少“空報”帶來的人財物損失和“漏報”帶來的災害損失至關重要。

（4）長期預報更好地預報極端事件和趨勢：傳統的長期預報中沒有包含城市的影響。需發展可考慮城市影響的預報方法和降尺度技術，以滿足用戶的需求。

（5）環境干預措施影響評估：目前，亟需在不同尺度上開展城市綠地、垂直/空中花園、白色墻壁/屋頂、透水路面等環境干預措施影響的定量評估。然而，基于現有數值模擬方法尚不能給出明確的結論。

（6）城市氣象模式與其他模式的耦合：發展陸

地―海洋―城市耦合模式滿足海岸城市的用戶需求，發展大氣化學―氣象耦合模式（包含污染物對氣象場的影響）滿足氣象和大氣化學雙方用戶的需求，等等。

表2 亟待解決的用戶需求[8]

4 基于用戶需求的城市氣象研究展望

隨著科學技術的飛速發展，城市氣象的發展正面臨如下方面的新挑戰。

（1）城市氣象觀測新技術：如何利用PDA網絡（包括智能手機）、機動車等新技術，實現全邊界層的觀測。

（2）非常規的信息傳播技術：通過網絡（社交網站、視頻網站等）、短信等多種方式，實現重要信息報告/資料獲取。

（3）動態城市：城市GIS資料的定期更新。

（4）“城市”信號與氣候：缺乏長期的城市氣候記錄，城市影響與溫室氣體影響的區分，GCM的“城市化”，GCM結果的降尺度。

（5）數值模式系統的“城市化”：天氣/氣候/空氣質量模式的城市化、城市地區模擬結果的檢驗方法。

（6）城市氣象―決策支持綜合體系構建：將城市氣象科學研究與業務應用緊密結合，形成有機整體，主要包括以下各方面：

① 城市氣象觀測與數值模擬研究計劃、觀測與數值模擬的互動；

② 城市氣象專家與用戶之間的有效溝通/交流機制；

③ 城市氣象試驗基地（Testbed）；

④ 研究成果業務應用框架（及時將研究成果落地）。

面對上述挑戰，城市氣象服務一方面需要基礎研究為其提供科技支撐，另一方面需要應用研究為其提供工程技術支撐。在上述城市氣象用戶需求分析、研究進展評述和面臨挑戰剖析的基礎上，給出了基于用戶需求的城市氣象研究展望（表3），包括基礎研究和應用研究兩個方面。

城市地表變化是城市化最顯著的表現之一。城市化使自然地表變為人工地表，通過下墊面與大氣之間進行的動量和能量交換，改變了低層大氣物理過程。城市生產生活的集中排放，改變了城市地區大氣成分、增加大氣渾濁度、消減太陽輻射、降低能見度，在加劇大氣污染的同時為云、霧和降水的形成提供了豐富的凝結核。城市化從熱力、動力和化學成分等多個方面影響了城市天氣氣候和環境。因此，研究城市氣象和環境問題重點需要以下幾個方面的科技支撐。

（1）城市氣象觀測研究

城市邊界層是最復雜的非均勻大氣邊界層之一，開展邊界層觀測是認識這一復雜大氣邊界層的有效途徑。針對城市陸面與邊界層過程多尺度非均勻性的特點，發展新探測技術與設備，研究城市氣象觀測方法，開展城市氣象綜合觀測試驗，建立觀測網。

為了滿足現代化城市運行管理的基本目標，氣象要素要成為城市運行態勢監控與危機應對實時信息采集系統之組成部分，必須在傳統氣象觀測基礎之上，通過城市氣象觀測系統工程建設，建立起以用戶需求為導向、預警與預報相結合、定點與機動互補的城市氣象觀測體系。

（2）城市氣象基礎數據集的建立

城市氣象基礎數據集建設是開展城市氣象研究的重要基礎性工作。開展基于遙感資料的城市氣象基礎數據反演方法研究，建立人為熱排放清單（包括感熱和潛熱兩部分）。同時，研究適用于業務系統的城市氣象基礎數據獲取方法，實現數據的共享和有效管理。

（3）城市陸面與邊界層過程研究

城市陸面與邊界層過程研究是開展城市氣象研究與應用的基礎。針對我國城市及其地理、氣候特點，研究城市非均勻地表非線性相互作用機理，發展能夠合理反映城市化影響的城市陸面模式和邊界層參數化方案，并實現與天氣、氣候、空氣質量及污染擴散模式的耦合。在精細模擬方面，發展建筑物能量模式，

研究城市能源消耗與氣象條件的反饋過程。發展分布式城市水文模式，與城市陸面模式耦合，建立城市瀝澇模型。

（4）氣象―化學耦合模擬

除城市下墊面改變和人為熱排放影響外，城市污染（氣溶膠等）對輻射及降水的影響亦非常重要。需發展氣象模式與大氣化學模式在線、雙向耦合技術，研究城市氣溶膠對輻射、云霧物理及降水過程的影響機理。

（5）城市氣象決策支持系統

城市管理者需要基于風險管理要求建立相應的決策支持系統，極端天氣和大氣污染對各行各業和人民生活的影響評估是其重要組成部分。開展城市氣象災害發生發展演變規律研究，加強城市氣象災害監測預警、風險區劃與管理；開展城市交通、管網等基礎設施和運行系統的脆弱性、暴露度和承災能力的評估；開發城市安全運行（供電、供暖、供水、交通等）和大氣環境、公共健康等領域氣象影響預報技術；開發智能化的專業氣象服務產品的制作和發布技術；開展城市氣候變化影響評估和城市應對氣候變化措施研究。

表3 基于用戶需求的城市氣象研究展望

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Advances and Prospects of Urban Meteorology Research: Meeting Users' Needs

Miao Shiguang1, Wang Yingchun2
(1 Institute of Urban Meteorology, China Meteorological Administration, Beijing 100089 2 Beijing Meteorological Service, Beijing 100089)

Urbanization is an inevitable trend in the course of human civilization development. There are various ways for urbanization to impact on weather, climate, and the environment, including, land-use/land-cover change, anthropochory heat release, urban aerosols, anthropochory green-house gas emissions and so on. And vice versa, i.e., weather, climate, and the environment influence urban functions and residents' livehood. In this paper, the advances in observation and numerical modeling of urban meteorology are brief l y reviewed. Then the complexities of users' needs for the urban meteorology service are analyzed, outlining the shortages in observing and forecasting capacity. In order to meet end users' needs, the prospects of basic and the applied researches for urban meteorology are given. Finally, challenges in the way of urban meteorology researches are summarized. A closer coupling mechanism between observations and numerical modeling, and between the researches and end users' needs for the urban meteorology development is proposed.

urban meteorology, users' needs, advances, prospect

10.3969/j.issn.2095-1973.2014.01.001

2013年6月20日；

2013年9月10日

苗世光（1976—），Email：sgmiao@ium.cn

資助信息：國家自然科學基金（41175015）；公益性行業（氣象）科研專項（GYHY200906026）