城市气候与人居环境交互影响.局地气候分区(Local Climate Zone,LCZ)推动了城市形态刻画与气候演变规律探索,为城市气候与人居环境研究提供了统一框架.学术界对其研究大多聚焦在城市热环境和气候风险方面,正在向多要素气候模拟和考虑社会经济因素方向发展.审查了主题、方法和主要结论,发现"局地气候分区"、"城市热岛"、"地表温度"、"管理"和"社区"出现频率最高.采用文献计量和专题分析方法,梳理并总结了 2012-2023 年 6 月LCZ城市气候与人居环境研究在LCZ制图、相互作用和适应性策略三方面的进展,并展望了未来的研究重点.结果表明,① 全球已在超过 280 座城市开展了LCZ研究,LCZ全球数据集的推广扩大了研究尺度且丰富了研究内容;② 大多研究分析了风热环境为主的气候要素在局地尺度上的时空特征,探讨产生异质性的原因及其对人居环境的作用机理,揭示了城市蓝绿空间对于优化冷却效果、防范和治理热源等缓解性策略的重要性.其中自 2018 年起LCZ热环境研究向多元化发展,研究区域开始出现大都市圈或城市群;③ LCZ能够辅助识别人居环境中高度暴露和脆弱的地区,近年来的研究趋向于在气候/生态风险评估中寻找适应性策略,且更加关注易感人群和低收入者.综述将有利于LCZ框架下城市气候与人居环境研究现状和发展趋势的宏观把握,为后续研究提供思路.

风力发电减碳效益评估有助于从减碳角度更好制定能源发展相关政策.以风力资源总体丰富且亟需发展风力发电以实现能源系统脱碳的新疆为研究区,将生命周期方法与风力发电模型结合,在省、市级尺度分别评估了风力发电全生命周期的排放水平及发电效益,核算了风力发电相对于火力发电和光伏发电的减碳效益,有效弥补了传统生命周期评估中空间差异考虑不充分的问题.结果表明,风机全生命周期平均发电量为13.1×107 kWh,风力发电全生命周期共排放3944.24 tCO2-eq,通过材料处置回收和循环再利用可减少1424.79 tCO2-eq.新疆发展风力发电具有低排放强度和高减碳效益的特点,与火电相比可减少97.44％排放,减碳效益平均可达906.72 gCO2-eq/kWh,并且应优先布局在哈密、巴音郭楞蒙古自治州和北屯市;与光伏相比,减碳效益可分别达到43.85 gCO2-eq/kWh(衰减率DR=1％)和169.84 gCO2-eq/kWh(DR=3％),此情景下风电应主要部署在克孜勒苏柯尔克孜自治州、喀什和和田.在风电减碳效益较差地区如石河子市、铁门关市和双河市应考虑利用本地充足太阳能资源发展光伏发电.需注意风电的排放强度和减碳效益在局地小尺度评估中存在不确定性,获取更精细的结果仍需进一步评估.未来应大力发展新疆本地的风电产业,打造绿色供应链和加快发展处置回收技术以增加减碳效益.

基于2020年9月、2020年11月、2021年1月、2021年4月连续4个季度的大陈岛礁海域21个底拖网站位的鱼类样本,对局地尺度下大陈岛礁海域鱼类群落的时空格局进行了分析.结果表明:4个季度共采集鱼类99种,隶属15目48科81属,其中鲈形目占比最大(50.51％);优势鱼类中,龙头鱼(Harpadon ne-hereus)为全年优势种,六丝钝尾虾虎鱼(Amblychaeturichthys hexanema)是除夏季外其他季节的优势种,镰鲳(Pampus echinogaster)是夏秋季的优势种,而大头银姑鱼(Pennahia macrocephalus)、小黄鱼(Larimichthys poly-actis)、灰海鳗(Muraenesox cinereus)和大黄鱼(Larimichthys crocea)等仅在单一季节成为优势种;聚类和排序分析显示,大陈岛礁海域的夏、秋和冬3季鱼类群落可明显分为岛礁近河口群落和开阔海域群落2种类型,而春季鱼类群落则可分为岛礁群落和非岛礁群落2类,且群落种类组成在各季节不同区域间均存在显著差异(P＜0.05);冗余分析表明,深度、表层温度、底层盐度和底层温度为影响该海域鱼类群落结构的首要环境因子(P＜0.05).研究发现,大陈岛礁海域的鱼类群落存在局地尺度上的区域差异和季节动态,资源结构以小型低值鱼类为主.

为探究局地尺度下近岸岛礁海域之多变水体环境、极高空间异质性对生物群落的影响,于2020-2021年4个季度在大陈岛礁海域底拖网采样,利用等级聚类(cluster)、非度量多维标度(NMDS)等多元统计方法分析甲壳类群落结构的时空格局,并整合温度、盐度、深度等环境因子进行冗余分析(RDA)以解析影响因素,同时利用丰度生物量曲线(ABC)及W统计量评估群落稳态.结果显示:全年共采集甲壳类53种,隶属2目13科29属,虾类占总种类数的56.60％,种类数秋季(43种)＞冬季(41种)＞春季(31种)＞夏季(26种).优势种的季节更替明显,夏秋季以哈氏仿对虾(Parapenaeopsis hardwickii)、中华管鞭虾(Solenocera crassicornis)和三疣梭子蟹(Portunus trituberculatus)为代表的中大型经济种为主,冬春季则以双斑蟳(Charybdis bimaculata)和细巧仿对虾(Parapenaeopsis tenella)为代表的小个体饵料种为主,口虾蛄(Oratosquilla oratotria)在各个季节皆为优势种.甲壳类资源密度季节间变化明显,空间分布不均,呈现秋季最高,春季最低,夏秋两季极显著高于冬春季(P＜0.001),且近岩礁区资源密度最大,河口侧浅水区最小的特点.受洄游物种的季节性迁移和选择性分布,以及岛礁系统内水文环境的区域分化等因素影响,甲壳类群落结构具有显著的季节和空间差异,形成夏秋季异质性高,冬春季相似性大,河口侧浅水区与外侧深水区分化程度突出的格局.底层水温、底层盐度、底层溶氧和水深等环境因子与群落异质性存在显著关系.ABC曲线表明甲壳类群落状态稳定,具有较强的抗干扰能力.研究表明,大陈岛礁海域优势甲壳类季节变动强烈,且在局地尺度上一定程度表现出区域化的群落结构,但皆保持着较高的资源水平,对当地渔业资源的维系发挥着积极作用,也为当地海洋牧场的功能设计提供了资源基础.

以大陈岛礁海域甲壳类为研究对象,多维度分析其多样性时空格局,探索指数间关系,并检验不同层面多样性对局地尺度环境因素的响应.旨在全面多尺度探究大陈岛礁海域甲壳动物群落生态现状,从物种多样性、谱系多样性和功能多样性等不同视角展示该海域生物多样性特征.结果显示:甲壳类群落多样性具有季节异质性,Shannon-Wiener指数(H')、分类多样性指数(Delta)和分类差异指数(Delta*)在秋、春季显著较高,而功能丰富度指数(FRic)在夏、冬季显著较高,功能分异指数(FDiv)和功能分散指数(FDis)在夏季明显低于其它季节.同一维度内,指数间表现出不同程度相关性,物种多样性指数间相关性相对较强.不同维度间,物种丰富度指数(S)与功能丰富度指数(FRic)中度正相关,分类多样性指数(Delta)和分类差异指数(Delta*)与功能分散指数(FDis)中到高度相关.对于局地尺度环境因子变化的响应,功能多样性最为强烈,谱系多样性次之,而物种多样性的关键生态驱动可能为较大尺度的空间因素.研究表明,不同层面多样性的形成受到不同尺度生态因子驱动,因此综合各维度多样性特征及对应受控因子分析,在生物多样性评估中可揭示指数背后更为全面和完整的生态过程.

局地大气水线(LMWL)是氢氧稳定同位素示踪地区水文过程的重要基础之一,建立能代表当地降水稳定同位素总体特征的LMWL对于准确揭示相关水文过程十分关键.基于中国西北内陆季风区典型区域长武塬9年的降水稳定同位素观测数据,比较不同时间尺度与回归方法对LMWL的影响.结果表明:对于不同回归方法,除年尺度降水稳定同位素建立的LMWL基本保持不变外,次、月降水数据建立的LWML均会随回归方法的不同发生明显改变;在最小二乘(OLSR)、主轴(MA)和简约主轴(RMA)3种不同回归方法下,基于次、月、年降水数据建立的LMWL也明显不同;只有使用考虑降水量加权的OLSR、MA和RMA方法,次、月、年降水尺度数据建立的LMWL才较为接近.表明在降水量和稳定同位素特征随时间存在明显异质性的地区建立LMWL时,需格外注意降水稳定同位素数据尺度和回归方法的选择.对于降水稳定同位素观测困难、数据有限的地区,建议使用降水量加权的简约主轴回归或主轴回归方法建立具有代表性的LMWL.

植被通过光合作用固定大气中的CO2来减缓温室效应,同时植被也通过改变地表能量收支影响温室效应.在过去的气候-植被研究中,大多关注气候变化对植被的影响,而植被对气候反馈的研究相对较少.植被通过调节地表能量收支、水通量等重要地气过程影响局地、区域乃至全球气候,在气候变化中的作用十分重要.因此,需要厘清植被对气候的反馈效应机制及其结果,并识别其地域差异.从生物地球物理和生物地球化学过程两方面分析植被与气候之间的作用机制,对全球及关键区域内植被变化对局地、区域乃至全球的气候反馈效应进行了系统总结:(1)生物地球物理反馈的区域特征明显,生物地球化学反馈则表现在全球尺度上,二者相互作用但难以统一;(2)植被破坏带来的气候影响在气温效应方面与生态系统的类型及地理分布相关:热带森林破坏带来增温效应,北方森林破坏带来降温效应,温带森林破坏则会通过增加森林反照率抵消丢失的固碳降温效应,气温效应表现不明显;(3)当前研究对关键过程机制考虑不够完善,不同研究方法的结果差异较大,且缺乏高质量观测数据的验证;同时考虑生物地球物理和生物地球化学的净气候反馈研究尚无法支撑植树造林对气候变化单一减缓作用的常规理解.本文可为科学评估植树造林对气候变化作用的方向与强度提供理论依据.

目的 构建快速预测系统,提高场区尺度核事故后果评价计算精度和效率.方法 开展场区尺度范围内复杂下垫面周围风场和污染物扩散的快速预测方法研究,采用风场诊断模型和拉格朗日粒子扩散方法,以显式分辨建筑物和植被分布的方式,建立场区尺度快速预测系统;通过数值模拟理想和真实城市场区算例,并与风洞实验测量数据和计算流体力学数值结果进行比较,研究复杂下垫面对局地风场和污染物输运的影响.结果 快速预测系统能在约5 min时间内清晰的模拟出局地高分辨率风场以及污染物浓度分布信息,建立与地理信息软件的接口,并可以实现与中尺度气象预报模式的耦合;从计算准确性上看,系统对风场模拟效果良好,风速和风向的分数偏差分别为0.33和-0.08,模拟的浓度场的范围受风场影响较大,除个别低浓度点外,模拟和观测的浓度比值在0.05～3.40之间.结论 快速预测系统可以在保证计算精度的基础上,有效模拟出流场分布特征,提高计算效率,为核事故应急响应提供重要参考和依据.

该研究以龙溪-虹口国家级自然保护区内11个典型地震滑坡体为研究对象,采用非度量多维尺度分析(NMDS)和相似性分析(ANOSIM)初步探讨了β多样性海拔格局,并运用Mantel检验和基于距离矩阵的多元回归方法(MRM)进一步分析不同生态因子对群落β多样性变异的贡献,以揭示地震干扰后滑坡体植物群落β多样性的响应机制及生物多样性形成和维持机制.结果表明:(1)随着海拔的升高,木本植物β多样性表现出单调递减格局,而草本植物β多样性则表现出"U"形变化格局,滑坡体植物群落组成和结构在海拔梯度上存在显著的差异(P＜0.001).(2)草本植物和木本植物β多样性与地理距离、海拔距离、局地生境差异均呈显著递增趋势(P＜0.001),地理距离和海拔距离是引起群落物种组成变化的关键因子,且海拔距离的重要性均大于地理距离.(3)地理距离和生境差异作为主导因子,分别共同解释了木本和草本β多样性变异的61.52％和40.91％,且环境差异单独解释率均大于地理距离单独解释率.(4)环境差异和地理距离对木本植物β多样性的作用均强于草本植物.研究认为,生境过滤和扩散限制共同影响着地震滑坡体植物群落的B多样性格局,且生境过滤所起作用更为显著.

中国南方湿润区局地气候条件多变、下垫面情况复杂,导致蒸散发的测算较为困难.树木蒸腾是森林蒸散发的关键组成部分,树干液流监测成为树木蒸腾耗水研究的主要手段.杉木(Cunninghamia lanceolata)林作为新安江源区的代表性植被,对该区的水源涵养、水土保持及气候调节等至关重要.该研究基于树干液流测定系统量化新安江源区杉木树干液流速率(Js),结合气象梯度塔监测和土壤含水率连续观测,揭示杉木生长季(2020年4-9月)环境因子对Js变化的作用机制.主要结果:杉木Js呈显著季节性变化,其平均值8月最大,5月最小;环境因子中太阳净辐射(Rn)及饱和水汽压差(VPD)与Js的相关性最强;主成分分析结果显示,在小时及日尺度上主成分1的方差贡献率分别达59.1％、57.9％,其中,VPD和Rn对主成分1起主要作用,是影响该区杉木树Js变化的关键环境因子;观测期Js峰值提前于VPD约(20±3)min,滞后于Rn约(100±5)min.杉木生长季由降雨产生的土壤含水率差异未对Js产生显著影响,而不同天气条件下Js存在较大差异,晴天Js较高,主要呈单峰变化且启动早结束晚,雨天Js呈多峰型变化,启动晚结束早.